上海浦东国际机场卫星厅工程总承包管理模式中的BIM革新

赵隽之

上海机施建筑设计咨询有限公司 上海 200436

BIM技术作为当今建筑工程行业的新兴技术手段，经过多年的发展，已深入到工程行业的大部分环节[1-7]。BIM技术的应用也从起初的一线技术手段，逐步上升为工程项目管理手段，为传统工作模式带来的变革已初见成效。

1 BIM技术与工作模式

BIM技术相对于传统技术，其较大的优势就是极大地提高了工作效率，而效率的提升往往带来工作模式的变化。本文以BIM技术在上海浦东国际机场三期扩建工程卫星厅项目（以下简称“卫星厅项目”，图1）中的实施案例，来解析BIM技术对工作模式的优化。

图1 上海浦东国际机场三期扩建工程卫星厅项目效果图

1.1 项目规划应用

建筑工程项目，凡是涉及超大型公共服务设施的建设，都需要在前期进行精心的施工策划，既需要满足项目开发的前提条件，又能够服务于项目的后期运营。卫星厅项目作为上海浦东国际机场三期扩建工程的核心项目，在前期也投入了很大的人力、物力进行规划方案优选。BIM技术在此起到了一个信息整合交互的作用。

规划方案的主体内容是由工程承包方技术团队主导完成的，但是方案的优选却不是由单一团队能够决策的，这需要综合项目所有参与单位及后续运营单位的多方意见，这也使得项目规划所需考虑的因素，随着项目的推进，时刻在变化，而作为传统策划方式的图纸及静态图片已不能完全表达这些综合因素。基于BIM技术的施工流程模拟，在这里发挥了很好的信息整合和信息传达作用。

卫星厅项目体量巨大，主体结构被划分为2个中央区和5个指廊区，中央区东西各1个，由指廊连接贯通，指廊区分别与现有航站楼的运行系统共通（图2）。工程承包方前期规划的建设路线是选择先难后易的施工路线，计划在施工阶段前期将结构相对复杂的中央区先完成，并在这个过程中解决大部分的施工技术问题，确保中后期指廊贯通的顺利进行（图3）。这一方案的优点是在前期完成充分施工准备的条件下，完全能够确保施工工期。承包方将这一方案通过BIM动态模拟的形式向项目其他参与方进行演示讲解，使得各方即使不看图纸，不熟悉方案，也能够直观地了解承包方的规划意图。

在规划过程中，项目运营方基于机场运行的需求，提出了他们的要求。对机场运行至关重要的实用机位数量是机场运营单位关注的要点，他们希望新建的卫星厅能够分批先期提供实用机位，帮助解决浦东机场的运营压力。承包方根据运营方的要求，做出调整，决定在上部结构施工阶段先进行指廊施工，提前实现新航站楼与现有航站楼之间的跑道连接，通过切换施工区域的方式，在不影响施工整体进度的前提下，实现提前为机场提供实用机位的目标。

图2 卫星厅施工分区示意

图3 前期策划卫星厅主体结构施工流程

BIM施工模拟根据新的方案进行了更新，并且具体划分了施工区域，计算了施工量，将每个施工阶段所能提供的新增机位数量、建筑体的相对状态动态地表达出来，为后续的方案深化提供了直观的可视化资料。通过BIM的动态演示、充分模拟，对比了各种工况，最大程度地整合了各方需求，为项目领导层的最终决策提供了可靠的技术依据。BIM技术也成为项目管理层非常认可的优秀的工程技术手段。

1.2 团队资源优化

1.2.1 双曲造型结构建模工作

工程项目的顺利推进需要参与项目的各方技术团队通力合作，最大限度地发挥自身技术优势。所以，如何提高团队工作效率，提升工作质量，是一个值得研究的课题。

在卫星厅项目中，我公司团队就通过技术更新，改变了固有的工作模式。本项目包含大面积双曲面造型屋面，曲面造型使得屋面内部结构尤为复杂，如果没有BIM模型数据的支持，现场施工将面临极大困难，所以首要的工作就是精确地创建屋面模型。因为预见到屋面结构的复杂性，所以必须在较短时间周期内完成整体建模，确保有足够的时间进行结构深化完善，以及后续的施工数据输出。

我公司BIM团队大胆采用多软件、分层次的流水线工作模式，由专人完成单一构件处理，通过参数化计算，生成实体，然后进行构件整合。基本流程为：完成普通构件平面线模型处理→平面线模型投影生成空间线模型→空间线模型交由下一道工序进行参数化实体放样→上一道工序的人员同步进行特殊结构的实体建模→普通构件与特殊结构模型分批交由专人整合校对。相比传统的单线程工作模式，该模式节约人力资源51%，节约工作时间40%，效果显著。

