BIM技術(shù)在大型貨運(yùn)機(jī)場(chǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)中心全專業(yè)深化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用*

龔旭峰，郭曉豹，王鳴翔，楊利劍，王露倩，李 聰

(1.中天建設(shè)集團(tuán)有限公司， 浙江 杭州 310020； 2.浙江中天方圓幕墻有限公司杭州分公司，浙江 杭州 310000)

0 引言

目前Revit，Tekla，Bentley等三維設(shè)計(jì)軟件促使建筑業(yè)從二維圖紙到三維圖紙乃至數(shù)字建造轉(zhuǎn)型發(fā)展，第2次建筑信息化革命已經(jīng)到來。施工單位利用BIM技術(shù)整合與利用多專業(yè)間的信息，有效解決了專業(yè)間的碰撞問題，同時(shí)對(duì)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的三維展示及施工模擬也有良好的應(yīng)用效果。基于BIM技術(shù)的深化設(shè)計(jì)模型，不僅包含可視化的三維尺寸數(shù)據(jù)，更含有構(gòu)件多維度的屬性信息(如材質(zhì)、體積，甚至設(shè)計(jì)、施工單位等)，信息全面且準(zhǔn)確，同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要可剖切三維模型中的任意截面，每張三維深化圖紙均可實(shí)現(xiàn)二維圖紙功能。

在鄂州花湖機(jī)場(chǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)中心主樓項(xiàng)目中，將BIM技術(shù)應(yīng)用于全專業(yè)深化設(shè)計(jì)、數(shù)字化施工、數(shù)字化驗(yàn)收中，從而解決大型貨運(yùn)機(jī)場(chǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)中心項(xiàng)目在各階段實(shí)施中的問題。

1 工程概況

鄂州花湖機(jī)場(chǎng)位于湖北省鄂州市鄂城區(qū)燕磯鎮(zhèn)附近，不僅為4E級(jí)國際機(jī)場(chǎng)、航空物流國際口岸，還是亞洲首座專業(yè)性貨運(yùn)樞紐機(jī)場(chǎng)，航站樓面積1.5萬m2，航空貨站面積2.3萬m2。轉(zhuǎn)運(yùn)中心主樓為機(jī)場(chǎng)中體量最大的項(xiàng)目，建筑面積達(dá)54萬m2，地坪板及以下為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，以上為鋼框架及鋼筋桁架樓承板結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)運(yùn)中心不僅有分揀轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)設(shè)備，同時(shí)含海關(guān)、安檢、順豐公司辦公業(yè)務(wù)及配套設(shè)施設(shè)備在內(nèi)的用房。鄂州花湖機(jī)場(chǎng)建設(shè)效果如圖1所示。

圖1 鄂州花湖機(jī)場(chǎng)建設(shè)效果

2 基于BIM技術(shù)的深化重難點(diǎn)

2.1 各專業(yè)深化體量大、協(xié)同要求高

本項(xiàng)目建筑面積達(dá)54萬m2，進(jìn)行全方位、全專業(yè)的深化設(shè)計(jì)工作，除傳統(tǒng)建筑、結(jié)構(gòu)、幕墻、機(jī)電安裝等專業(yè)外，還包含智能化控制、分揀設(shè)備系統(tǒng)在內(nèi)的十余項(xiàng)專業(yè)。其中，地坪板結(jié)構(gòu)(含鋼筋模型)深化面積16萬m2，樓承板結(jié)構(gòu)(含鋼筋模型)深化面積49萬m2，幕墻深化面積10萬m2，鋼結(jié)構(gòu)、建筑內(nèi)裝、機(jī)電(含屋面)深化面積均為65萬m2，各專業(yè)深化模型總構(gòu)件超1 300萬個(gè)，深化體量巨大。

此外，為實(shí)現(xiàn)各專業(yè)、標(biāo)段間的高效協(xié)同工作，執(zhí)行三級(jí)審核制，即Ⅰ級(jí)審核由標(biāo)段總承包負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)，完成內(nèi)部專業(yè)邊界確認(rèn)及模型整合工作；Ⅱ級(jí)審核由審核牽頭單位負(fù)責(zé)，完成相鄰標(biāo)段間的邊界確認(rèn)及模型整合工作；Ⅲ級(jí)審核由審核牽頭單位負(fù)責(zé)，完成全場(chǎng)邊界確認(rèn)及模型整合工作。

