BIM技術在某國際機場擴建工程中的應用研究

張 挺 蘇 楠

1. 西部機場集團有限公司 陜西 西安 710075 2. 中國建筑西北設計研究院 陜西 西安 710000

隨著科學技術的發展，BIM技術越來越多地應用于工程建設領域，該技術具有可視性、協調性、優化性等特點，能夠以三維可視化的形式表現出建筑物的形狀并模擬工程建設的技術方案，可以為工程提供信息化支撐平臺，從而優化建筑施工管理，減少因設計或施工錯誤所造成的返工，節約工期和施工成本，為建筑工程的各個參與方帶來良好的效益[1]。

西安咸陽國際機場三期擴建工程（以下簡稱：西安機場三期工程），建設規模宏大，施工技術復雜，須協調問題繁雜。本文以西安機場三期工程飛行區工程為背景，介紹了BIM技術在該工程建設過程中的具體應用，主要包括：管線碰撞、高差分析、BIM+GIS應用、3D工藝動畫等方面。BIM技術在該項目上的應用極大地提高了施工效率，節約了工程工期，保障了施工安全和質量，為工程的各個參與方帶來良好的效益。

1 BIM簡介

BIM是源自于“Building Information Modeling”的縮寫，中文譯為“建筑信息模型”。該技術通過數字化手段，在計算機中建立出一個虛擬建筑，該虛擬建筑會提供一個單一、完整、包含邏輯關系的建筑信息庫。并通過真實性模擬和建筑可視化來更好地溝通，以便讓項目各方了解工期、現場實時情況、成本和環境影響等項目基本信息。BIM技術也是一種應用于工程設計、建造、管理的數據化工具，通過對建筑的數據化、信息化模型整合，在項目策劃、運行和維護的全生命周期過程中進行共享和傳遞，使工程技術人員對各種建筑信息作出正確理解和高效應對，在提高生產效率、節約成本和縮短工期方面發揮著重要作用[2]。

1.1 可視化

BIM的可視化特點，即“所見即所得”的形式，對于建筑行業來說，可視化真正運用在建筑業的作用非常大。傳統的二維圖紙只能以線條進行表達，建筑構造形式則需要施工技術人員自行想象。BIM的可視化從二維升級為三維立體實物場景，將建筑結構以更加形象的形式展現在人們的面前，同時各方還能通過模型可視化形成有效的互動，使各方信息得到有效溝通[3]。

1.2 協調性

BIM的協調性是指工程項目的參建單位基于BIM的協同平臺進行橫向和縱向的信息交流，減少信息的失真。建筑工程涉及的參加者眾多，基于傳統的藍圖無法實現建筑信息的無縫傳遞，而基于BIM的協同平臺可以實現橫向和縱向的協同管理[4]。

1.3 優化性

在設計施工過程中，地下復雜的管綜、異形建筑結構等區域通常是施工難度較大和問題較多的地方，利用BIM對存在的問題預先進行分析，得出相應的信息數據文件，提前對設計、施工方案進行優化處理，以達到縮短項目工期、減少項目成本投入的目的[5]。

2 綜碰撞檢查應用

西安機場擴建工程包括機場、空管、航油等工程，涉及不同的建設單位、設計院及施工單位，涉及給排水、電氣、消防、燃氣、弱電等眾多專業，造成飛行區附屬用房室外施工管網錯綜復雜，彼此之間存在較多的碰撞問題，現場協調難度很大。因此必須對各專業之間的BIM模型進行整合審查，在施工之前解決掉各類碰撞問題，使現場施工能夠順利進行，減少變更及協調工作量，飛行區附屬用房管綜碰撞檢查流程如圖1所示。

圖1 管綜碰撞檢查流程圖

2.1 模型搭建

根據最新的設計圖紙，對各專業管線進行三維模型搭建，統一標高及基點的位置，使得整體模型達到位置關系統一。考慮到本工程中消防、給水等管線和管井圖紙只標明了埋深無絕對標高，因此首先創建管綜區域設計地形模型，通過地形模型對消防、給水等專業的管線和管井的標高進行調整，確定其豎向位置關系；各專業的管線及管井模型的尺寸及管徑大小的數據需按照大樣圖進行1：1的比例創建，使得管綜碰撞檢查更加地嚴謹，管綜之間的平面與豎向位置調整更加合理、準確。

2.2 模型碰撞檢查

各專業模型搭建完成后進行模型整合，進而進行碰撞檢查，飛行區附屬用房室外各專業整合模型如圖2所示。管綜碰撞審查過程中主要分為兩類碰撞問題，一是硬碰撞，主要為井與井之間的碰撞、重力流管線與井、排水溝之間的碰撞，此類碰撞問題只能通過平面位置調整進行解決；二是軟碰撞，主要為管線與管線、管線與井之間的碰撞，此類碰撞問題一般通過增加管線埋深或者對管線進行翻彎處理進行解決。模型碰撞檢查過程中發現的所有管綜碰撞問題須形成圖文文檔資料，反饋至各建設單位及設計、施工單位。

