BIM技術(shù)在波音737完工及交付中心項(xiàng)目總承包管理中的綜合應(yīng)用

張 濤

(中鐵建工集團(tuán)有限公司，北京 100160)

前言

波音737MAX飛機(jī)完工及交付中心定制廠房及配套設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目，是習(xí)近平主席2015年訪問美國西雅圖時的重要成果之一，是舟山市航空產(chǎn)業(yè)園的核心項(xiàng)目，其由舟山航空投資發(fā)展有限公司投資建設(shè)，其中101交付中心為波音獨(dú)資，其余部分由美國波音公司和中國商用飛機(jī)有限責(zé)任公司合資運(yùn)營。該項(xiàng)目工廠是美國波音公司100年來首次走出美國本土，在海外設(shè)立的工廠。項(xiàng)目具有占地面積龐大、專業(yè)繁多、綜合性強(qiáng)，各專業(yè)設(shè)計(jì)施工協(xié)同要求高； 施工工期緊張，場地平面規(guī)劃布置和交通組織難度大； 管理方眾多，管理嚴(yán)格、標(biāo)準(zhǔn)要求高； 設(shè)計(jì)施工專業(yè)繁多、綜合性強(qiáng)，深化設(shè)計(jì)施工難度大，各專業(yè)協(xié)同要求高等典型特點(diǎn)。為保障工程如期完工交付，項(xiàng)目通過成立BIM技術(shù)應(yīng)用研究團(tuán)隊(duì)，使用BIM技術(shù)進(jìn)行建模和深化，并在總承包施工過程中綜合應(yīng)用BIM技術(shù)輔助施工。

1 工程概況

波音737MAX飛機(jī)完工及交付中心定制廠房及配套設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目，位于浙江省舟山市朱家尖航空產(chǎn)業(yè)園內(nèi)，總占地面積402 667m2，總建筑面積64 166m2，主要包括停機(jī)坪與滑行道場地、交付中心、完工中心、噴漆機(jī)庫、動力站及消防水泵站與相關(guān)生產(chǎn)配套設(shè)施等10棟單體建筑，以及園區(qū)道路、停車場、室外綜合管廊等室外工程，如圖1所示。

圖1 項(xiàng)目總平面效果圖

2 工程重難點(diǎn)及采用BIM技術(shù)的針對性

2.1 工程重難點(diǎn)

(1)項(xiàng)目占地面積龐大，專業(yè)繁多，綜合性強(qiáng)，各專業(yè)設(shè)計(jì)施工協(xié)同要求高，且項(xiàng)目施工需同時滿足國內(nèi)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和美國LEED認(rèn)證、FM認(rèn)證的要求。

(2)本工程2017年5月11日開工，要求2018年12月31日竣工交付使用，施工工期緊張，場地平面規(guī)劃布置和交通組織難度大。

(3)項(xiàng)目由美國波音公司參與施工管理，施工安全質(zhì)量需滿足美國波音SHEILSS手冊與DB手冊標(biāo)準(zhǔn)，且項(xiàng)目管理方眾多，管理嚴(yán)格、標(biāo)準(zhǔn)要求高。

(4)項(xiàng)目設(shè)計(jì)施工包含大跨度重型鋼結(jié)構(gòu)吊裝、雙曲金屬屋面、架空停機(jī)坪、超寬機(jī)庫大門、復(fù)雜機(jī)電安裝工程、室外綜合管廊、美國波音標(biāo)準(zhǔn)精裝修施工等，專業(yè)繁多、綜合性強(qiáng)，深化設(shè)計(jì)施工難度大，各專業(yè)協(xié)同要求高。

