BIM 技术在机场市政配套工程设计中的应用

刘华杰

（北京市市政工程设计研究总院有限公司广东分院，广东 广州510000）

0 引 言

鄂州花湖机场是全球第四个、亚洲第一个专业性货运机场，也是我国第一个获批建设的货运枢纽机场，见图1。市政基础配套工程作为该项目建设的重要组成部分，其建设质量成为提升机场的运行效率、安全管理以及服务质量的基础保障。工程项目的质量目标与水平往往取决于前期设计质量以及后期的施工水平，所以本项目对设计阶段的质量提出了更高的要求。根据本项目的特性以及发展要求，引入”数字孪生”理念，借助BIM 这种新型的技术手段作为支撑技术，为项目设计阶段植入数字基因，打造数字底盘，实现数字化正向设计以及数字化智能施工，同时也为机场的建设实现智慧赋能，大大发挥BIM 技术优势[3]。

图1 鄂州花湖机场

1 项目概况

鄂州花湖机场市政配套工程主要建设内容包括：场内市政道路工程（含市政管线）、中心110 kV变电站工程、10 kV 配电工程、综合管廊工程、1# 能源站工程、给水泵站、垃圾收集站以及污水泵站等。

本项目要求实现全面数字化设计（BIM）的管理工作范围包括：

（1）全阶段：本项目所有阶段，包括但不限于实施准备阶段、策划与规划阶段、勘察测量阶段、设计阶段、施工建造阶段、其它过程伴随阶段（例如：采购招标、工程过程监理、进度计量支付、竣工验收交付、结算审计等）等；

（2）全专业：本项目各单项工程中的所有相关专业，包括但不限于测量、三维地质、三维地理、岩土、场道、建筑、结构、给排水、消防、暖通空调、电气照明、智能建筑、油气水电管路、信息弱电、动力能源、建筑节能、专用设备、市政公用、交通路网、电讯通信等；

（3）全业务：本项目建设审批流程上的全部业务节点，包括但不限于方案规划、勘察测量、计量造价、报建手续、招标、设计管理、施工项目管理、工程资料管理，工程过渡期管理等；

（4）全参与：本项目建设的各参建单位即是各BIM实施关联方，包括但不限于：发包人、BIM 咨询顾问、监理单位、分拣设备供应商、民航/ 物流专业系统供应商、土建施工承包商、专用设备安装承包商等。

2 BIM 应用技术路线

2.1 项目重难点分析

本项目在设计实施阶段存在专业系统众多、需多地多专业协同设计、地下环境复杂、交通组织复杂、工程实施组织协调难度大、需要将设计模型及属性向施工和运维阶段传递等问题，采用传统的设计方式无法实现设计各专业以及实施各阶段信息的实时有效共享[3]。为了有效解决综上所述的问题，实现异地协同设计管理，确保设计精细、进度可控、数据完整、流程规范就必须引入新技术与新理念。BIM 这项新技术的理念就是将信息化、数字化融入项目全生命期管理中，因此将BIM 技术引入到项目中，可有效的解决项目设计阶段的信息断层、设计方案优化、协同管理等一系列问题[4]。

2.2 技术路线图

根据项目的需求和特点，制定BIM 实施技术路线，见图2。

图2 技术路线图

2.3 技术保障措施

（1）组织措施

根据建设单位的要求，开展建设全阶段BIM 运用实施，针对设计阶段制定了明确的BIM 实施内容见表1。更好发挥设计单位在BIM 应用策划、标准制定、过程管理、成果审核方面的优势，辅助业主单位开展分阶段、分步骤的BIM 应用实施。

表1 设计阶段BIM 实施内容

项目开展初期，组建项目机构，配备足够的BIM专业工程师，划分各自专业职责，确保责任落实到人，保障项目顺利进行。

制定详细的工作计划，在计划时间节点内督促检查各专业BIM 设计工作完成情况。

（2）质量控制措施

以BIM 项目负责人为组长，与各专业设计负责人组成质量领导小组，全面负责质量保障工作。BIM团队根据职责划分，由BIM 项目负责人每周对BIM人员进行考察。

协调各专业设计人员的沟通、配合，反馈各专业存在的问题，再对BIM 模型进行修改，减少设计的错、漏、碰、缺问题，提升设计质量。

（3）进度控制措施

为了科学、合理地提高工作效率，保障本项目BIM 工作顺利进行，应采用以下控制措施：

在项目开始之后，在合同约定时间内，应保证各专业设计人员基于设计协同平台同步开展工作。

划分阶段工作界面，分解工作任务，在各阶段时间节点检查工作完成情况，按时提交合格的BIM 设计成果，满足进度计划要求。

对发现的问题及时采取措施，BIM 项目负责人每周召开项目进展情况(内部)审核会议。审查进度执行效果及分析资料，找出偏差的部位和原因，决定纠正偏差措施，使项目恢复正常运行。

