BIM技术在某国际机场扩建工程中的应用研究

张 挺 苏 楠

1. 西部机场集团有限公司 陕西 西安 710075 2. 中国建筑西北设计研究院 陕西 西安 710000

随着科学技术的发展，BIM技术越来越多地应用于工程建设领域，该技术具有可视性、协调性、优化性等特点，能够以三维可视化的形式表现出建筑物的形状并模拟工程建设的技术方案，可以为工程提供信息化支撑平台，从而优化建筑施工管理，减少因设计或施工错误所造成的返工，节约工期和施工成本，为建筑工程的各个参与方带来良好的效益[1]。

西安咸阳国际机场三期扩建工程（以下简称：西安机场三期工程），建设规模宏大，施工技术复杂，须协调问题繁杂。本文以西安机场三期工程飞行区工程为背景，介绍了BIM技术在该工程建设过程中的具体应用，主要包括：管线碰撞、高差分析、BIM+GIS应用、3D工艺动画等方面。BIM技术在该项目上的应用极大地提高了施工效率，节约了工程工期，保障了施工安全和质量，为工程的各个参与方带来良好的效益。

1 BIM简介

BIM是源自于“Building Information Modeling”的缩写，中文译为“建筑信息模型”。该技术通过数字化手段，在计算机中建立出一个虚拟建筑，该虚拟建筑会提供一个单一、完整、包含逻辑关系的建筑信息库。并通过真实性模拟和建筑可视化来更好地沟通，以便让项目各方了解工期、现场实时情况、成本和环境影响等项目基本信息。BIM技术也是一种应用于工程设计、建造、管理的数据化工具，通过对建筑的数据化、信息化模型整合，在项目策划、运行和维护的全生命周期过程中进行共享和传递，使工程技术人员对各种建筑信息作出正确理解和高效应对，在提高生产效率、节约成本和缩短工期方面发挥着重要作用[2]。

1.1 可视化

BIM的可视化特点，即“所见即所得”的形式，对于建筑行业来说，可视化真正运用在建筑业的作用非常大。传统的二维图纸只能以线条进行表达，建筑构造形式则需要施工技术人员自行想象。BIM的可视化从二维升级为三维立体实物场景，将建筑结构以更加形象的形式展现在人们的面前，同时各方还能通过模型可视化形成有效的互动，使各方信息得到有效沟通[3]。

1.2 协调性

BIM的协调性是指工程项目的参建单位基于BIM的协同平台进行横向和纵向的信息交流，减少信息的失真。建筑工程涉及的参加者众多，基于传统的蓝图无法实现建筑信息的无缝传递，而基于BIM的协同平台可以实现横向和纵向的协同管理[4]。

1.3 优化性

在设计施工过程中，地下复杂的管综、异形建筑结构等区域通常是施工难度较大和问题较多的地方，利用BIM对存在的问题预先进行分析，得出相应的信息数据文件，提前对设计、施工方案进行优化处理，以达到缩短项目工期、减少项目成本投入的目的[5]。

2 综碰撞检查应用

西安机场扩建工程包括机场、空管、航油等工程，涉及不同的建设单位、设计院及施工单位，涉及给排水、电气、消防、燃气、弱电等众多专业，造成飞行区附属用房室外施工管网错综复杂，彼此之间存在较多的碰撞问题，现场协调难度很大。因此必须对各专业之间的BIM模型进行整合审查，在施工之前解决掉各类碰撞问题，使现场施工能够顺利进行，减少变更及协调工作量，飞行区附属用房管综碰撞检查流程如图1所示。

图1 管综碰撞检查流程图

2.1 模型搭建

根据最新的设计图纸，对各专业管线进行三维模型搭建，统一标高及基点的位置，使得整体模型达到位置关系统一。考虑到本工程中消防、给水等管线和管井图纸只标明了埋深无绝对标高，因此首先创建管综区域设计地形模型，通过地形模型对消防、给水等专业的管线和管井的标高进行调整，确定其竖向位置关系；各专业的管线及管井模型的尺寸及管径大小的数据需按照大样图进行1：1的比例创建，使得管综碰撞检查更加地严谨，管综之间的平面与竖向位置调整更加合理、准确。

2.2 模型碰撞检查

各专业模型搭建完成后进行模型整合，进而进行碰撞检查，飞行区附属用房室外各专业整合模型如图2所示。管综碰撞审查过程中主要分为两类碰撞问题，一是硬碰撞，主要为井与井之间的碰撞、重力流管线与井、排水沟之间的碰撞，此类碰撞问题只能通过平面位置调整进行解决；二是软碰撞，主要为管线与管线、管线与井之间的碰撞，此类碰撞问题一般通过增加管线埋深或者对管线进行翻弯处理进行解决。模型碰撞检查过程中发现的所有管综碰撞问题须形成图文文档资料，反馈至各建设单位及设计、施工单位。

