创新科技助推南京禄口机场T1航站楼改扩建工程高效建造

赵 健

(东部机场集团有限公司,江苏 南京211113)

引 言

目前国家改革开放已40多年,首批大型机场航站楼建设使用已有20多年,很多功能和消防抗震已无法满足现有要求,借助绿色环保、数字化转型的时代背景,未来几年是这些大型机场航站楼的技术改造时期。

1 项目背景

1.1 建设总体规划

南京禄口国际机场T1航站楼改扩建项目,是江苏省十大重点工程,瞄准“打造航站楼改扩建工程典范”的目标,总投资37.18亿元,航站楼综合体总面积约210000 m2。其中,于2020年7月底全面竣工的改扩建工程一阶段,包括了航站楼主楼和北指连廊,设计建筑面积约160000 m2,共拥有19个近机位和13个远机位,设计年旅客吞吐量为1200万人次。工程实物图如图1所示。

图1 工程实物图

下一步,待改扩建工程二阶段的南指连廊全部竣工后,南京禄口国际机场T1航站楼能够增加约50000 m2的候机面积,使整个航站楼的总建筑面积增至210000 m2,拥有32个近机位;届时,南京禄口国际机场T1航站楼设计年旅客吞吐量即达1800万人次。同时引入新型智慧管理系统,升级改造民航原有设施,进一步提升机场管理效能,优化服务质量。

投运后的T1航站楼与现有T2航站楼风格统一、功能衔接,实现了双航站楼的联合运行,可实际保障年5000万人次旅客吞吐量。

1.2 T1改扩建工程建设进展概述

T1航站楼改扩建工程于2017年12月31日正式开工,2018年5月开始拆除工作,扩建部分于2019年1月结构封顶。2020年4月2日,T1航站楼改扩建工程民航专业工程(第一阶段)完成竣工验收。2020年5月15日,T1航站楼改扩建工程(第一阶段)通过行业验收。2020年6月5日,T1航站楼改扩建工程民航专业工程(第二阶段)完成竣工验收。2020年7月3日,T1航站楼改扩建工程站前高架桥完成竣工验收。2020年7月6日,T1航站楼改扩建工程非民航专业工程完成竣工验收。2020年7月7日,T1航站楼改扩建工程完成消防验收。2020年7月9日,T1航站楼改扩建工程(第二阶段)通过行业验收。2020年7月29日,T1航站楼正式投运。

2 主要技术挑战

2.1 结构拆除种类多、拆改量大

本项目为航站楼改扩建项目,现场存在大量拆改工程,结构拆除种类多、数量大。航站楼室内结构拆除还应考虑对原结构的保护、施工荷载、拆除后的结构运输、地下室机电的保护性拆除、钢结构拆除工期短、分片拆除对功效和结构变形的影响等因素。拆除实况图如图2所示。

图2 拆除实况图

2.2 结构复杂,形式多样,施工难度大

基础和主体结构施工中涉及深基坑、高大模板、钢结构加固、超长结构、大体积砼、钢骨(管)砼、劲性结构、一柱一桩、钢屋盖吊装等诸多施工难点,施工难度大。结构实况图如图3所示。

图3 结构实况图

2.3 单曲形态、单向连续波浪形变化曲面、构造复杂、收边衔接复杂

主楼及连廊吊顶的平面投影为扇形,屋面反吊顶系统主要由1.5 mm厚铝合金条板系统形成三维曲面,整个反吊顶系统造型与屋面钢结构形体基本平衡,并通过三维可调的转接关节连接;板块分割根据屋面钢结构斜拉腹杆位置区间均分500 mm左右板宽,板间留缝50 mm,形成一个连续的空间曲面,作为一个系统需结合空间精确测量以实现完美的设计效果[1]。航站楼屋面模型及实物图如图4所示。

图4 航站楼屋面模型及实物图

2.4 老T1航站楼行李系统故障率高、值机混乱、分拣压力大

由于建筑结构的影响,老T1航站楼行李线是从值机岛经地下室到分拣区,输送线长、转弯机品种多、数量大,故行李线故障率高,维修量大;值机岛没有互连备份装置,故一旦值机岛下行输送线出现故障,只能停线,造成值机混乱;分拣区域是两条输送线合用一个分拣转盘,使得分拣转盘上行李多而杂,造成分拣的压力很大。行李系统模拟图如图5所示。