2.2 采用BIM技術(shù)的針對性

(1)由于本工程土建及機(jī)電工程復(fù)雜，而且有美方參與設(shè)計(jì)施工全過程管理，與國內(nèi)常規(guī)項(xiàng)目不同，為“三邊工程”，設(shè)計(jì)變更多，同時，在設(shè)計(jì)施工過程中與美方管理人員溝通存在語言障礙，因此，我們在項(xiàng)目施工準(zhǔn)備階段即進(jìn)行BIM技術(shù)的應(yīng)用，用來解決大跨度重型鋼結(jié)構(gòu)、雙曲造型鋁板屋面、倒錐玻璃幕墻、室外綜合管廊、復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)及設(shè)備安裝等技術(shù)難題和溝通問題。

(2)利用BIM技術(shù)的信息化、數(shù)字化可持續(xù)更新等特點(diǎn)，對建筑工程的預(yù)期完成效果進(jìn)行持續(xù)的更新，對施工過程中存在的問題進(jìn)行連續(xù)的發(fā)掘，確保設(shè)計(jì)變更不影響其他相關(guān)專業(yè)及系統(tǒng)的施工，使工程建設(shè)順利進(jìn)行。

(3)利用BIM技術(shù)可視化的特點(diǎn)，使項(xiàng)目總包單位與美方管理人員在關(guān)于工程設(shè)計(jì)施工方面的溝通更加便捷、高效和直觀，更好地保證工程建設(shè)進(jìn)展。

3 BIM組織架構(gòu)

公司以波音737完工及交付中心項(xiàng)目為主體組建BIM技術(shù)應(yīng)用研究團(tuán)隊(duì)，由項(xiàng)目經(jīng)理兼任BIM經(jīng)理，下設(shè)土建結(jié)構(gòu)、機(jī)電安裝、鋼結(jié)構(gòu)、裝飾裝修、外圍護(hù)結(jié)構(gòu)和BIM系統(tǒng)管理6個BIM小組分管和組織實(shí)施，如圖2所示。

圖2 項(xiàng)目BIM組織架構(gòu)圖

4 BIM技術(shù)應(yīng)用點(diǎn)

4.1 核心應(yīng)用點(diǎn)

(1)設(shè)計(jì)施工一體化

本工程由中航院進(jìn)行總體設(shè)計(jì)， 60%施工圖設(shè)計(jì)完成后將設(shè)計(jì)圖紙交給總包施工單位； 總包單位進(jìn)行LOD300精度的基礎(chǔ)BIM模型建立，同時會同其他各深化設(shè)計(jì)單位進(jìn)行LOD400精度的深化設(shè)計(jì)，并整合各專業(yè)模型，進(jìn)行施工模擬、BIM圖審等BIM技術(shù)拓展應(yīng)用，解決設(shè)計(jì)圖紙問題，輔助進(jìn)行施工管理，提高施工管理效率； 在工程施工完成后，我們將完善所有的BIM模型，將完成的LOD500精度的工程竣工BIM模型交給業(yè)主單位和使用單位，用以進(jìn)行后期項(xiàng)目的運(yùn)營和維護(hù)應(yīng)用，如圖3所示[1]。

圖3 設(shè)計(jì)施工模型體系

(2)BIM集成平臺應(yīng)用

公司以BIM模型為基礎(chǔ)，利用歐特克BIM軟件技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)信息化技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)，結(jié)合公司安全、質(zhì)量和進(jìn)度管理相關(guān)要求，建立基于BIM技術(shù)的集成管理平臺，如圖4所示。將工程項(xiàng)目BIM模型進(jìn)行輕量化處理，利用輕量化BIM引擎在平臺中進(jìn)行整合，同時結(jié)合公司安全、質(zhì)量和進(jìn)度管理流程，將日常的安全、質(zhì)量和進(jìn)度管理工作在平臺中與BIM模型進(jìn)行結(jié)合，使項(xiàng)目日常管理工作可以在直觀的平臺模型中展示，最終實(shí)現(xiàn)企業(yè)級的可視化工程項(xiàng)目管理，進(jìn)而提高項(xiàng)目管理效率[2]。