图2 飞行区附属用房室外各专业整合模型

2.3 模型及图纸优化

建设单位组织各施工和设计单位对初版报告中的各项问题逐一讨论并分析，确定相应的解决方案，并对报告中的问题进行责任划分；对应相关问题的各设计单位对图纸进行优化，优化完成后，BIM单位根据优化后的图纸对模型进行更新整合，对初版报告中的问题进行复核确认，形成新版的管综碰撞检查报告。模型审查过程中会出现新的碰撞问题，因此，此项工作流程会多次重复进行，最终使得管综碰撞问题得到整体解决。以飞行区附属用房项目2号小区为例，经过4轮BIM碰撞检查分析和设计单位对图纸进行优化，最终基本解决了室外管线碰撞问题，使得现场施工协调量大大降低，现场施工较为顺利。

传统的施工只能依赖于二维图纸上面的内容，无法完整的表达出管综整体的平面和竖向信息，对施工现场造成一定的难度，不仅会影响工期，还会增加相应的协调和变更成本。BIM的三维立体模型则有效地避免了此类问题的产生，运用三维立体模型，通过具有互动性和反馈性的BIM三维可视化分析，能提前发现设计中的各项碰撞点，及时给出相应解决方案及建议，减少后期施工的返工率，缩短项目工期并节约相应成本。

表1 飞行区2号小区室外管综碰撞统计表

3 道路交界面高差分析应用

西安机场扩建工程进出场道路与周边现状道路及市政规划道路属于不同设计单位设计、权属单位各不相同，道路交界区域可能存在高差，后期存在影响正常通行的隐患。

为解决上述问题，首先根据机场总平面图排查确定道路交界区域，收集相关市政规划道路图纸；利用专业软件，对市政规划道路及现状道路地形数据进行处理，完成市政规划道路模型搭建；将市政规划道路与机场道路模型进行合并，逐个区域进行核查分析，利用BIM三维模型可视化特点，复核机场出入道路与市政规划道路交界面高程，提取相关数据及图形后形成分析报告，反馈至设计院及时进行调整有效地，解决了机场出入道路和市政道路交接处标高误差问题。

4 BIM +GIS技术应用

西安机场扩建工程在建设的过程中须保证西安机场的正常运转，因此在施工过程中应严格控制各类机械及塔吊的高度不超过净空限制的要求，同时保证施工过程中不损伤既有地下管网，是保障机场正常运行及航空器飞行安全的最基本要求。西安机场扩建工程飞行区工程施工区域面积近万亩，如何实现现场快速定位，快速判断所处区域的净空限制要求以及该区域地下管线的分布情况具有重要的现实意义。

为解决以上问题，将已有的各类BIM模型数据（净空模型、综合管网模型等）和各种CAD线面对象数据处理并匹配地理坐标后导入GIS客户端，并把数据发布至用户移动端供各类用户开展业务，进行快速定位，获得所处位置的净空限制高度及地下管网情况，以此来帮助现场管理人员日常开展，从而节省了现场放线定位及查阅资料的时间，大大提高了工作效率，其应用过程如图3所示。

图3 BIM +GIS技术应用示意图

5 3D工艺动画技术交底应用

飞行区场道工程所使用的混凝土为干硬性混凝土，与普通混凝土的施工工艺存在较大差别，因此利用BIM制作3D施工工艺动画进行技术交底，直观地展示飞行区场道工程的施工工艺，能够更好地把控施工细节，提高现场施工质量。

飞行区道面结构层施工主要分为基层和面层施工，基层施工工序：下承层准备（下承层高程、平整度、宽度等验收合格）→测量放样（放出基层边线和摊铺引导线；按间距打下基准杆；架设基准钢丝，调整好虚铺厚度及平面位置）→拌合及运输作业→摊铺作业→碾压作业→接缝处理。水泥混凝土面层施工工艺：测量放样及模板安设→摊铺振捣→整平拉毛→第一仓施工完成进行下一独立仓施工→两侧混凝土达到规定时间后进行填仓施工→独立仓、填仓作业完成后进行扩缝灌缝施工。飞行区场道工程道面3D工艺动画如图4所示。

图4 飞行区场道工程3D工艺动画图

3D动画工艺可有效避免在施工过程出现的错误，提前修改及调整，保证工程施工质量，促进了施工技术和管理水平的提高，直观形象逼真地展示建筑施工部署、施工方案、施工进度、资源管理，运输、安装和拆除等内容，提前展示施工后的面貌成果，帮助生产者动态直观地了解建筑施工工艺、施工流程。

6 结束语

对于大型复杂的工程项目，利用BIM技术进行三维模拟有着明显的优势及现实意义。BIM模型是对整个建筑设计的一次“预演”，建模的过程同时也是一次全面的“三维校审”过程，在此过程中可发现大量隐藏在设计中的问题，这些问题往往不涉及规范，但跟专业配合紧密相关，或者属于空间高度上的冲突，在传统的单专业校审过程中很难被发现，同时利用GIS+BIM的技术融合能够大大提高发现和解决现场问题的效率。BIM技术在西安咸阳国际机场三期扩建工程飞行区工程中的应用，取得良好的社会和经济效益。