2.2 模型精度要求高、屬性信息多

施工準(zhǔn)備階段的BIM模型基于設(shè)計(jì)階段模型深化而成，模型元素包括尺寸、定位、空間拓?fù)潢P(guān)系等幾何信息，名稱、規(guī)格型號(hào)、材料和材質(zhì)、功能與性能技術(shù)參數(shù)，系統(tǒng)類型、安裝部位、工程邏輯關(guān)系、施工方式及模型構(gòu)件編碼等非幾何信息。為實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)運(yùn)中心分揀設(shè)備的精準(zhǔn)定位及安裝，各階段模型精度應(yīng)滿足施工準(zhǔn)備階段模型精度，且不宜低于LOD350，施工實(shí)施階段模型精度不宜低于LOD400，竣工階段模型精度不宜低于LOD500。此外，深化模型精度及全部屬性信息應(yīng)滿足自動(dòng)出量及計(jì)量支付要求，深化出圖完全代替二維設(shè)計(jì)圖紙，滿足施工要求。

2.3 深化時(shí)間緊張、軟件優(yōu)化不佳

項(xiàng)目實(shí)行先深化設(shè)計(jì)模型、后開工原則，總承包單位根據(jù)施工節(jié)點(diǎn)，同時(shí)考慮單位內(nèi)部自審時(shí)間，建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位、造價(jià)咨詢和BIM總咨詢的外部審核時(shí)間，倒排確定各批次深化成果審核時(shí)間節(jié)點(diǎn)，并報(bào)審深化工作計(jì)劃時(shí)間表。若無法按期完成深化節(jié)點(diǎn)，則根據(jù)合同執(zhí)行相應(yīng)措施。此外，項(xiàng)目主要為鋼筋混凝土及鋼框架結(jié)構(gòu)，要求提交基于Revit 2018的深化模型。由于軟件優(yōu)化不佳，存在大體量鋼筋模型搭建卡頓及鋼結(jié)構(gòu)Tekla與Revit模型間的無損轉(zhuǎn)換等問題，進(jìn)一步加大了按期完成深化節(jié)點(diǎn)的難度。

3 基于BIM技術(shù)的深化設(shè)計(jì)實(shí)施應(yīng)用

3.1 深化設(shè)計(jì)實(shí)施流程

基于BIM技術(shù)的項(xiàng)目深化設(shè)計(jì)實(shí)施流程主要分為深化準(zhǔn)備、深化設(shè)計(jì)及施工應(yīng)用階段(見圖2)。深化準(zhǔn)備階段包含施工圖設(shè)計(jì)交底、設(shè)計(jì)成果(含設(shè)計(jì)圖紙與設(shè)計(jì)模型)審查、深化內(nèi)容策劃、深化信息確認(rèn)；深化設(shè)計(jì)階段主要是創(chuàng)建和自審總包單位的深化設(shè)計(jì)模型及深化圖紙，設(shè)計(jì)、咨詢、監(jiān)理和造價(jià)單位綜合會(huì)審深化成果，并進(jìn)行成果會(huì)簽；施工應(yīng)用階段則為施工單位依據(jù)深化成果進(jìn)行施工交底、數(shù)字化施工及數(shù)字化驗(yàn)收。

圖2 深化設(shè)計(jì)實(shí)施流程

3.2 基于BIM的深化設(shè)計(jì)

3.2.1模型拆分

為保證現(xiàn)場(chǎng)施工如期進(jìn)行，專業(yè)間工作信息順利傳遞，在深化準(zhǔn)備階段，施工單位根據(jù)設(shè)計(jì)成果交底及現(xiàn)場(chǎng)情況拆分整合轉(zhuǎn)運(yùn)中心主樓深化模型，使各專業(yè)子模型滿足施工和計(jì)算機(jī)的性能要求。將主樓模型拆分為地坪板及以下模型和地坪板以上模型，其次根據(jù)專業(yè)及部位進(jìn)一步拆分兩部分模型，確定子模型深化內(nèi)容。轉(zhuǎn)運(yùn)中心主樓模型拆分如圖3所示。