圖4 BIM集成應(yīng)用平臺

(3)BIM實(shí)施統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)與編碼

根據(jù)集團(tuán)公司企業(yè)BIM實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)，我們在項(xiàng)目實(shí)施前建立了針對本工程的BIM實(shí)施統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、管理辦法、管理流程和統(tǒng)一的編碼體系(如圖5所示)，統(tǒng)一各專業(yè)工程的建模標(biāo)準(zhǔn)、使用的軟件和技術(shù)，為項(xiàng)目BIM技術(shù)的實(shí)施打好基礎(chǔ)，減少因標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一造成的不同專業(yè)模型無法整合的情況[3]。

圖5 BIM實(shí)施統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)

(4)BIM三維場布

項(xiàng)目利用Revit軟件對施工現(xiàn)場總平面布置進(jìn)行多重方案設(shè)計(jì)、模擬和對比，與傳統(tǒng)的二維CAD布置圖相比，不僅可以顯示各靜態(tài)建筑物之間的關(guān)系，還可以真實(shí)地反映總平面交通組織，模擬物資材料、機(jī)械設(shè)備等的垂直和水平流向及運(yùn)輸工況，從而科學(xué)合理地優(yōu)化場地布置，幫助決策最優(yōu)的場地布置方案，減少因考慮不周造成的返工、浪費(fèi)等現(xiàn)象，如圖6-7所示。

圖6 BIM三維場布

圖7 現(xiàn)場實(shí)際場布與BIM三維場布對比

(5)設(shè)計(jì)圖紙會審及專業(yè)協(xié)同

項(xiàng)目建立土建、鋼結(jié)構(gòu)、機(jī)電、外圍護(hù)結(jié)構(gòu)等各專業(yè)精準(zhǔn)的BIM模型，進(jìn)行各專業(yè)內(nèi)和專業(yè)間的協(xié)同碰撞檢查，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)圖紙存在的問題，生成碰撞檢查報告(如圖8所示)，在工程施工前將問題及時向設(shè)計(jì)單位進(jìn)行反饋，進(jìn)行圖紙優(yōu)化調(diào)整，避免出現(xiàn)返工、拆改等延誤工期的情況[4]。

圖8 BIM圖審報告

(6)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)模擬及交底

項(xiàng)目利用BIM技術(shù)，對土建、鋼結(jié)構(gòu)等的復(fù)雜工藝節(jié)點(diǎn)進(jìn)行三維大樣深化和方案模擬(如圖9所示)，通過三維大樣圖和模擬動畫進(jìn)行施工技術(shù)交底，做到真正意義上的BIM模型指導(dǎo)現(xiàn)場施工，減少以往的技術(shù)交底不清晰導(dǎo)致工人施工理解錯誤的情況，有效避免施工錯誤引起的返工和工期延誤，提高施工管理效率，節(jié)約項(xiàng)目成本[5]。

圖9 屋面桁架支座總裝模擬

(7)4D施工模擬

利用BIM技術(shù)4D施工模擬，對整個工程項(xiàng)目的建造過程進(jìn)行模擬(如圖10所示)，可以直觀地展現(xiàn)工程施工進(jìn)展情況，在施工過程中及時與實(shí)際施工情況進(jìn)行對比分析，幫助項(xiàng)目管理人員發(fā)現(xiàn)工程進(jìn)度存在的問題[6]，合理地制定進(jìn)度糾偏措施，優(yōu)化調(diào)整施工人員、材料、機(jī)械的使用和投入，提高施工生產(chǎn)效率，達(dá)到保證工期的目的[7]。

圖10 4D施工模擬

(8)機(jī)電管線綜合

基于已經(jīng)建立的土建模型，進(jìn)行機(jī)電安裝各專業(yè)深化設(shè)計(jì)(如圖11所示)，可以有效解決管線排布及碰撞問題，復(fù)核管線排布是否滿足設(shè)計(jì)、安裝及后期維修的要求，同時還可以優(yōu)化設(shè)備管線末端與精裝修的協(xié)同排布，確保施工質(zhì)量創(chuàng)優(yōu)[8]。

