論文摘要

 

北京新機場是由中央政治局常委會審議批準的國家重點工程,習近平總書記視察時強調,北京新機場是首都的重大標志性工程,是國家發展一個新的動力源,必須全力打造精品工程、樣板工程、平安工程、廉潔工程,要努力集成世界上最先進的管理技術和經驗。為落實習總書記要求,新機場以“平安、綠色、智慧、人文”為指導,以“精品、樣板、平安、廉潔”為目標,建設引領世界的新時代機場,多層面打造新樞紐、新國門。

 

1 工程概況

北京新機場位于北京市大興區禮賢鎮、榆垡鎮和河北省廊坊市廣陽區之間,北距天安門46km,西距京九鐵路4.3km,南距永定河北岸約1km,距首都機場67km,屬國家重點工程。作為大型國際航空樞紐,一期工程按2025年旅客吞吐量7200萬人次,貨郵吞吐量200萬t,飛機起降62萬架次的目標設計,建設4條跑道。

北京新機場航站樓建筑面積約78萬m2,其中核心區建筑面積約60萬m2,地上5層,地下2層,北京城建集團有限責任公司為工程施工總承包。航站樓采用五指廊放射構型,綜合服務樓形同航站樓的第6條指廊,共同形成了一個形態完整、特征鮮明的總體構型(見圖1)。

 

2 工程難點

2.1 軌道穿越航站樓

地下2層為軌道層,高鐵、城際鐵路、地鐵與航站樓無縫銜接,為國內首創。高鐵以300km/h速度穿越航站樓,引起的振動控制問題屬世界難題。

2.2 結構工程

2層樓面混凝土結構超長超寬,東西向長565m,南北向寬437m,面積達16萬m2。受地上鋼結構柱腳水平推力影響,無法設置結構縫,超大平面混凝土結構裂縫控制難度大。

2.3 隔震工程

受機場凈空高度的限制,采用常規的抗震設計,需加大梁截面和梁柱節點配筋量,不僅施工難度和工程成本顯著提升,且難以滿足航站樓功能區使用凈高的要求。

2.4 鋼結構工程

核心區屋蓋鋼結構為放射形的不規則自由曲面,空間網格結構最大落差達27m,投影面積達18萬m2重量達4萬多t,龐大的網格結構主要由8根C形支撐和12個支撐筒支撐,中心區域形成了直徑180m的無柱空間,C形支撐受力大,節點形式復雜,構件單元重達34t,施工安裝難度大。

2.5 機電工程

機電工程多達108個系統,各類風管、水管近100萬m,橋架約20萬m,各類電纜、電線約200萬m,機房設備共計超5600臺,系統間關聯性強,交互點多,空間受限,深化難度大。

2.6 屋面幕墻工程

屋面幕墻為雙曲面造型,板塊單元形狀不規則,深化設計、加工下料難度大。

 

3 施工全過程智慧建造

針對工程難點,將信息技術與先進工程建造技術有機融合,規劃和研發了北京新機場智慧工地信息化管理平臺,為項目實現信息化、精細化、智能化管控提供支撐(見圖2)。

3.1 勞務實名制管理系統

新機場航站樓項目施工量巨大,高峰期日均用工量在8000人左右,安全隱患多,后勤保障難度大。為確保施工安全,項目采用勞務實名制管理系統,結合物聯網技術,通過智能化管理模式對工人進出現場、起居生活等進行全方位管控。同時,實現管理人員對施工現場遠程監控,降低勞務用工風險(見圖3)。目前,勞務系統累計制卡11715張,累計刷卡信息已超百萬條,為工人工資結算提供了數據支持,同時避免了惡意討薪現象的發生。

3.2 可視化安防監控系統

新機場航站樓項目施工作業面大,結構平面最大投影面積達18萬m2,無法通過人工巡查的方式對現場人員、機械、物料做到及時有效的監管。采用可視化安防監控系統,對施工現場進行監督,為管理人員提供實時的施工作業情況,對現場進行全方位實時監控(見圖4)。