图5 行李系统模型图

3 技术创新应用

3.1 BIM应用技术

3.1.1 3D扫描建模应用

利用3D扫描技术对老航站楼进行改造,为保证施工精确度,由实体转为模型虚拟,采用三维扫描+BIM技术获得原结构的点云数据,通过扫描的结果与点位,逆向生成图纸,优化模型,为钢屋盖加固方案提供依据。

3.1.2 单元化模型管理

传统管理方式局限性:数据量大,处理困难,模型体量大,检查、复核困难,无法突出重点。

采取的方法:利用BIM技术根据施工区段,分区分层分割模型,共分为74个区块;形成区块,以区块为单元管理;区块进度、精度考核。

3.2 航站楼原混凝土结构、管桁架钢结构重新利旧

T1航站楼改扩建工程逆流而上,坚持尽可能修旧利旧,发挥原有建筑、用地及设备的最大潜能,并在创新中实现超越。

T1航站楼改扩建保留主楼结构,对原有混凝土和钢结构进行加固,与新建结构相比,大大减少了混凝土和钢材的使用量,主楼改建面积84500 m2,节省建设资金约1.3亿元。

3.3 钢屋盖管桁架加固

3.3.1 圆管管箍焊接加固技术

T1航站楼原钢桁架屋盖已使用了20余年,因使用时间较长,且主楼屋面荷载大量增加,难以对钢结构安全性进行准确的评估,且加固工程量大、加固节点复杂,整体加固工期十分紧张。项目部成立了科研攻关小组,对此进行研究开发,通过工程类比、探索实践和不断创新总结,依据结构受力的核算结果,深入研究钢结构加固的方式,优化节点设计,最终创新采用管箍套管焊接结构施工方法,实现原杆件截面扩大加固,保证了钢屋盖加固的安全和稳定。

圆管管箍套管方式能够针对性地解决杆件平面外稳定性不足的问题,圆管焊接管箍的加固方式与原结构的焊接量十分小,能够最大程度地减少对原结构的损伤;同时焊接管箍加固方式能够保证加固后杆件外观与原结构一致,最大程度地确保出发大厅的建筑外观效果。

3.3.2 圆管螺栓卡箍加固技术

为减少对原结构杆件损伤,防止焊接应力,采用卡箍连接方式在原结构杆件上连接套筒,杆件与套筒之间无焊接,完全杜绝热作业。利用BIM+工况分析及优化(卡箍包管加固),有效提高原有结构杆件的稳定性,达到增加稳定性的加固要求。

3.4 邻近航站楼的高强地质桩基的快速施工

地下连接通道的支护桩邻近原航站楼的基础,安全隐患大,且工期紧,工程创新采用了潜孔锤高频锤击的方法咬合素桩成孔,以全套管长螺旋多功能桩机做桩架,以长螺旋动力头做旋转动力,在钻杆下悬挂风动式潜孔锤,用空压机驱动潜孔锤对岩石进行冲击破碎,实现冲击回转钻进、咬合素桩成桩。在整个咬合桩及基坑施工过程中,临近航站楼完好无损,未对周边建筑物安全稳定造成影响,并大大提高了施工效率,节省了工期。

3.5 采用一柱一桩半逆作法施工工艺替代原顺作施工工艺

为实现航站楼东侧上部结构提前闭水,采用“一柱一桩+钢框架”替换原顺作先施工地下结构后施工地上结构施工工艺。并利用自主研创的含牛腿变截面型立柱桩定位装置,有效地保证含牛腿变截面型立柱桩的垂直度,解决了传统的调校架无法施工的情况。从而保证钢管立柱桩施工的准确性,以满足地上钢结构框架和与航站楼老钢桁架连接的精度要求。

“一柱一桩”半逆作法实施后,为上部结构、航站楼东侧幕墙及金属屋面的施工创造了条件,提前两个月实现了闭水;同时又能保证地下结构施工的同步推进,大大节省了施工工期和管理成本。

3.6 装配式机房—模块化组装技术

积极采用装配式机房技术,在建立本工程制冷换热机房系统标准模型后,经过严格计算与合理规划,通过BIM技术制作相互配套且精度较高的模块。将制冷换热机房内5台制冷机组、30台循环水泵、8台水处理设备、约800 m大型管道整合成21个循环泵组模块(7种形式)、若干预制管段及设备。合理利用法兰分段,方便管道场外预制及运输,实现现场安装无焊接操作[2]。