圖3 轉(zhuǎn)運(yùn)中心主樓模型拆分示意

3.2.2深化內(nèi)容

轉(zhuǎn)運(yùn)中心主樓實(shí)行全專業(yè)深化，總承包單位根據(jù)施工需求及既定的深化標(biāo)準(zhǔn)，深化建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等多專業(yè)內(nèi)容及精度，以下就主要專業(yè)深化內(nèi)容及典型模型做重點(diǎn)介紹。

1)現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)深化 基于設(shè)計(jì)模型和施工圖，采用Revit軟件進(jìn)行二次結(jié)構(gòu)、預(yù)留預(yù)埋、復(fù)雜節(jié)點(diǎn)及鋼筋的深化設(shè)計(jì)，主要難點(diǎn)為搭建鋼筋深化模型復(fù)雜節(jié)點(diǎn)。現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)對(duì)全部鋼筋進(jìn)行建模，不僅需要表示形狀、占位，賦予可識(shí)別的材質(zhì)，還應(yīng)表示彎鉤尺寸、錨固搭接長度等信息。

2)鋼結(jié)構(gòu)深化 采用Tekla軟件創(chuàng)建深化設(shè)計(jì)模型，同時(shí)基于鋼結(jié)構(gòu)施工圖創(chuàng)建所有詳細(xì)節(jié)點(diǎn)的深化圖紙，并驗(yàn)算焊縫、螺栓連接及與其他專業(yè)的協(xié)調(diào)內(nèi)容。其中鋼梁、鋼柱均應(yīng)創(chuàng)建附屬零件模型，如加勁板、預(yù)埋件、螺栓、孔洞等。由于Tekla模型無法完成Revit標(biāo)準(zhǔn)的屬性字段賦值工作，集團(tuán)研發(fā)TTR二次開發(fā)插件不僅能實(shí)現(xiàn)Tekla模型至Revit模型的無損轉(zhuǎn)換，還能對(duì)鋼筋桁架樓承板進(jìn)行快速建模。

3)建筑內(nèi)裝深化 建筑內(nèi)裝深化包含內(nèi)裝節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、構(gòu)件細(xì)部設(shè)計(jì)、機(jī)電末端設(shè)備選型等，具體包括樓地面、踢腳線、樓梯、臺(tái)階裝飾、墻飾面、隔斷、擋煙垂壁、潔具、便器、無障礙衛(wèi)浴、家具、廚具等內(nèi)容。內(nèi)裝模型深化構(gòu)件不僅包含材質(zhì)、厚度、規(guī)格、型號(hào)等屬性信息，還應(yīng)明確說明具體的構(gòu)造做法，以滿足施工需求。樓梯間深化如圖4所示。

圖4 樓梯間深化示意

4)機(jī)電深化 機(jī)電深化模型基于自身設(shè)計(jì)模型、建筑、結(jié)構(gòu)、裝飾等專業(yè)深化模型進(jìn)行創(chuàng)建，不僅需要保證施工過程中的可落地性，還要充分考慮施工工序、操作空間、維護(hù)及檢修空間等因素，同時(shí)需預(yù)留一定施工空間以調(diào)整誤差。深化過程中，深化人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工及功能需求補(bǔ)充或完善設(shè)計(jì)階段未確定的設(shè)備、附件、末端等模型構(gòu)件。當(dāng)管線綜合布置完成后，應(yīng)復(fù)核水泵揚(yáng)程及流量、風(fēng)機(jī)風(fēng)壓及風(fēng)量、冷熱負(fù)荷、電氣負(fù)荷、燈光照度、管線截面尺寸、支架受力等系統(tǒng)參數(shù)。

