凤凰涅槃后的北京大兴国际机场在BIM效果加持下更加光彩夺目

一、项目背景

北京大兴国际机场是位于北京市大兴区与河北省廊坊市广阳区之间的超大型国际航空综合交通连接枢纽，航站楼形如展翅的凤凰(如图1)，T1航站区建筑群总面积143万m2，航站楼主体103万m2，需满足年旅客吞吐量1亿人次需求，名副其实的世界最大空港，展现中国国家形象的新国门。

图1机场整体设计效果图

项目规模大，参与施工的单位多，施工过程中包含业主方、设计单位、分包商、物资供应商等参建主体，信息沟通的形式复杂，容易出现信息不对等和信息延迟的问题。由扎哈·哈迪德建筑师事务所北京市建筑设计研究院有限公司设计的北京新机场，秉承扎哈设计的一贯风格，内装设计含有众多的复杂异形造型，尤其是大吊顶区域通过C形柱及落地柱下卷，与地面相接(如图2)，加之机场内部高大的施工空间，给装饰施工带来不小的挑战。

图2大吊顶C型柱设计效果图

装饰大吊顶系统总共4万m2(整个机场吊顶面积28万m2)，横跨360m，系统模块4070个，含有21200个不同规格的双曲面铝板分块，复杂的顶面网球钢结构、最高40m的施工高度、紧迫的工期要求，都给现场管理、施工带来巨大的困难。

二、BIM技术的计划与组织

(1)BIM应用目标

1)云端协同:通过BIM平台的使用，实现项目内部人员的实时协同，项目各专业之间的协同;

2)企业信息智能管理:通过BIM平台实现施工项目部与企业总部之间的信息实时互通;

3)物联网管理:解决主要工程材料在实施各阶段(下单、加工、运输、进场、安装、验收)的管理死角;

4)数字化施工:提高装饰构件的预制率和工厂化水平。

(2)BIM应用技术路线

经过多年的研发和项目运用实践，自主研发并不断完善的BIM数字化技术施工体系，与配套的BIM数据管理平台———慧筑云平台结合，运用于工程项目各环节，实现工程项目全过程数据化控制。

图3 BIM技术路线

三、基于BIM技术的模型建立

(1)工艺分析与优化设计:应用BIM技术对设计方案或重大技术问题的解决方案进行综合分析，论证技术上的适用性、可靠性和经济上的合理性。根据设计意图建立多套三维模型方案，全方位展现采光顶自由曲面铝板在不同反射涂层、不同排版分割下的整体效果(如图4)经过多方对大面效果、节点工艺等综合比对讨论、不断优化后确定最终设计方案。

图 4 屋面大吊顶铝板两个方案

在工艺分析与优化设计的同时，利用BIM钢结构分析软件对机场大吊顶C型柱的钢结构基层进行钢结构受力分析，出具可靠的线荷载计算图、焊接点荷载分布图等(如图5)，保证施工质量。

图 5 结构计算

(2)多专业模型碰撞检测:主要体现在吊顶与机电安装碰撞检测，联合二维图纸、三维模型和现场实际情况合理布置管线的位置，BIM可视化，改进协调(包括冲突检测和制定解决方案)从而降低返工率。

(3)三维扫描模型修正:装饰施工一标段的现场采用三维激光扫描仪，扫描156站，数据量巨大且不规整，需要经过SCENE软件对数据拼接处理后(如图6)与设计模型进行匹配(如图7)，修正模型。

图6 现场扫描点云拼接

图 7 模型和现场碰撞检验

(4)效果展示(漫游VR等):在设计阶段为主要区域制作漫游视频和虚拟现实场景(如图8)，可视化呈现装修效果，为方案审定、确认设计意图和路线导航等提供精准的基础资料。

图8 漫游和 VR 展示

四、BIM平台建设

(1)项目模型轻量:慧筑云平台实现了缩小BIM模型体量，让模型更轻更快，500M的Revit模型，导入平台只需要不到10分钟的时间，实现模型压缩10倍的效果。项目模型导入慧筑项目管理平台(如图9)，用于项目管理、人员管理和区域管理，平台上的模型使用流畅，并与后台的模型实时更新，实现BIM成果信息共享。

(2)现场管理:利用BIM+移动互联网技术，自主开发慧筑手机端APP—ONEBIM，无缝配合现有的管理体系。现场通过手机APP浏览上传到慧筑平台的模型对施工人员进行施工交底，同时可以记录现场施工进度及问题，与模型部位和相关人员实时关联，方便解决现场问题。

图9模型上传平台

(3)物联网管理:以二维码为载体，实现对物的识别，关联BIM参数化信息模型，将信息数据精确到每一块材料，解决主要工程材料在实施各阶段(下单、加工、运输、进场、安装、验收)的管理死角(如图10)。

图10二维码跟踪管理

五、BIM技术下单生产

(1)下单模型提取:常规空间依据设计优化和点云碰撞获得的最终模型，进行分割下单，提取下单数据，进行下单生产。

(2)下单分类:双曲面铝板大吊顶空间的下单工作较为复杂，需要在排版优化完成后，对板块进行分析，以不同图层、不同颜色区分不同类型、规格的铝板，便于统计和后期的优化、拟合、下单(如图11)。按照规格分类:橙色部分板块四角点不共面，翘角值较小，可拟合为平板;青色部分四角点不共面，如拟合为平板，翘角过大，需做单曲板;蓝色部分为单曲板;绿色部分距地最近，需按原设计双曲板。通过对其表皮的数据重新定义，达到下单要求。虽然目前不是所有下单交付图纸都适合由BIM软件直接导出［8］，但是在确定交付的范围和内容后，结合Rhino+grssshopper程序参数化分析［9］，从而由模型转变成数据下单(如图12)。

