专题 技术应用 解决方案

成都天府国际机场航站楼建设中基于BIM的净高控制应用

摘要:成都天府国际机场定位建设成为“国际一流,国内领先”的“平安·人文·绿色·智慧”机场。行业因素限制、结构安全保证、各类系统融入,造成航站楼室内净高局部受限。净高影响建筑美感、关乎旅客体验,是航站楼高品质建设的细节体现。通过引入BIM技术,创建并整合航站楼各专业模型,统筹开展全专业管线综合布置,最终通过优化设计、现场科学管理与BIM应用点推广确保精准实施,达到控制优化净高的目的。如今,成都天府国际机场航站楼建设项目在基于BIM技术的管理流程、协同模式、优化方式、实施管控等方面取得了应用上新的突破,不仅能提高工作效率,减少施工变更和返工,更能实现航站楼净高的最佳优化,助力精品工程建设。

关键词:航站楼、BIM、净高

1  背景简介

1.1 工程概况

成都天府国际机场是“国家十三五”规划中计划将要建成的我国最大民用运输枢纽机场项目,航站楼一期工程包括T1、T2航站楼(含空侧连廊)、GTC等单体建筑建设,航站楼总建筑面积约60.7万平方米。航站楼建设社会关注度高,力求打造精品工程。

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图1  成都天府国际机场效果图

1.2 航站楼净高控制情况概述

净高,指地面装饰完成面至顶部装饰完成面之间的垂直距离。航站楼在设计阶段,基于各种因素限制,局部楼层或区域的净高十分紧张。

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图2  T1航站楼楼层分布图

以T1航站楼为例(如图2),地上总共五层,分别为L1、L2、L3、L4、L4A层,其中L1层主要标高为-1.6米至±0.00米,L2层标高4.80米,L3层标高8.80米,L4层主要标高为14.00米/15.00米,L4A层标高19.20米。可以看出,T1航站楼L1层建筑层高仅约5米,L2层建筑层高仅约4米,L3层建筑层高仅约5米。这些层高数据,扣减结构、机电管线、天花装饰及地板装饰空间以后,局部净高值并不理想。

航站楼是旅客出行最重要的体验场所,其建设品质是整个机场项目建设中最为重要的部分之一。航站楼重点区域,如贵宾厅、出发大厅、候机区、行李提取厅、两舱候机区、安检区等区域的净高,是项目建设关注的重中之重,关乎精品工程建设目标能否实现。

1.3 航站楼净高控制重难点分析

1、工期紧,要求高

本工程是“十三五”重点工程,社会影响效应大,要求铸造精品工程,确保获得“鲁班奖”。航站楼于2017年开工,预计2020年建成,建设工期短。对净高控制要求高,机电管线深化设计及后期施工总体持续周期长,多专业同步深化协调、施工协调均存在较大困难。

2、建筑布局复杂

成都天府国际机场航站楼主要设施有旅客服务设施、生活保障设施、行李处理设备和行政办公用房等。建筑功能繁多,总体建筑布局复杂,各个功能区域穿插分布,净高要求不尽一致。

3、航站楼建设变更多

工程体量大,在施工准备阶段和施工阶段难免会因功能布局调整、施工工艺优化、设计错漏解决等因素而引起不可避免的变更,给净高控制增加了困难。

4、机电专业较多,管线综合难度大

机电专业作为净高控制主要掌控点,涵盖给排水、消防、暖通、强电、建筑弱电、民航弱电、行李系统、运营商通信系统等。各系统间集成化程度高,机电管线纵横复杂,管线综合难度大。

5、标段划分多,施工协调难度大

航站楼建设根据系统、专业划分标段较多,要确保净高控制实施落地,相关专业必须严格按照净高优化后的深化成果进行施工。存在着协调施工顺序、控制交叉施工、统一各专业施工精度等难题。

1.4 BIM应用背景

建筑信息化模型(BIM),具有可视化、模拟性、参数化等特点,是一种基于三维的新型交互工具。随着BIM技术的蓬勃发展,其多方面应用带来的管理、经济等方面效益日益凸显。

成都天府国际机场航站楼建设BIM技术应用,为大型机场航站楼建设中首例全过程、全专业深度应用,具有技术新、方法新、探索性强等特点。

2  基于BIM的净高控制创新型应用

2.1 基于BIM的深层次净高分析

2.1.1传统净高分析

传统净高分析,一般采用将各专业CAD图纸叠加在一起,发现管线交叉密集的节点,通过绘制二维剖面图、平面图等方式梳理分层,重新排布。排布时主要基于以下原则:

1.提出粗略的分层和排布原则;

2.提出一些专业的强条和施工规则,小让大,次让主等;

3.主要梳理复杂节点;

4.小管径和次要专业或不做考虑;

基于以上原则后的净高分析,存在这样一些问题:

1.二维(CAD)软件,不能全面解决管线层叠带来的碰撞、排布合理性问题,成果输出不精确;

2.机电、建筑、结构、精装修等专业间的协同配合不直观,提前发现问题难;

3.典型剖面不能全面整体适用,影响净高的关键点不能被发现;