3.2.3圖紙審查

圖紙會(huì)審作為施工質(zhì)量管理的有效手段，結(jié)合BIM技術(shù)，可將抽象的二維圖紙轉(zhuǎn)換為可視化的三維信息模型，解決自身圖紙錯(cuò)誤及專業(yè)間乃至標(biāo)段間的碰撞問題。以下就圖紙會(huì)審過程中利用BIM技術(shù)解決的部分典型問題做說明。

1)單專業(yè)設(shè)計(jì)圖紙復(fù)核

2)多專業(yè)圖紙復(fù)核

3)標(biāo)段間合模圖審

轉(zhuǎn)運(yùn)中心主樓總承包項(xiàng)目與指廊、分揀、燈光、場(chǎng)道等多個(gè)標(biāo)段接壤，通過合模可有效避免施工過程中的標(biāo)段間問題，并減少返工。在進(jìn)行主樓A3區(qū)地坪板與場(chǎng)道標(biāo)段間合模工作時(shí)，基于施工圖深化模型，發(fā)現(xiàn)雨水井和雨水口連接管段與消能井沖突，經(jīng)標(biāo)段建設(shè)單位、施工單位及設(shè)計(jì)單位統(tǒng)一協(xié)調(diào)溝通后，通過調(diào)整雨水井位置避免碰撞，如圖5所示。

圖5 標(biāo)段合模模型

3.2.4深化出圖

傳統(tǒng)深化設(shè)計(jì)往往需要豐富的專業(yè)知識(shí)和工程經(jīng)驗(yàn)，難以保證深化效率與質(zhì)量。應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，可充分利用可視化、優(yōu)化性及出圖性的特點(diǎn)，任意剖切數(shù)字孿生模型，快速得到二維圖紙難以充分表明的復(fù)雜節(jié)點(diǎn)深化圖紙，可有效加深施工人員對(duì)設(shè)計(jì)圖紙的理解，有利于提升工程質(zhì)量。

3.3 成果會(huì)審

施工單位完成深化設(shè)計(jì)模型及圖紙創(chuàng)建工作后，應(yīng)自審深化成果并完成質(zhì)量校審，在自審合格的基礎(chǔ)上發(fā)起深化設(shè)計(jì)報(bào)審流程至設(shè)計(jì)、BIM總咨詢、監(jiān)理及造價(jià)咨詢單位，由4方綜合會(huì)審深化設(shè)計(jì)模型及圖紙。

其中，設(shè)計(jì)單位主要審查模型設(shè)計(jì)屬性、圖模一致性、是否符合設(shè)計(jì)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)性等方面。BIM總咨詢單位審查模型標(biāo)準(zhǔn)、族類型、構(gòu)件編碼、視圖規(guī)范性、通用屬性等內(nèi)容。監(jiān)理單位主要審查模型邊界、構(gòu)件拆分是否符合檢驗(yàn)批要求，施工屬性、碰撞檢測(cè)及質(zhì)量驗(yàn)收評(píng)價(jià)指標(biāo)要求。造價(jià)咨詢單位主要審查造價(jià)屬性、構(gòu)件扣減關(guān)系及模型是否符合計(jì)量計(jì)價(jià)規(guī)則等內(nèi)容。施工單位根據(jù)4方審查問題報(bào)告整改深化成果，并重新發(fā)起深化設(shè)計(jì)報(bào)審流程，直至成果審核無誤，才能完成深化設(shè)計(jì)成果會(huì)簽。

截至2022年2月份，轉(zhuǎn)運(yùn)中心主樓項(xiàng)目已審查全專業(yè)200余批次深化成果，每批次深化成果自開始創(chuàng)建至4方審查完成平均耗時(shí)10d，其中每批次模型審查2～3輪，深化成果質(zhì)量及效率在機(jī)場(chǎng)各標(biāo)段均屬前列。

3.4 實(shí)施應(yīng)用

項(xiàng)目基于移動(dòng)端輕量化平臺(tái)開展數(shù)字化施工，為此配備專屬移動(dòng)端設(shè)備。現(xiàn)場(chǎng)施工人員可通過輕量化平臺(tái)對(duì)模型進(jìn)行屬性查看、視圖剖切、問題標(biāo)注等操作，同時(shí)可關(guān)聯(lián)檢查的問題照片與模型構(gòu)件，提醒責(zé)任人進(jìn)行整改。