4 智慧机场

4.1 T1航站楼行李系统全新升级改造

行李系统与离港、集成系统是机场航站楼最核心的三大系统。T1航站楼老行李系统是1997年投用的传统系统,分三个岛、60节办票柜台,全长2858 m。老行李系统从值机岛经地下室到分拣区,转弯机品种多、数量多、行李线故障率很高、维修量大。值机岛没有备份装置,一旦值机岛行李线出故障,只能停线,易造成值机混乱;分拣区域仅有两条线,压力很大。到达行李由输送线经地下室输送至到大厅提取转盘,输送线长转弯机多,维护成本。

本次T1航站楼行李系统是全新改造建设,系统主要包含:离港4个值机岛、80节办票柜台(其中F岛设置10套全新一代全自助行李托运设备)、8条离港行李输送线、9个分拣转盘、6个到达行李提取转盘、分拣机系统及控制和CCTV系统等。系统采用了分散安检、自动分拣+人工分拣互备、双口螺旋滑槽等现代流行元素,整个系统显得简洁、流畅。为保证分拣机的合理布局,主楼3.5 m层楼板开出长150 m、宽6 m的空洞,8条离港行李线均接入范德兰德的高速分拣机,高速、高效、安静、节能。出口大量采用了Transnorm的新型双口螺旋滑槽,保证行李快速抵达离港转盘。到港采用行李直通转盘提取模式,极大地利用了到达区域空间。

在原有建筑空间条件下,行李系统处理能力由原旅客年吞吐量800万提升至1800万,为老航站楼行李系统改扩建提供了示范。

4.2 可视化关键技术

机场是航班流、旅客流、行李流、货物流、地面交通流等多种信息的交汇之处,随着机场业务快速发展,为打造数字孪生机场,运行监控管理与安全防范压力日益增长。

驱动因素:提高机场飞行区资源监控和安全管理,提高机场运行指挥管理人员调度指挥决策能力,实现飞行区的精细化管理、智能化运行,响应《中国民航四型机场建设行动纲要(2020-2035年)》通知,辅助场区施工、停航管理,结合航班动态数据,实时监控机位状态,通过可视化手段进行直观形象的展示机位使用情况。

升级改造内容:利用BIM、视频抓拍定位、AI、物联网、大数据等技术,整合航空器、车辆、地理信息数据,打造机场资源可视化平台系统(见图6)、空侧运行管理平台系统(见图7)、航站楼设备设施管理系统(见图8)。将机场建设的BIM成果运用到设施设备运维管理过程中,强化机场的全生命周期管理,通过此管理平台衔接设计、建设、运维环节,建立可视化的智能信息数据库,保存了设施设备丰富的信息资料,可搜索、查阅、定位、调用和管理,通过调度人群、航班、车辆等设备的轨迹分析,实现调度、运营效果数据化,可视化,为机场运营态势评估、为后续提升运维管理水平、发现问题、优化设计提供数据支撑。

图6 机场资源可视化平台系统

图7 空侧运行管理平台系统

图8 航站楼设备设施管理平台系统

4.3 综合交通管理系统

通过搭建综合交通一体化平台(见图9),对机场停车、城际大巴、城市地铁、出租车等相关交通运输信息系统的互联,采用大数据的深度应用,完成地面交通与航班的无缝衔接,实现旅客方便、快捷、高效的中转,打造空地的“一站通”旅客出行服务,同时实现合理的运量分析[3]。

图9 综合交通管理平台系统

4.4 智能安防分析平台

智能安防分析平台系统(见图10)是通过数据集成平台整合机场安检信息数据、航班信息数据、视频监控信息数据、GIS地图服务、传统门禁报警事件等信息的数据关联,建立安防SODB数据库[4],为后期安防大数据应用打下基础。通过视频结构化、人脸识别、场景化、语义化等手段,基于视频的盲区分析、视频智能调用、区域大场景等技术,实现安防事件预测、主动预警以及全景监控,提升安全防范能力与运行调度效率。

图10 智能安防分析平台系统

5 工程建设亮点

5.1 打造“四型机场”

南京禄口国际机场T1航站楼改扩建项目以新技术、新理念驱动,以“平安、绿色、智慧、人文”为核心,依靠科技创新和协同共享,通过全过程、全要素、全方位优化,力求将T1航站楼改造为充分体现新时代高质量发展要求的机场[5]。

