新时代 新国门——北京新机场超大平面航站楼智慧建造纪实
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  • 更新时间: 2018年10月09日
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论文摘要

 

北京新机场是由中央政治局常委会审议批准的国家重点工程,习近平总书记视察时强调,北京新机场是首都的重大标志性工程,是国家发展一个新的动力源,必须全力打造精品工程、样板工程、平安工程、廉洁工程,要努力集成世界上最先进的管理技术和经验。为落实习总书记要求,新机场以“平安、绿色、智慧、人文”为指导,以“精品、样板、平安、廉洁”为目标,建设引领世界的新时代机场,多层面打造新枢纽、新国门。

 

1 工程概况

北京新机场位于北京市大兴区礼贤镇、榆垡镇和河北省廊坊市广阳区之间,北距天安门46km,西距京九铁路4.3km,南距永定河北岸约1km,距首都机场67km,属国家重点工程。作为大型国际航空枢纽,一期工程按2025年旅客吞吐量7200万人次,货邮吞吐量200万t,飞机起降62万架次的目标设计,建设4条跑道。

北京新机场航站楼建筑面积约78万m2,其中核心区建筑面积约60万m2,地上5层,地下2层,北京城建集团有限责任公司为工程施工总承包。航站楼采用五指廊放射构型,综合服务楼形同航站楼的第6条指廊,共同形成了一个形态完整、特征鲜明的总体构型(见图1)。

 

2 工程难点

2.1 轨道穿越航站楼

地下2层为轨道层,高铁、城际铁路、地铁与航站楼无缝衔接,为国内首创。高铁以300km/h速度穿越航站楼,引起的振动控制问题属世界难题。

2.2 结构工程

2层楼面混凝土结构超长超宽,东西向长565m,南北向宽437m,面积达16万m2。受地上钢结构柱脚水平推力影响,无法设置结构缝,超大平面混凝土结构裂缝控制难度大。

2.3 隔震工程

受机场净空高度的限制,采用常规的抗震设计,需加大梁截面和梁柱节点配筋量,不仅施工难度和工程成本显著提升,且难以满足航站楼功能区使用净高的要求。

2.4 钢结构工程

核心区屋盖钢结构为放射形的不规则自由曲面,空间网格结构最大落差达27m,投影面积达18万m2,重量达4万多t,庞大的网格结构主要由8根C形支撑和12个支撑筒支撑,中心区域形成了直径180m的无柱空间,C形支撑受力大,节点形式复杂,构件单元重达34t,施工安装难度大。

2.5 机电工程

机电工程多达108个系统,各类风管、水管近100万m,桥架约20万m,各类电缆、电线约200万m,机房设备共计超5600台,系统间关联性强,交互点多,空间受限,深化难度大。

2.6 屋面幕墙工程

屋面幕墙为双曲面造型,板块单元形状不规则,深化设计、加工下料难度大。

 

3 施工全过程智慧建造

针对工程难点,将信息技术与先进工程建造技术有机融合,规划和研发了北京新机场智慧工地信息化管理平台,为项目实现信息化、精细化、智能化管控提供支撑(见图2)。

3.1 劳务实名制管理系统

新机场航站楼项目施工量巨大,高峰期日均用工量在8000人左右,安全隐患多,后勤保障难度大。为确保施工安全,项目采用劳务实名制管理系统,结合物联网技术,通过智能化管理模式对工人进出现场、起居生活等进行全方位管控。同时,实现管理人员对施工现场远程监控,降低劳务用工风险(见图3)。目前,劳务系统累计制卡11715张,累计刷卡信息已超百万条,为工人工资结算提供了数据支持,同时避免了恶意讨薪现象的发生。

3.2 可视化安防监控系统

新机场航站楼项目施工作业面大,结构平面最大投影面积达18万m2,无法通过人工巡查的方式对现场人员、机械、物料做到及时有效的监管。采用可视化安防监控系统,对施工现场进行监督,为管理人员提供实时的施工作业情况,对现场进行全方位实时监控(见图4)。

可视化安防监控系统,根据不同施工阶段进行动态布置调整,结构施工阶段可直接布置在塔式起重机上方。主体结构完成后,可布置在各楼层,增加720°全景摄像头,覆盖面积达2830m2(见图5)。

3.3 塔式起重机防碰撞系统

新机场航站楼结构施工现场布置塔式起重机27台,群塔集中作业,体量庞大,碰撞关系复杂,最少有3台发生碰撞关系,最多可达7台同时作业。为保证塔式起重机安全运行,采用信息化塔式起重机防碰撞系统(见图6)。系统运行期间,超载提醒3035次,限位提醒10032次,碰撞提醒22563次,合计提醒35630次,查处违章作业501次。