图11双曲面排版分析

图12参数化设计模型下单

(3)数控加工主要材料的BIM模型导入数控加工机床，实现数字化生产(如图13)。利用精确的BIM模型下单代替传统现场测量，大大提高了材料后场加工预制率。

图13机电管线和吊顶铝板后场加工

6BIM技术主导现场数字化施工以精确的BIM信息模型指导施工，最大程度地将材料构件模块化、预制化，实现现场装配式施工。

(1)现场三维扫描(如图14)

1)完整、真实复现现场情况，无死角查看、测量现场尺寸;

2)多阶段三维扫描，记录施工过程、进行隐蔽查看，用于资料留档，同时在竣工后用于质量验收;

3)通过点线面的提取，得出现场真实情况，为装饰、机电等专业设计调整提供依据;

4)改变以往施工管理方式，从施工现场为主的策划管理转移至以模型(电脑数据)为基础的施工控制。

图14现场扫描

(2)模型偏差分析

1)土建模型基于结构、建筑设计图纸翻模得出，与施工现场情况存在一定的偏差，如不校正模型，无法用于后续装饰、机电、消防等专业深化;

2)考虑到建筑沉降变形，对主屋顶钢结构精确复核，调整模型(如图15);

图15吊顶球节点相对标高分析

3)通过调整得出精准模型，现场3层和4层的楼板边缘的轮廓关系到栏杆和玻璃以及地面水磨石的完成面线的位置。我们充分利用三维扫描的点云数据，提取现场楼板边缘轮廓线，与土建图纸进行对比，优化装饰完成面和基层安装数据。

(3)数字化放线:精确的模块下单需要配以精确的安装施工，为了在施工环节依旧满足高标准高精度，安装施工时采用BIM模型配合数字化放线技术进行安装指导，通过三维坐标的方式精确控制现场尺寸。

1)采用布置测量导线的方式，对现场大空间的所有线和点位进行整体控制(如图16);

图16测量导线

2)精确放线，主控线、中轴线、一米控制线;(50m范围内误差3mm以内);

3)通过模型精确点位，利用高精度全站仪定点(整体定点3万多个点)，用于安装控制(如图17)。

图17数字化放线点位

(4)工艺精确模拟

1)编制、优化施工进度计划，缩短工期;

2)优化施工工艺流程，减少施工作业面碰撞;

3)可视化进行技术交底，简单明了;

4)对难度较大的复杂工艺、节点进行仿真模拟(如图18)，提前发现问题，解决问题。该方法具有表达直观性、可重复性、多维性等特点，可以实现多施工方案的模拟选优以及技术交底的虚拟演示，在施工之前杜绝安全隐患，优化施工方法，从而实现施工过程的预先控制。

图18大吊顶采光顶安装工艺分析

七、BIM应用总结

(1)云端协同:信息流和信息管理是一个组织机构应用BIM的核心，通过应用BIM技术，项目部团队信息实时交互，项目中的每个角色活动都是BIM平台上的记录，并且状态可以实时更新。包括企业经营者和其他部门在内的每个人都可以动态地接收站点信息。它们可以同时基于相同的目标和目标数据源进行决策，从而大大提高项目的效率和企业的运行效率。

(2)VR技术:前期对重点区域进行VR制作，高效制定设计方案，设计变更次数减少60%以上。

(3)多专业模型碰撞及图纸优化:解决了大型项目多专业协调难题，节省工期3个月，提高专业交叉作业效率30%以上。通过前期精准策划、多专业综合布局，消除了绝大部分施工隐患，让施工过程有条不紊。

(4)施工工期缩短:在传统的施工中，每一个环节都存在施工偏差，这将影响到施工的下一步。数字建设比传统方式更加精确，因此在每一个环节中都可以忽略建筑偏差。组件可以在放置线之前进行排序(如图19)。

图19数字化施工流程优化

(5)复杂造型的数字化下单、安装技术:利用数字化施工技术+三维扫描+三维定点技术能够精确计算出装饰构件的加工尺寸和安装位置，在项目前期实现装饰构件的准确下单，由传统流水施工变为平行施工，工期缩短1/3。配合现场三维精确定位技术、构件工厂数控加工和数字化施工检验技术(如图20)，将施工控制精度提高到0.1mm级别。

图20数字化施工检验

(6)将预制构件的比率提高到80%(根据建筑成本):基于已有的结构模型，采用数字技术，可以更精确地设计装饰模型。在项目开始之前，可以订购更多的组件(如图21)。

同时，现场工作量大大减少，现场事故的风险和施工现场管理的压力也降低了。

图21屋面大吊顶装配化施工

八、BIM应用效果

经过多方的努力，北京大兴国际机场如期竣工，最终效果也获得了社会各界人士的认可(如图22－24)并且在2019年9月30日正式启用，为祖国的70周年献礼。

图22C型柱完工效果

图23中央浮岛完工效果

图24值机浮岛完工效果