3 BIM 技术在市政工程设计中的应用

3.1 项目应用目标

将BIM 技术深度应用于鄂州花湖机场市政配套工程设计过程中，实现基于BIM 的三维正向设计、建造可视化呈现、施工信息化管控和运营精细化服务[5]，见图3。

图3 项目应用目标

设计阶段旨在借助BIM 技术手段，基于BIM 模型的可视化、模拟性、协调性等特点[6]，促进建设单位、各专业设计等各参与方的沟通与协作，辅助优化设计方案，减少设计错漏，从而提高设计质量和施工管理水平，保障项目的顺利完成，并为后续的项目运维管理提供数据基础。

施工阶段：基于施工图设计模型开展深化设计，创建深化设计模型。应用工程项目管理平台开展包括（不限于）进度管理、质量验评、计量支付、变更管理、安全管理、施工信息管理等的工程项目管理工作。

竣工阶段：在施工深化模型基础上，根据工程项目竣工验收要求和交付要求，基于工程项目管理平台实现基于工程信息模型的数字化移交。

3.2 BIM 实施体系建设

3.2.1 BIM 实施标准制定

通过对国家BIM 标准研究，结合市政配套工程设计阶段的独特性，针对软件选用标准、模型创建标准[7]、数据接口标准、模型应用标准[8]及交换标准等多个方面制定实施标准，见图4，为规范BIM 技术在鄂州花湖机场工程建设全生命期的应用，充分发挥BIM 优势，确保BIM 实施效果，提升工程质量和投资效益提供规范和指导。

图4 项目实施标准

（1）软件选用标准：统一项目BIM 软件选用标准以及各式标准，确保BIM 模型能够在各实施阶段以及各参与方能够共享协同，制定了机场工程BIM 软件选用标准[7]；

（2）模型创建标准：规范模型创建方法、创建流程、模型校验等环节，以保证模型数据的准确性、规范性和统一性，制定机场工程BIM 模型结构标准；

（3）数据接口标准：明确不同平台软件之间数据交换规则、数据交换类型等内容，以确保数据在项目各阶段、不同平台间的无损传递，制定机场工程BIM数据标准以及模型管理标准等；

（4）模型应用标准：明确项目BIM 应用实施组织形式、应用价值点、应用流程及应用成果要求等，并规范各阶段BIM 模型应用的广度与深度，以满足机场工程全生命期BIM 应用与管理的需求，制定了机场工程BIM 应用标准[8]；

（5）模型交付标准：建立模型分类编码体系，规范设施设备的组成架构，规定模型交付范围、交付形式及其属性信息，明确模型数据的交付深度，以满足机场工程全生命期的管理需求，制定了机场工程模型分类编码标准以及实施精度标准等[9]。

3.2.2 软件硬件的配置

项目采用Bentley 技术解决方案，软件配置方案见表2。

表2 软件配置方案

项目需搭建设计协同平台以及Bentley 软件自身对电脑性能要求较高，制定了相应的硬件配置方案见表3。

表3 硬件配置方案

3.2.3 BIM 实施人员部署

本项目中设计阶段要求实现全面数字化设计管理，设计单位需开展相应的BIM 模型创建以及BIM应用，同时需配合施工单位完成施工阶段模型深化工作，审查BIM 模型。因此为保障本项目各项工作的顺利推进，进一步明确项目BIM 实施各参与方核心团队成员及分工，组建由中国勘察设计大师李艺领衔、数十名技术精良的设计人员参与的BIM 团队见表4，基于Bentley 平台，开展全专业、多阶段、跨地域的协同设计工作。

表4 核心成员组成与职责分工

3.2.4 BIM 实施平台搭建

依托基于BIM 设计管理平台，可实现从设计阶段的全部信息无损传递，对本项目设计过程中的海量数据实现信息化高效管理，为项目各参与方（建设单位、设计各专业人员、施工单位等）提供可视化的数据共享平台，有效控制项目实施全过程的进度和质量，加强设计阶段全过程的精细化管理，有助于保障项目建设目标能够保质保量按时完成。