5.1.1 守护平安·保障升级,打造平安型机场

改造后的T1航站楼,安全保障大幅提升。T1航站楼建立智能安防分析平台,在航站楼出入口、登机口、安检通道及关键卡口安装智能分析摄像机,实现客流分析、行为分析、人脸识别、全景监控等功能。飞行区管理系统平台(见图11)是通过对旅客流量动态监测,实现对值机区、安检待检区、候机商业区及登机口旅客流量的实时动态监测分析,提供各区域旅客的多维度安全分析,快速响应,开展主动警示、防御。对机场资源利用率的横向、环比分析,帮助机场进行针对性的安全管理,为安保部门的分析和决策提供准确的数据支持。通过机场安全大数据平台,对隔离区内的旅客进行行动轨迹分析,实现安检人包合一和晚到旅客查找提醒,避免误机服务将成为特色。新T1将全力保障旅客平安顺畅出行。

图11 飞行区管理系统平台

5.1.2 绿色建造·节能高效,打造生态型机场

结合南京机场的四季气候条件,打造节能高效的生态机场。按照绿色三星相关规范、标准进行设计,基于计算机模拟,实现项目65%的节能效果。通过对主体结构和设备等进行利旧、采用太阳能光伏发电系统作为可再生能源、控制项目体型系数和窗墙比、采用中透光LOW-E玻璃、合理采取电动外遮阳措施、合理设置电动窗提高室内自然通风效率等措施,极力打造绿色节能的生态机场。

5.1.3 智能引领·精细先进,打造智慧型机场

本次T1航站楼改扩建信息化建设采用机场业务一体化协同运行的设计理念,根据行业发展趋势,制定了Airport 3.0即智慧型机场的计划目标。参照国内机场主流规划,通过平台即服务、平台先行的思路,将机场业务分为空侧、陆侧、地面交通三大平台。智慧机场管理系统平台(见图12)利用先进的感知-分析-反馈前端设备,实现实时数据分析和挖掘、智能的安全探测和分析以及全面的可视化主动服务;利用技术驱动的协作推动所有相关方的业务流程整合与协同,促进管理更精细化和工作效率的提升。

图12 智慧机场管理系统平台

5.1.4 服务至上·以人为本,打造人文型机场

航站楼开放启用后,走进禄口机场T1航站楼入口,旅客就会看到一座巍然耸立的“天下文枢”大牌坊(见图13),这是对南京古城内昔日牌坊原景的再现。“天下文枢”独一无二,不仅反映了南京地域文化特色,同时也是对南京作为千年文脉与文化中心的礼颂。符合“人文机场、智慧机场”的发展理念,并且树立了“人文机场”的标杆。走进候机厅内,会有波澜壮阔的巨幅山意写实书画布景,阐释古都南京、江南大地丰富的山水人文内涵。与此同时,整个航站楼的各个细节空间也布置了诸多人文设计元素和现代艺术互动装置,让旅客在值机、候机的各个环节,都能体验到机场与城市的文脉流传。

图13 机场人文型设施

5.2 精打细算节约投资

T1航站楼改扩建工程项目总投资概算为27.40亿元,截止2020年10月底,T1航站楼改扩建工程累计完成投资24.90亿元,投资未超过概算。

T1航站楼改扩建工程不贪大求全,坚持尽可能修旧利旧,发挥原有建筑、用地及设备的最大潜能,并在创新中实现超越。T1航站楼保留主楼结构,对原有混凝土和钢结构进行加固,与新建结构相比,大大减少了混凝土和钢材的使用量,主楼改建面积84500 m2,节省建设资金约1.3亿元。同时大量利用原有设备,包括:10条登机桥,节省约1500万元;电梯10台,节省约313万元;扶梯2台,节省约100万元。

同时,建设单位会同设计院、造价咨询、审核单位认真做好招标文件编制和价格审核,确保招标清单和预算的准确性和客观性。截止2020年10月底T1航站楼改扩建工程共完成了31个工程招标项目的清单和控制价编制工作,控制价总金额21.26亿元,与概算金额23.59亿元相比下浮10.30%。

6 结束语

T1航站楼改扩建工程在施工中大力推进工程技术创新,着力解决施工中的难点。主要采取的创新施工技术有:管桁架钢结构屋盖整体液压剪切拆除施工技术、高强地质潜孔锤钻进硬咬合桩施工技术、高强地质潜孔锤钻进硬咬合桩施工技术、钢屋盖桁架管箍套管焊接加固施工技术、钢屋盖管桁架套管卡箍加固施工技术、一柱一桩半逆作法提前闭水施工技术等。同时,在T1改扩建工程中深入开展了智慧机场关键技术综合研究及应用(包括旅客服务平台、机场资源可视化系统、空侧管理运行平台)、绿色三星的研究及应用、BIM技术综合应用研究。取得了丰硕成果,为类似的机场改扩建工程提供可借鉴的经验。