4.机电管线深化设计时,主体结构多已经施工完毕,结论滞后;

2.1.2基于BIM的净高分析

成都天府国际机场航站楼建设,基于BIM的净高分析探索出了新的原则,解决了上述问题:

1.根据各系统疏密、结构升降确定各自原则;

2.根据不同点位实际情况,结合设计、规范、施工规则具体研究可实施性;

3.全空间整体性梳理,排除碰撞节点,过程解决错失;

4.所有专业统筹考虑,统一标准,保证方案的合理性和落地性;

5.净高分析,须在结构施工前完成;

在遵循以上原则基础上,净高分析分以下步骤完成:

1、全专业建立BIM模型

全专业建立BIM模型,包括建筑、结构、机电、行李系统、钢结构、屋面、幕墙、民航系统、第三方通信运营商、精装修等。这不仅仅是简单的将二维CAD图纸“变”为三维,更是在过程中添加各类信息,实现全专业信息直观交互。专业涵盖的全面性,是创新型应用成功的重要基础。

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图3  航站楼L1层全专业模型综合图

2、“三步走”机电管线综合

最理想的净高分析,应在结构施工前完成。结合项目重难点因素,机电管线综合分三步走:一次深化设计、二次深化设计和后续深化设计,逐步深层次完成净高分析。

一次深化设计阶段主要工作内容:对机电主管线进行全专业统筹综合深化排布,消除碰撞(如图4)。

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图4  航站楼局部一次深化管综排布图

深化设计要求遵循设计及相关规范要求,须综合考虑施工空间、设备安装空间、后期检修空间、装饰预留空间、美观等因素,细致到须对综合支吊架进行布置。管综过程中,同步解决二维平面图不能发现的设计错失,消除专业间各类碰撞。高标准的一次深化设计,确保了机电完成面底标高数据的准确,扣减装饰预留空间后,得出净高数据(如图5)。

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图5  管综之后的净高分析剖面图

二次深化设计阶段主要工作内容:确定设备尺寸,复测施工尺寸,接收变更,持续调整模型。根据一次深化设计确定的管线分层,消除设备尺寸误差、施工实施误差;根据变更调整,更新完善模型。对于各类误差的修正,特别是对现场施工误差的实际测量修正,是深层次应用BIM技术过程中易被忽略却又非常重要的细节工作。这些举措的实施,使净高数据更加精准。

后续深化设计阶段主要工作内容:根据施工需求进行后续深化,特别是精装修设计及深化的配合。净高值,是精装修设计阶段非常重要的基础数据,将二次深化分析后的净高值提交给精装修设计单位,能提升方案的合理性与落地性。通过将装修元素融入BIM模型并进行深化,完成深层次净高分析。

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图6  基于BIM的净高分析剖面图

成都天府国际机场航站楼建设基于BIM的净高分析,程度深、细致度高,原则灵活,整体性强、准确性强。通过实施多专业管线综合布置,消除碰撞,成果输出更有效,是整个净高控制工作的关键点。

2.2 基于BIM的净高控制高效协同机制

航站楼净高控制工作的开展,需要各参建单位共同配合,协同推进。多专业协调,不仅是净高控制,更是整个建设行业传统施工过程中存在的一大难题。

成都天府国际机场航站楼建设项目利用BIM技术,策划了基于BIM的净高控制工作管理制度。全项目建立了基于BIM协同管理平台的管理模式(如图7),实现了设计院、建设指挥部、施工单位间新的、有效的协同管理方式。

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图7  基于BIM的净高控制协同管理模式

基于BIM模型漫游的“净高汇报”便是协同机制下诞生的成果之一。建设指挥部组织,设计院同步参与,综合安装单位汇报具体情况(图8)。

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图8  基于BIM的净高汇报

三维汇报,数据精准、感受直观,能充分指导指挥部做判断。若净高不满足,由设计院牵头,施工单位BIM配合,采取多种方式优化。“净高汇报”,验证了建设指挥部、设计院、施工单位间基于BIM的全专业高效净高优化协同模式的可行性。

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图9  基于BIM的全专业高效净高优化模式

2.3 基于BIM的净高优化实践措施

以BIM技术为基础,项目主要采取以下几方面措施优化净高:

1、机电管线调整

机电管线调整含管线尺寸调整、管线路由调整两个方面。通过调整管道尺寸,修改分层路由等方式,优化整体区域净高(如图10)。在T2航站楼远机位候机区,采用将空调水管全部移出该区域的方式,提升净高70cm。机电管线调整相对灵活,是净高优化的主要手段。

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图10  机电管线优化调整

2、建筑优化

利用BIM技术的直观性,突破性的实现通过调整建筑布局,修改或新增管线通道来达到优化净高的目的。如图11,消防排烟管道在公共区过道多次横穿,严重影响净高。通过修改建筑,增加排风竖井,使排烟管道避开过道,优化净高。 