數(shù)字化施工交底采用三級(jí)交底制度，第一級(jí)為BIM負(fù)責(zé)人給專項(xiàng)負(fù)責(zé)人交底，第二級(jí)為專項(xiàng)負(fù)責(zé)人給現(xiàn)場(chǎng)施工管理人員交底，第三級(jí)為施工管理人員給工人交底。其中各級(jí)交底每周進(jìn)行3次以上，需確保所有相關(guān)專項(xiàng)負(fù)責(zé)人、管理人員參加。

鋼結(jié)構(gòu)模型深化完成后，鋼構(gòu)件生產(chǎn)廠家根據(jù)BIM模型明細(xì)表生成的材料清單采購材料，將所有零件按材料板厚、材質(zhì)等屬性進(jìn)行分類，形成可下料切割的數(shù)控?cái)?shù)據(jù)，同時(shí)應(yīng)用BIM模型測(cè)量預(yù)先拼裝的構(gòu)件接口控制點(diǎn)位數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件加工的信息化模擬預(yù)拼裝。

3.5 數(shù)字化驗(yàn)收

三維激光掃描是利用激光測(cè)距原理，通過記錄被測(cè)物體表面大量密集點(diǎn)的三維坐標(biāo)、反射率和紋理等信息，快速復(fù)建出被測(cè)目標(biāo)的三維模型及線、面、體等圖件數(shù)據(jù)，精度可達(dá)毫米級(jí)。本項(xiàng)目對(duì)驗(yàn)收部位進(jìn)行全方位激光掃描，根據(jù)掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)合成受檢區(qū)點(diǎn)云模型，應(yīng)用數(shù)字化工具進(jìn)一步保證施工質(zhì)量。如在A4區(qū)部分鋼框架結(jié)構(gòu)BIM模型及激光掃描模型中，對(duì)點(diǎn)云模型與深化模型進(jìn)行疊加分析，若偏差值在3mm內(nèi)，則分析模型為黃色，證明驗(yàn)收部位誤差極小。

4 效益分析

1)深化成果可充分展示構(gòu)件的三維幾何信息及材料信息，三維可視化交底可使作業(yè)人員準(zhǔn)確理解設(shè)計(jì)意圖，降低施工錯(cuò)誤率，提升工程質(zhì)量。

2)應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行建模圖審，可有效解決圖紙錯(cuò)誤、圖紙含義表達(dá)不清、多專業(yè)間碰撞等問題，減少工程返工，縮短工期，節(jié)約成本。

3)通過深化模型導(dǎo)出構(gòu)件明細(xì)表，準(zhǔn)確輸出構(gòu)件的施工、造價(jià)管理屬性，實(shí)現(xiàn)工程量自動(dòng)統(tǒng)計(jì)，減少人為誤差，有效控制材料使用量。

4)建立全專業(yè)高精度深化模型，可實(shí)現(xiàn)各類構(gòu)件精準(zhǔn)定位，使二次結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確預(yù)留洞口，滿足分揀設(shè)備安裝需求。

5 結(jié)語

隨著數(shù)字化技術(shù)與建筑領(lǐng)域的不斷融合，越來越多的建筑企業(yè)開始深入應(yīng)用BIM技術(shù)。基于BIM技術(shù)深化設(shè)計(jì)，有效提升建筑設(shè)計(jì)圖紙的信息表達(dá)效率，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與施工的無縫對(duì)接。本文結(jié)合鄂州花湖機(jī)場(chǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)中心主樓工程，針對(duì)BIM技術(shù)在全專業(yè)、高精度深化設(shè)計(jì)中面臨的重難點(diǎn)展開研究，闡述基于BIM技術(shù)的深化設(shè)計(jì)實(shí)施應(yīng)用流程，著重分析BIM技術(shù)在項(xiàng)目深化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用成效，表明BIM技術(shù)在大型工程深化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用價(jià)值，有利于施工管理協(xié)調(diào)。