1.2.2 推广意义

本案例中的工作模式，其最终目的并不仅是提高效率，更是提高工作质量。相较于传统工作模式，流水线工作能让技术人员集中解决单一问题，极大地提高了工作成果的精确度。虽然在多线程建模的过程中，有产生构件遗漏的隐患，需要在构件整合时严格地把关，但整合检查本身也是BIM工作问题预判的过程，将预判工作提前融入到建模过程中，是非常重要的。传统的单人完成所有构件建模，能确保不遗漏，但会形成对同类问题的重复操作，结果得不偿失。

1.3 三维设计应用

1.3.1 三维模型深化

BIM技术在结构深化设计上的应用主要集中在加工和施工数据提取方面。无论数据是以二维图纸或是纯数据集的形式输出，其基本来源都是依靠精确的三维模型创建。在卫星厅项目中，因为涉及大量曲面造型结构，所以尤其需要BIM技术的支持。

以之前章节介绍的双曲屋面结构为例，其模型创建的依据是建筑设计方提供的原始造型数据，而施工方需要的是造型产生的具体结构定位数据，以完成结构的实际模板翻样。这就需要BIM模型在完成精确造型后，完整地创建所有细部结构，比如大量的曲面结构连接和特殊的收边收口结构。这些结构的完成，需要我公司的深化人员与建筑设计方通力合作。建筑设计方根据建筑设计的原始意图和造型要求审核我公司创建的BIM模型，对需要优化的结构提出改进意见，然后我公司进行模型更新，并复核数据的准确性。

比如在卫星厅双曲屋面下，局部区域有平面夹层楼面，屋面梁与楼面梁的水平定位是重合的，但是因为屋面曲线造型的缘故，使得屋面梁与楼面梁的垂直间距始终在变化，平面的施工图已无法反映这些变化所产生的问题。我公司与建筑设计方在解决这个问题时，全程通过BIM模型操作，从模型提取数据，将结构的情况进行分类，建筑设计方根据我公司BIM模型提供的数据，进行结构优化。如果上下梁间距小于一定范围，则需将上下梁合并；如果大于某数据范围，则需适当变更梁高，确保双梁结构的稳定性和施工空间充足（图4）。

图4 屋面弧梁与楼面水平梁定位关系

其他诸如梁端连接、梁挂板收口等造型问题，屋面相关的幕墙、机电结构深化问题，都必须通过BIM模型来进行。这些结构深化沟通与修改的过程都是在BIM模型上实现的，模型充分反映了施工图无法表达的结构内容，又可以实时修改，迅速预览实际效果，形成了多方协作的三维结构设计工作模式。

1.3.2 施工数据提取

在完成模型深化后，接下来就需要针对施工方的需求，进行数据输出。理论上来说，模型中包含了无穷多的空间定位数据，可以任意选取。而实际的数据选取需要根据现场的施工特点进行，比如双曲屋面的边沿标高数据的采集，就必须参考屋面相关的幕墙单元分隔。以幕墙分隔的点位为基准，采集相对应的屋面标高数据（图5）。

图5 屋面标高点位与幕墙结构标高的配合

基于这些起始数据，利用BIM软件程序，批量计算出屋面结构的底面标高，支持模板结构的搭设；根据屋面与幕墙结构的相对关系，计算出幕墙钢柱的顶标高，从而更快地统计出钢柱用料长度。各专业在获取BIM模型后，均可根据自身的施工特点需求，快速读取并筛选数据集，基本摆脱了二维图纸的信息表达局限，使得施工数据传达的渠道更为多元化。

1.3.3 推广意义

无论是BIM三维建模还是模型数据的直接应用，都是数字技术对实物施工技术的促进。我们不再将实物信息转化为近似的图纸信息，而是直接在精确的数字化实体上进行设计工作。

信息化设计的最终目的是完成精确高效的数字化加工和信息化施工，这与当今建筑工程行业大力推行的建筑工业化理念是一致的。虽然现在的工程技术还不能完全基于BIM三维模型进行信息交互，但随着信息技术的末端化发展，BIM技术也一定能够覆盖整个行业的每个基础环节。

1.4 现场工作辅助

1.4.1 施工进度监控

超大型工程因为施工面大、工况变化复杂，必须要有非常完善的工程进度监控机制，以确保施工进度。对关键施工节点的控制可以实现工程的总体把控，但仍旧需要相应的技术进行短周期内的定时、定量控制。

基于BIM技术的施工流程模拟在建筑工程中的应用已经相当普及，施工模拟通过简单的原理，完成了施工流程动态演示和施工信息预报的工作。在施工准备阶段主要用来辅助工序流程的优化论证，排除不合理的施工关系；到正式施工阶段，施工模拟通过进度数据计算来辅助实际施工进度的监控。这些功能的实现，其实都离不开施工数据的提取比对。

在卫星厅项目中，我公司基于施工阶段的总体计划，完成了完整的主体结构BIM施工模拟（图6）。在完成施工流程演示的同时，按照施工周报的实际施工情况统计结果，出具施工模拟周报，对施工完成情况进行比对整理，并进行后续的施工预报。为了使模拟数据更具实效性，我公司在周报数据检索上进行了详细的考虑。输出哪一类的数据，取决于数据对接方的需求，过多的信息反而会形成累赘，事倍功半。卫星厅项目的施工模拟以施工量统计为基础，参考施工管理的要点，通过施工模拟本身及外部连接的数据计算功能，分类输出不同功能的报表。