圖11 108號動力站機(jī)電管線綜合模型

(9)物資提量

項(xiàng)目以建立完成的工程項(xiàng)目BIM模型為基礎(chǔ)，對土建結(jié)構(gòu)、機(jī)電安裝工程中85%左右的施工物資材料快速提取所需工程量(如圖12所示)，與工程現(xiàn)場實(shí)際用量、物資部門進(jìn)場材料用量和經(jīng)營部圖紙算量進(jìn)行四方對比，對項(xiàng)目部材料使用進(jìn)行管控，減少材料浪費(fèi)及損耗，降低項(xiàng)目成本[9]。

圖12 BIM物資提量

4.2 創(chuàng)新應(yīng)用點(diǎn)

(1)無人機(jī)航拍地形地貌掃描

傳統(tǒng)三維地貌建立多基于谷歌地球數(shù)據(jù)模型或人工外業(yè)測量數(shù)據(jù)模型，存在模型處理難度大、精度不夠高等問題； 項(xiàng)目利用無人機(jī)傾斜攝影技術(shù)對場地進(jìn)行航拍，可以有針對性地、精確快速地“反向”建立場地地形地貌模型(如圖13所示)，與工程總平面BIM模型進(jìn)行疊合，應(yīng)用土方自平衡技術(shù)，對場內(nèi)土方挖填進(jìn)行精確算量，減少場內(nèi)土方的重復(fù)開挖和回填，以控制挖填方量和項(xiàng)目成本，可以使土方工程節(jié)約率達(dá)5%，極大地降低土方施工成本[10]。

由于項(xiàng)目占地面積巨大，周邊沒有合適的全景拍攝點(diǎn)，項(xiàng)目每周利用無人機(jī)對場區(qū)進(jìn)行全景拍攝記錄，監(jiān)控工程施工進(jìn)度進(jìn)展情況，同時對施工現(xiàn)場的安全隱患點(diǎn)進(jìn)行排查。

圖13 航拍場地地形地貌建模

(2)精裝修VR深化設(shè)計(jì)

因本工程交付中心由美國波音公司獨(dú)資，故其精裝修設(shè)計(jì)施工標(biāo)準(zhǔn)要求極高，不僅需滿足國內(nèi)設(shè)計(jì)施工相關(guān)要求，還需要滿足美國波音標(biāo)準(zhǔn)，滿足人性化建筑使用的要求，由于傳統(tǒng)的精裝修深化設(shè)計(jì)方法不能滿足其要求，使得深化設(shè)計(jì)方案不能盡快定型，于是項(xiàng)目對交付中心利用BIM技術(shù)進(jìn)行精裝修工程的深化設(shè)計(jì)(如圖15所示)，并利用VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以第一人稱視角進(jìn)行漫游檢查，以交互式方式對模型進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化(如圖14所示)，以盡快穩(wěn)定裝修深化設(shè)計(jì)方案，進(jìn)而加快施工進(jìn)度，提高精裝修設(shè)計(jì)施工質(zhì)量[11]。

圖14 精裝修VR虛擬漫游檢查1

圖15 101號交付中心一層大堂精裝修模型

(3)三維激光掃描

圖16 三維激光掃描模型對比

項(xiàng)目采用FARO Focus3DS大空間三維激光掃描儀，對101交付中心和102完工中心的鋼結(jié)構(gòu)主體進(jìn)行掃描，建立建筑點(diǎn)云模型，與工程深化設(shè)計(jì)BIM模型進(jìn)行疊合對比分析(如圖16所示)，一方面可以用于檢查結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量，另一方面可以在后續(xù)的機(jī)電安裝、裝飾裝修等工程專業(yè)深化設(shè)計(jì)及施工前校正誤差，減少累計(jì)誤差帶來的返工、拆改，與傳統(tǒng)人工使用儀器進(jìn)行非規(guī)則結(jié)構(gòu)構(gòu)件質(zhì)量檢查相比，可大大提高質(zhì)量檢查效率，從而降低材料浪費(fèi)風(fēng)險，提高施工質(zhì)量[12]。