圖2 飛行區附屬用房室外各專業整合模型

2.3 模型及圖紙優化

建設單位組織各施工和設計單位對初版報告中的各項問題逐一討論并分析，確定相應的解決方案，并對報告中的問題進行責任劃分；對應相關問題的各設計單位對圖紙進行優化，優化完成后，BIM單位根據優化后的圖紙對模型進行更新整合，對初版報告中的問題進行復核確認，形成新版的管綜碰撞檢查報告。模型審查過程中會出現新的碰撞問題，因此，此項工作流程會多次重復進行，最終使得管綜碰撞問題得到整體解決。以飛行區附屬用房項目2號小區為例，經過4輪BIM碰撞檢查分析和設計單位對圖紙進行優化，最終基本解決了室外管線碰撞問題，使得現場施工協調量大大降低，現場施工較為順利。

傳統的施工只能依賴于二維圖紙上面的內容，無法完整的表達出管綜整體的平面和豎向信息，對施工現場造成一定的難度，不僅會影響工期，還會增加相應的協調和變更成本。BIM的三維立體模型則有效地避免了此類問題的產生，運用三維立體模型，通過具有互動性和反饋性的BIM三維可視化分析，能提前發現設計中的各項碰撞點，及時給出相應解決方案及建議，減少后期施工的返工率，縮短項目工期并節約相應成本。

表1 飛行區2號小區室外管綜碰撞統計表

3 道路交界面高差分析應用

西安機場擴建工程進出場道路與周邊現狀道路及市政規劃道路屬于不同設計單位設計、權屬單位各不相同，道路交界區域可能存在高差，后期存在影響正常通行的隱患。

為解決上述問題，首先根據機場總平面圖排查確定道路交界區域，收集相關市政規劃道路圖紙；利用專業軟件，對市政規劃道路及現狀道路地形數據進行處理，完成市政規劃道路模型搭建；將市政規劃道路與機場道路模型進行合并，逐個區域進行核查分析，利用BIM三維模型可視化特點，復核機場出入道路與市政規劃道路交界面高程，提取相關數據及圖形后形成分析報告，反饋至設計院及時進行調整有效地，解決了機場出入道路和市政道路交接處標高誤差問題。

4 BIM +GIS技術應用

西安機場擴建工程在建設的過程中須保證西安機場的正常運轉，因此在施工過程中應嚴格控制各類機械及塔吊的高度不超過凈空限制的要求，同時保證施工過程中不損傷既有地下管網，是保障機場正常運行及航空器飛行安全的最基本要求。西安機場擴建工程飛行區工程施工區域面積近萬畝，如何實現現場快速定位，快速判斷所處區域的凈空限制要求以及該區域地下管線的分布情況具有重要的現實意義。

為解決以上問題，將已有的各類BIM模型數據（凈空模型、綜合管網模型等）和各種CAD線面對象數據處理并匹配地理坐標后導入GIS客戶端，并把數據發布至用戶移動端供各類用戶開展業務，進行快速定位，獲得所處位置的凈空限制高度及地下管網情況，以此來幫助現場管理人員日常開展，從而節省了現場放線定位及查閱資料的時間，大大提高了工作效率，其應用過程如圖3所示。

圖3 BIM +GIS技術應用示意圖

5 3D工藝動畫技術交底應用

飛行區場道工程所使用的混凝土為干硬性混凝土，與普通混凝土的施工工藝存在較大差別，因此利用BIM制作3D施工工藝動畫進行技術交底，直觀地展示飛行區場道工程的施工工藝，能夠更好地把控施工細節，提高現場施工質量。

飛行區道面結構層施工主要分為基層和面層施工，基層施工工序：下承層準備（下承層高程、平整度、寬度等驗收合格）→測量放樣（放出基層邊線和攤鋪引導線；按間距打下基準桿；架設基準鋼絲，調整好虛鋪厚度及平面位置）→拌合及運輸作業→攤鋪作業→碾壓作業→接縫處理。水泥混凝土面層施工工藝：測量放樣及模板安設→攤鋪振搗→整平拉毛→第一倉施工完成進行下一獨立倉施工→兩側混凝土達到規定時間后進行填倉施工→獨立倉、填倉作業完成后進行擴縫灌縫施工。飛行區場道工程道面3D工藝動畫如圖4所示。

圖4 飛行區場道工程3D工藝動畫圖

3D動畫工藝可有效避免在施工過程出現的錯誤，提前修改及調整，保證工程施工質量，促進了施工技術和管理水平的提高，直觀形象逼真地展示建筑施工部署、施工方案、施工進度、資源管理，運輸、安裝和拆除等內容，提前展示施工后的面貌成果，幫助生產者動態直觀地了解建筑施工工藝、施工流程。

6 結束語

對于大型復雜的工程項目，利用BIM技術進行三維模擬有著明顯的優勢及現實意義。BIM模型是對整個建筑設計的一次“預演”，建模的過程同時也是一次全面的“三維校審”過程，在此過程中可發現大量隱藏在設計中的問題，這些問題往往不涉及規范，但跟專業配合緊密相關，或者屬于空間高度上的沖突，在傳統的單專業校審過程中很難被發現，同時利用GIS+BIM的技術融合能夠大大提高發現和解決現場問題的效率。BIM技術在西安咸陽國際機場三期擴建工程飛行區工程中的應用，取得良好的社會和經濟效益。