可視化安防監控系統,根據不同施工階段進行動態布置調整,結構施工階段可直接布置在塔式起重機上方。主體結構完成后,可布置在各樓層,增加720°全景攝像頭,覆蓋面積達2830m2(見圖5)。

3.3 塔式起重機防碰撞系統

新機場航站樓結構施工現場布置塔式起重機27臺,群塔集中作業,體量龐大,碰撞關系復雜,最少有3臺發生碰撞關系,最多可達7臺同時作業。為保證塔式起重機安全運行,采用信息化塔式起重機防碰撞系統(見圖6)。系統運行期間,超載提醒3035次,限位提醒10032次,碰撞提醒22563次,合計提醒35630次,查處違章作業501次。

3.4 施工環境智能監測系統

施工環境智能監測系統以物聯網、云計算、移動寬帶互聯網技術為基礎,通過工地部署的無線網絡組建的施工環境智能監測系統,實現對建筑施工現場噪聲、揚塵的監控(見圖7)。項目安裝6套揚塵噪聲監控系統,24h監控施工現場揚塵及噪聲污染,到達臨界值及時報警。

3.5  BIM 5D平臺

應用BIM 5D平臺,與商務工作相結合,打通BIM信息模型和廣聯達算量模型同步信息,實現同步生成各專業工程量清單、工程量統計、材料分配有效數據,避免材料浪費和緊缺(見圖8)。

 

4 BIM技術應用

4.1 施工準備階段

采用BIM技術對現場平面布置進行模擬,保證現場規劃布置井井有條(見圖9)。

4.2 主體結構工程

1)臨時施工鋼棧道 航站樓核心區超長超寬,結構施工期間物料運輸是制約工期的瓶頸,利用BIM技術進行多方案比選,采用兩道通長鋼棧道橫穿航站樓工程核心區,打通東西料場,開創新的運輸格局(見圖10)。通過軌道式無線遙控運輸車運輸,比傳統方法提高4倍工效。

2)勁性結構復雜節點 本工程勁性鋼結構的體量大、分布廣、種類多。通過BIM技術,在施工前將所有勁性鋼結構和鋼筋進行放樣模擬,確定鋼骨與其周邊鋼筋的排布及連接方式,自主研發快速連接節點等專利技術(見圖11)。通過BIM可視化功能對勁性結構的每道工序進行分解和交底,確保復雜節點鋼筋安裝質量。

3)層間隔震系統 本工程建成后將成為世界上最大的單體隔震建筑,使用隔震橡膠支座共1044套,彈性滑板支座108套,黏滯阻尼器144套,在國內外尚屬首次。隔震支座的施工精度要求高,通過建立BIM技術模型,對隔震支座近20道工序進行施工模擬優化,確保隔震支座安裝質量,增強技術交底的可視性和準確性,縮短工序交底時間(見圖12)。

針對層間隔震引起的隔震支座防火包封處理、隔震層二次結構墻體頂部隔震構造、隔震層機電管線的隔震補償等系列難題,研發二次結構隔墻的層間隔震體系、機電管線抗震補償器等專利技術,并通過BIM技術逐一優化,為隔震支座及其構配件的安裝提供保障。

4.3 鋼結構工程

航站樓核心屋蓋為不規則自由曲面空間網格鋼結構,建筑投影面積約18萬m2(見圖13)。通過BIM技術多方案比選,以及對各施工工況采用有限元軟件進行受力和變形分析,最終確定了“分區施工,分區卸載,總體合龍”的技術方案。

通過物聯網、BIM技術、二維碼技術相結合,建立繁多鋼構件BIM智慧管理平臺,構件狀態可在BIM模型里實時查詢。在施工過程中,參照BIM模型,采用三維激光掃描技術與測量機器人相結合,建立高精度三維工程控制網,嚴格控制網架拼裝、提升等各階段位形,確保最終位形與BIM模型相吻合。合龍長度達9008m,對接口達8274個。