基于ProjectWise 协同设计平台搭建协同设计网络平台，规划项目工作目录、定制工作空间及种子文件、确定人员访问权限、制定设校审流程等，见图5。

图5 项目实施平台

3.3 BIM 应用内容

（1）全专业BIM 正向设计：在协同工作环境中，依据项目BIM 应用实施策划要求，搭建项目各专业BIM 设计模型，见图6，项目引入协同设计模式，借助协同管理平台，打通了设计、施工过程中数据协同共享的流程，有效减少项目各参与方沟通时间约10%，减少线下设计例会、交底约20 次，减少图纸、模型审核时间约20%。

图6 BIM 模型可视化展示

（2）基于模型出图：本项目专业覆盖面广，各专业间联系非常紧密，在完成各专业信息化模型搭建后，利用BIM 软件实现设计二维图纸的自动输出，例如基于道路软件输出机场北区道路平面设计图，见图7，同时还可以对特定剖面、视角进行截取保存，可有效解决CAD 二维绘图的局限性同时也为行业总结一套完善的机场数字设计解决方案，形成可复制、可推广的技术应用成果。

图7 BIM 模型出图

（3）设计方案可视化效果表现：在设计方案中，根据不同设计方案要求，创建相应的信息化模型，见图8，以三维可视化的形式表现多方案中各方案设计理念、设计思路和设计控制因素等设计内容，辅助设计单位、业主、政府等相关部门进行沟通和汇报，便于进行设计方案比选和快速决策。

图8 设计方案可视化效果表现

（4）工程设计方案漫游：以BIM 模型为基础，结合周边环境模型、市政管线模型及地下建构筑物模型，直观展示工程整体设计方案成果，见图9，进行仿真漫游，虚拟展示工程建成实景并判断周边环境的影响。

图9 工程设计方案漫游

（5）交通仿真模拟：通过BIM 软件进行方案比选、可视化分析，与专业分析软件进行数据互通，进行交通模拟分析并导出到可视化软件中进行展示，见图10。本项目作为亚洲第一个专业性货运机场，飞机群起群落，对于路网设计要求非常高，项目设计阶段根据车辆流速、道路设计时速等参数，动态模拟不同道路方案交通情况，其中包括机场大道立交方案以及平角方案等，确保道路通行流量满足要求，验证交通的合理性、可操作性等。

图10 交通仿真模拟

（6）管线综合与碰撞检测：通过BIM 软件建立BIM模型，直观展示各专业管线的三维关系、暖通机电与管网的三维关系、地下管网和综合管廊的关系、新建构筑物与内部附属设施的关系、通信电力电缆与建筑物的对接位置，见图11，本项目通过对7 个管网专业进行碰撞检查，查出108 处碰撞问题并对图纸进行精确调整，辅助设计优化。

图11 管线综合与碰撞检

（7）工程量复核：根据设计清单工程量统计要求，基于信息化模型，实现能源站、变电站、市政管网等复杂工程工程量的自动汇总统计，生成工程量清单，见图12；基于BIM 模型调整计量计价规则，提高工程量计算准确性，比传统工程造价编制模式下效率提高50%。

图12 工程量复核

（8）BIM+VR 沉浸式体验：利用VR 技术，以虚拟漫游沉浸式体验方式，优化建筑、景观绿化、道路设计等方案，见图13，给项目业主、管理方等其他相关方带来沉浸式的体验，为设计方案的表达、设计方案的比选以及方案决策提供了新方法，本项目针对项目关键节点搭建了多个VR 可视化场景，其中包括航空大道道路模型、110 kv 变电站工程、给水泵站、综合管廊工程、1#能源站工程等。

图13 BIM+VR 沉浸式体验

（9）向施工管理平台信息传递：通过IFC 格式模型解析和非IFC 格式建筑信息转化，将设计模型、属性信息、构件编码，轻量化至施工管理平台，见图14，施工方基于设计模型、设计编码进行分部分项拆分、深化设计，与WBS 进行绑定，进行人机料控制，完成进度、质量、安全管理。

图14 BIM 实施管理平台

4 总结与展望

鄂州民用机场市政工程设计标准高，专业覆盖面广，设计周期短。开展数字化正向设计，通过方案模拟、深化设计、管线综合、工程算量、模型出图、数字化交付等创新应用，研究和探索市政行业全专业BIM 解决方案关键问题，大幅提高设计进度和精细度，推动了设计思维、工作流程、协同方式乃至建设模式的深刻变化，使BIM 模型的全生命周期应用得以实现，展现了BIM 技术优良的市场应用前景。