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图11  调整建筑,新增管道竖井,优化净高

如图12,BIM指导建筑设计将上层配电间与风井进行位置调换,机电设计同步修改主风管位置,优化净高。

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图12  调整建筑布局,优化净高

BIM模型能精准模拟方案的可行性,便于设计院、指挥部准确评估调整带来的影响,确保敢于调整、调整合理。

3、结构优化

传统方式下,机电专业的深化几乎不能触及结构专业的修改。基于BIM的三维协调,能提前准确发现结构影响净高的局部点位,让结构调整变为现实。在结构施工前,通过调整结构梁尺寸、增加管线穿梁、修改结构梁形式等方式来优化净高。成都天府国际机场航站楼贵宾厅、候机区、到达廊、行李提取厅等重要区域,多处已通过修改结构的方式,实现净高优化,成果显著。

如图13,旅客通行区因局部钢梁尺寸限制,导致净高不统一。通过修改钢梁截面形式,将受影响区域净高整体提升,保证该区净高整体统一。

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图13  调整钢结构梁形式,优化净高

如图14,航站楼长约2公里的到达廊受结构梁形式影响,整体净高不尽理想。通过将结构梁形式进行修改,实现了大空间的净高优化,提高了到达廊旅客体验舒适度,提升了精品工程品质。

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图14  修改结构梁形式,优化净高

结构的修改,不仅实现了成都天府国际机场航站楼建设项目利用BIM技术在净高优化调整方法上新的突破,更是对BIM技术在建筑行业局部应用点发展上实现了新的推动。

4、末端点位优化

灯具、消防喷淋等末端点位的布置通常在施工后期才会细化。利用BIM技术,能实现提前调整,确保不影响净高。如图15,将灯具点位进行调整,用以指导预埋阶段施工,避免后期灯具位置受下方机电管线限制而影响净高。

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图15  末端点位优化调整

上述方法的实际应用,特别是在施工前实现对建筑、结构的修改来优化净高,是成都天府国际机场航站楼建设项目使用BIM技术在施工阶段应用实践上取得的新成绩。在此基础上,也一并形成了以下成果:

1)精确的管综模型。模型精度和构件信息深度满足成都天府国际机场《设计阶段BIM模型交付与验收标准》、《施工阶段BIM建模与交付标准》和《项目各专业BIM数据协同与交互标准》。

2)全面的净高优化报告。报告记录了航站楼竖向净空优化的基本原则,对管线排布优化前后进行了对比说明,不满足净高要求的节点位置、不满足原因和优化措施。

3)准确的净高平面图。采用了平面色块图的形式对优化后的净高数据进行标注,平面图已部分提交给精装修设计单位作为参考。

2.4 基于BIM的净高控制应用点

成都天府国际机场航站楼建设项目以确保BIM净高控制实施落地为原则,做了以下应用点推广。

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图16  二维码虚拟样板引路示例

1、二维码虚拟样板

基于BIM的二维码虚拟样板,现场工人扫一扫便能查看局部节点模型,让模型更接近现场,指导施工。

2、三维模型交底

利用三维模型,给现场施工班组进行直观交底,确保现场按模型方案实施。

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图17  三维模型现场交底

3、管线预制化

基于BIM的管线预制化,在加工厂对管线按模型尺寸进行预制,到现场拼接安装,效率更高,尺寸误差更小,让净高控制实施更精准。

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图18  管线预制化,让施工尺寸与模型一致

BIM新技术引申的新方法应用,实现了净高控制的精细化管理。

2.5 BIM技术在净高控制中的新型应用

1、“BIM+VR”应用

虚拟现实(VR)技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统。项目将“BIM+VR”技术运用于净高控制中,各专业整合而成的BIM模型数据在VR中被仿真成为与真实场景一致的虚拟环境,并且保留了完整的BIM构件信息,可以非常直观的“看到”航站楼各区域净高。

2、三维扫描复测

三维扫描是集光、机、电和计算机技术于一体的高新技术,主要用于对物体空间外形结构及色彩进行扫描,以获得物体表面的空间坐标。施工过程中难以避免的误差是导致净高优化成果难以全部实现的原因之一,我们通过实景复制技术快速采集数据,把现场的真实数据与BIM设计模型进行对比一一核查各项关键数据,及时消除误差。

3  结    语

BIM技术应用不仅是传统技术的进步和更新,是二维到三维的革命,更是建筑生产组织模式和管理方式的转型,将对整个建筑行业产生深远影响。

成都天府国际机场建设指挥部从技术和管理两个方面创新的应用BIM技术,在航站楼建设净高控制工作中取得了实际成效,探索出了基于BIM技术的创新项目管理模式及解决问题的新方法,推动了行业BIM技术应用落地进程,是机场建设领域在新技术应用上的重大突破。

参考文献

1、BIM技术在管线综合的设计思路_曾向斌

2、BIM技术在机电安装工程中的应用研究_姜晓龙

3、BIM技术在建筑机电安装工程中的应用浅析_潘秀华

4、BIM技术在建筑机电安装工程中的应用研究_何志刚

5、BIM在机电安装施工管理中的应用和探索_高文文

6、基于BIM的机电安装工程深化设计应用研究_章梦晨

论文作者

李  俊  成都天府国际机场建设指挥部

来源:四型机场

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