4.4 屋面和幕墻工程

采用三維激光掃描技術和BIM技術相結合,對12300個球節點逐一定位,形成全屋面網架的三維點云圖。在檐口不規則漸變曲面、裝飾板分格雙向彎弧、對應面板和骨架均需雙向彎曲等作業中,通過BIM技術進行深化設計和加工下料,保證施工質量和安裝效果。

4.5 機電安裝工程

利用BIM軟件的可視化和聯動性,實現各專業間協同設計、管線優化,其中B1層機電整體模型如圖14所示。

該工程首次實現國內機電管線隔震技術應用,其中部分關鍵管線的補償量按照隔震體系要求需達250mm,管線排布極為復雜,通過創建真實的隔震單元模型插入到機電模型中,配合管線優化選取合適的安放位置和安裝形式。

4.6 裝飾裝修工程

核心區屋面吊頂的不規則雙曲面,通過8處C形柱及12處落地柱下卷與地面相連,板邊系統采用多曲面GRG板。在BIM技術與三維激光掃描儀、測量機器人等高精設備的組合下,對雙曲面板和GRG板進行分塊劃分,建立龍骨、面板及機電等各專業末端布置的施工模型,并根據模型進行下料加工和現場安裝。

1)  EBIM物料管理平臺 定制研發基于二維碼的EBIM物料管理平臺,將輕量化的Revit模型導入平臺中。通過手機APP掃描,即可定位材料位置,顯示材料信息,進行材料狀態實時跟蹤,掌握材料的出廠、運輸、入庫、領料、安裝和驗收情況(見圖15)。

2)3D打印技術  通過3D打印,實現BIM模型實體化,對復雜結構的裝飾裝修節點進行實體分析(見圖16)。

3)VR技術 將BIM技術和VR深度融合,建立BIM+VR互動式操作平臺,實現在VR環境下的方案模擬,隨意查看空間全景視圖(見圖17)。

4.7 運維階段

在運維階段將采用基于BIM技術的運維平臺進行日常管理,自主研發IBMS智能樓宇管理平臺(見圖18)。通過集成各子系統信息,集中監控,統一管理,構筑4大管控平臺,即能效管控軟件平臺、電梯/扶梯/步道集中管控軟件平臺、系統/設備全生命周期統一維護管控軟件平臺、集中應急報警管控軟件平臺,存儲歷史記錄,對新機場航站樓進行管理。

 

5 結語

北京新機場航站樓工程被列為住建部綠色施工科技示范工程、第三批北京市建筑業綠色施工示范工程、第六批全國建筑業綠色施工示范工程、全國建筑業創新技術應用示范工程、北京市建筑業新技術應用示范工程、北京市BIM 技術示范工程。在信息化建設方面,融入互聯網實現智慧建造,包括信息化管理、勞務管理、視頻監控、資料管理、塔機監控、環境監控、BIM5D系統等。應用三維掃描技術建立了高精度的三維空間控制網絡,嚴格控制網架拼裝,確保與BIM系統的模型完全吻合。此外,新機場項目還廣泛應用世界先進設備,比如鋼筋自動加工設備、焊接機器人、測量機器人、三維掃描儀、無人機和GMSS系統。在綠色施工方面,建立施工環境智能監測系統,實現綠色防塵全面覆蓋,垃圾回收利用率50%。截至目前,項目完成40 項專利申報工作,榮獲中國建設行業信息化最佳應用實踐項目,全國第六屆“龍圖杯”BIM 大賽一等獎,第三屆中國建設工程BIM 大賽一等獎。

在中國速度、中國智慧持續吸引世界目光的今天,智慧建造已成為建筑企業具備國際競爭力的重要方面,也是參與國際基礎設施建設的必備條件。隨著國內國際市場的開放、開發,建筑企業需要不斷提升自身建設管理能力,優化建造方式,向智慧建造大步邁進。

 

文/北京城建集團有限責任公司 雷素素 李建華 段先軍

 

 

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