(4)智能放樣機(jī)器人

以往機(jī)電工程支吊架吊點(diǎn)的放樣大多為人工測量儀器放樣，具有很大的人為隨意性，不能有效保障放樣的精準(zhǔn)度。項(xiàng)目采用徠卡Robot60放樣機(jī)器人結(jié)合深化設(shè)計(jì)完成的機(jī)電安裝工程BIM模型，對101交付中心機(jī)電管線綜合支吊架的吊點(diǎn)進(jìn)行智能放樣。首先將機(jī)電安裝工程BIM模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入ICON，再利用ICON進(jìn)行現(xiàn)場測量放樣或放樣點(diǎn)校驗(yàn)，進(jìn)行高效、精準(zhǔn)的單人可視化放樣操作，實(shí)時導(dǎo)航放樣，實(shí)現(xiàn)工程BIM模型指導(dǎo)現(xiàn)場放樣施工，可使放樣工作效率提升30%左右，如圖17所示[13]。

圖17 智能放樣機(jī)器人操作實(shí)施

(5)智能全自動三維測量儀

項(xiàng)目采用徠卡3D Disto全自動三維測量儀，快速獲取如101交付中心鋼結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)樓梯等異形結(jié)構(gòu)的實(shí)地尺寸和數(shù)據(jù)(如圖18所示)，從而實(shí)現(xiàn)精裝修的精準(zhǔn)深化設(shè)計(jì)，減少傳統(tǒng)施工過程中異形結(jié)構(gòu)精裝修施工時的材料浪費(fèi)，提高其精裝修施工速度和質(zhì)量； 還可以對房間(尤其是高大空間、異形空間房間)方正度、墻面垂直平整度等進(jìn)行快速測量檢測，一方面可以用來檢查施工質(zhì)量，另一方面可以用于后期精裝修深化設(shè)計(jì)及施工，避免因結(jié)構(gòu)尺寸偏差導(dǎo)致后期裝修返工及材料浪費(fèi)[14]。

圖18 鋼結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)樓梯三維測量成果與BIM模型對比

5 BIM技術(shù)應(yīng)用效果及總結(jié)

(1)截止目前，項(xiàng)目利用BIM技術(shù)共計(jì)節(jié)約成本約172萬元(塘渣開挖回填量約42.3萬方，節(jié)約率達(dá)5.23%，其中材料約156.8萬元，人工、機(jī)械約15.2萬元)； 預(yù)計(jì)整個工程施工完成后在機(jī)電和精裝修方面節(jié)省成本約287萬元(預(yù)計(jì)節(jié)約率可達(dá)2%，其中機(jī)電部分約占35%，精裝修部分約占65%)； 預(yù)計(jì)在二次結(jié)構(gòu)方面節(jié)省成本33.9萬元，預(yù)計(jì)節(jié)約率可達(dá)5.9%，如圖19所示。

圖19 經(jīng)濟(jì)效益匯總表

(2)項(xiàng)目在鋼結(jié)構(gòu)、機(jī)電安裝、玻璃幕墻安裝和裝飾裝修等工程中充分應(yīng)用BIM技術(shù)，對專業(yè)工程進(jìn)行深化設(shè)計(jì)和模型預(yù)排版，輸出至工廠對構(gòu)件/零件進(jìn)行預(yù)制加工，在現(xiàn)場進(jìn)行快速裝配施工(如圖20所示)，極大地提高了工程的施工質(zhì)量和進(jìn)度，減少了材料浪費(fèi)和對環(huán)境的影響，降低了項(xiàng)目成本[15]。