图6 卫星厅主体结构施工流程模拟

1.4.2 BIM模型交底

超大型项目的BIM模型所包含的施工信息量是非常巨大的，如何将信息传达给相关的使用者，使信息数据发挥作用，是BIM实施团队必须解决的问题。尤其是对于一些在实际工作中只接触施工图的技术人员来说，能够获得三维模型信息，对工作效率的提升是有极大帮助的。

在卫星厅项目中，我公司安排专人定期出席工程技术会议。根据会议内容进行相关模型的整理。在会议进行过程中，全程以模型演示作为技术问题沟通的平台，实时提供所需的数据，支持全专业协同的问题解决过程，使得问题相关各方面的技术人员都能充分、直观地理解问题的起因和过程。

另一方面，我公司着手将BIM模型上传至数据平台，提供给工程管理人员下载到移动端，比如智能手机和平板电脑，让施工现场的技术人员无需携带大量施工图资料，直接在电子设备上浏览模型信息，并实时传送浏览结果。现场人员发现的问题，和基地人员接受的信息是以同一个BIM模型为基础的，问题可以马上由基地人员进行处理，反馈解决方案给现场人员复核，能够形成技术问题现场提出、现场解决的工作方式。

2 BIM技术与工程管理

BIM技术在工程中的应用，无论是协调技术问题，还是提供数据输出，都是为了能够更好地辅助工程整体管理工作的顺利进行。BIM技术实施产生的工作模式变化，必定会推进工程管理方式的更新。

2.1 施工准备阶段的总体控制

通过BIM技术可以更全面、更准确地汇总项目相关的各类信息，并且动态地反映出来。对于项目管控方来说，可以借助BIM动态模拟更直观地提出具体要求，指导项目各参与方的工作；对于主要施工方，可以将自身的工程规划意图更明确、直接地表达出来；而其他项目参与方能够更快地提出自身的建议。项目各方都省去了大量繁复的文字信息表达工作，将精力集中投入到方案优选的工作中，而BIM技术提供的数字模拟功能、数据统计功能，都能服务于方案优化，所有工作都基于同一个动态信息模型展开，为工程的后续推进打下坚实基础。

2.2 技术团队的构架与协作

每个工程对参与其中的专业技术团队都会提出不同的要求，专业团队需要不断提升自身的能力，适应工作需求。BIM技术给设计、深化及施工团队带来的是信息化、标准化的技术便利，进而形成常态化的工作机制。从项目专属的团队建设开始，根据技术实施的要求选择培养人力资源，并以统一的技术标准管控日常工作。专业团队之间通过BIM信息平台，互通技术资源，协同解决困难，充分避免各自为政的各种弊端。项目总控方则借助BIM技术实施反馈的成果信息，来统一协调各团队的工作流程，有理有据，顺理成章。

2.3 深化设计管理

深化设计作为承接设计与施工的重要技术环节，在工程管理流程中备受重视。深化设计本身的技术含量就很高，综合了大量工艺内容。BIM技术主要是提供了信息集合平台，将深化设计和工艺实施成果以三维模型的形式体现出来。原先项目中需要管理设计原始数据集合、深化设计数据集合和施工信息集合，现在通过BIM技术，便可将这3步整合在同一个模型数据集合中，统一进行管理，各方同步进行信息更新，并获取各自需要的技术数据。项目管理方通过访问信息平台，就可以管理深化设计的各环节，协调各专业的工序。

2.4 施工现场管理

施工现场管理主要是将建筑体、施工材料等实物进行量化，实现周期性的比对校验。BIM技术将工程中一些数量比较大或者类型比较复杂的实物进行快速统计，大大提高了信息统计的效率。通过BIM软件的一系列后台逻辑计算，又能够有针对性地检索出所需的信息，比如施工进度数据、结构标高数据，都是通过BIM技术在统一的原则上自动获取的。项目管理者只需要提出具体的数据要求，BIM技术人员就能编制相应的规则，提供配套的数据。数据输出形式可以是纯表格形式，也可以是空间模型形式，适应不同工序的不同要求，极大地强化了工程管理的实时监控能力，减少信息传递延误产生的损失。

3 结语

BIM技术在建筑工程项目的应用，最终是以实现建筑全生命周期管理为目标的。在全过程的每个环节推进BIM技术，促进项目管理手段的革新，是实现这一目标的必经之路。

在卫星厅项目中，现阶段BIM技术实施主要集中在施工阶段，但是在项目上下游的不同层面上，各方均已提出扩展应用的需求。针对这些需求，我们将不断探索新的BIM技术应用手段，在BIM技术发展的道路上走出更加多样化的道路。