圖20 預(yù)制裝配式施工

(3)項(xiàng)目利用已經(jīng)建立的BIM模型，應(yīng)用Navisworks軟件進(jìn)行4D施工模擬，優(yōu)化調(diào)整施工組織設(shè)計(jì)，提高場地利用率，減少機(jī)械設(shè)備的窩工浪費(fèi)，加快施工進(jìn)度，保證施工工期按要求進(jìn)行。本工程自2017年10月開始主體結(jié)構(gòu)施工至2018年12月，月平均完成產(chǎn)值約1.2億元，滿足業(yè)主單位預(yù)期的施工進(jìn)度要求，如圖21所示。

圖21 工程航拍進(jìn)度照片——拍攝于2019年3月25日

(4)項(xiàng)目自BIM技術(shù)應(yīng)用至今，不僅在安全、質(zhì)量、進(jìn)度和成本等方面取得了極好的成效，還經(jīng)歷了國家發(fā)改委、浙江省、舟山市、波音公司、中國商飛公司等各級的檢查檢驗(yàn)，均獲得了很高的贊譽(yù)，取得了極高的社會效益，同時，項(xiàng)目還積極與各外部單位和組織進(jìn)行交流和學(xué)習(xí)。

2018年11月在中國建筑學(xué)會施工學(xué)術(shù)年會上做了項(xiàng)目智慧建造實(shí)踐(智慧工地+BIM)的專題會議報告，得到了行業(yè)內(nèi)專家、學(xué)者等的高度贊譽(yù)； 2018年12月在工信部組織的2018首屆“優(yōu)路杯”全國BIM技術(shù)大賽中榮獲施工組金獎(如圖22所示)； 此外，項(xiàng)目BIM技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐還參加了2018全球工程建設(shè)行業(yè)卓越BIM大賽，最終從來自40個國家/地區(qū)的所有256份提交的作品中脫穎而出，斬獲施工組中型項(xiàng)目三等獎的殊榮(如圖23所示)。

圖22 2018首屆“優(yōu)路杯”全國BIM技術(shù)大賽施工組金獎

圖23 2018全球工程建設(shè)行業(yè)卓越BIM大賽施工組中型項(xiàng)目三等獎

6 結(jié)語

由于本工程土建、機(jī)電安裝等工程施工復(fù)雜，且有美方參與設(shè)計(jì)施工全過程管理，因此，項(xiàng)目積極使用BIM技術(shù)來解決大跨度重型鋼結(jié)構(gòu)、雙曲造型金屬屋面、室外綜合管廊、復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)及設(shè)備安裝等技術(shù)難題，解決設(shè)計(jì)施工過程中圖紙中存在的相關(guān)問題，以及大面積施工現(xiàn)場的施工組織等問題。

項(xiàng)目自開工伊始即策劃實(shí)施BIM技術(shù)應(yīng)用，從BIM集成平臺、BIM三維場布、圖紙會審及專業(yè)協(xié)同、復(fù)雜節(jié)點(diǎn)模擬及可視化交底、4D施工模擬、管線綜合、BIM物資提量等常規(guī)、基礎(chǔ)的應(yīng)用，到航拍反向地形地貌建立、精裝修VR深化設(shè)計(jì)、三維激光掃描、智能放樣機(jī)器人、三維測量儀等創(chuàng)新應(yīng)用，均取得了極好的社會、經(jīng)濟(jì)效益。

通過本工程BIM技術(shù)在總承包管理中的綜合應(yīng)用，在整個工程施工的安全、質(zhì)量、進(jìn)度、成本等方面均取得了良好的效益，同時積累了大型復(fù)雜項(xiàng)目BIM技術(shù)應(yīng)用的寶貴經(jīng)驗(yàn)，也為BIM技術(shù)的發(fā)展提供了相應(yīng)的人才儲備，具有重要的意義。