3.4 施工环境智能监测系统

施工环境智能监测系统以物联网、云计算、移动宽带互联网技术为基础,通过工地部署的无线网络组建的施工环境智能监测系统,实现对建筑施工现场噪声、扬尘的监控(见图7)。项目安装6套扬尘噪声监控系统,24h监控施工现场扬尘及噪声污染,到达临界值及时报警。

3.5  BIM 5D平台

应用BIM 5D平台,与商务工作相结合,打通BIM信息模型和广联达算量模型同步信息,实现同步生成各专业工程量清单、工程量统计、材料分配有效数据,避免材料浪费和紧缺(见图8)。

 

4 BIM技术应用

4.1 施工准备阶段

采用BIM技术对现场平面布置进行模拟,保证现场规划布置井井有条(见图9)。

4.2 主体结构工程

1)临时施工钢栈道 航站楼核心区超长超宽,结构施工期间物料运输是制约工期的瓶颈,利用BIM技术进行多方案比选,采用两道通长钢栈道横穿航站楼工程核心区,打通东西料场,开创新的运输格局(见图10)。通过轨道式无线??卦耸涑翟耸?,比传统方法提高4倍工效。

2)劲性结构复杂节点 本工程劲性钢结构的体量大、分布广、种类多。通过BIM技术,在施工前将所有劲性钢结构和钢筋进行放样模拟,确定钢骨与其周边钢筋的排布及连接方式,自主研发快速连接节点等专利技术(见图11)。通过BIM可视化功能对劲性结构的每道工序进行分解和交底,确保复杂节点钢筋安装质量。

3)层间隔震系统 本工程建成后将成为世界上最大的单体隔震建筑,使用隔震橡胶支座共1044套,弹性滑板支座108套,黏滞阻尼器144套,在国内外尚属首次。隔震支座的施工精度要求高,通过建立BIM技术模型,对隔震支座近20道工序进行施工模拟优化,确保隔震支座安装质量,增强技术交底的可视性和准确性,缩短工序交底时间(见图12)。

针对层间隔震引起的隔震支座防火包封处理、隔震层二次结构墙体顶部隔震构造、隔震层机电管线的隔震补偿等系列难题,研发二次结构隔墙的层间隔震体系、机电管线抗震补偿器等专利技术,并通过BIM技术逐一优化,为隔震支座及其构配件的安装提供保障。

4.3 钢结构工程

航站楼核心屋盖为不规则自由曲面空间网格钢结构,建筑投影面积约18万m2(见图13)。通过BIM技术多方案比选,以及对各施工工况采用有限元软件进行受力和变形分析,最终确定了“分区施工,分区卸载,总体合龙”的技术方案。

通过物联网、BIM技术、二维码技术相结合,建立繁多钢构件BIM智慧管理平台,构件状态可在BIM模型里实时查询。在施工过程中,参照BIM模型,采用三维激光扫描技术与测量机器人相结合,建立高精度三维工程控制网,严格控制网架拼装、提升等各阶段位形,确保最终位形与BIM模型相吻合。合龙长度达9008m,对接口达8274个。

4.4 屋面和幕墙工程

采用三维激光扫描技术和BIM技术相结合,对12300个球节点逐一定位,形成全屋面网架的三维点云图。在檐口不规则渐变曲面、装饰板分格双向弯弧、对应面板和骨架均需双向弯曲等作业中,通过BIM技术进行深化设计和加工下料,保证施工质量和安装效果。

4.5 机电安装工程

利用BIM软件的可视化和联动性,实现各专业间协同设计、管线优化,其中B1层机电整体模型如图14所示。

该工程首次实现国内机电管线隔震技术应用,其中部分关键管线的补偿量按照隔震体系要求需达250mm,管线排布极为复杂,通过创建真实的隔震单元模型插入到机电模型中,配合管线优化选取合适的安放位置和安装形式。

4.6 装饰装修工程

核心区屋面吊顶的不规则双曲面,通过8处C形柱及12处落地柱下卷与地面相连,板边系统采用多曲面GRG板。在BIM技术与三维激光扫描仪、测量机器人等高精设备的组合下,对双曲面板和GRG板进行分块划分,建立龙骨、面板及机电等各专业末端布置的施工模型,并根据模型进行下料加工和现场安装。

1)  EBIM物料管理平台 定制研发基于二维码的EBIM物料管理平台,将轻量化的Revit模型导入平台中。通过手机APP扫描,即可定位材料位置,显示材料信息,进行材料状态实时跟踪,掌握材料的出厂、运输、入库、领料、安装和验收情况(见图15)。

2)3D打印技术  通过3D打印,实现BIM模型实体化,对复杂结构的装饰装修节点进行实体分析(见图16)。

3)VR技术 将BIM技术和VR深度融合,建立BIM+VR互动式操作平台,实现在VR环境下的方案模拟,随意查看空间全景视图(见图17)。

4.7 运维阶段

在运维阶段将采用基于BIM技术的运维平台进行日常管理,自主研发IBMS智能楼宇管理平台(见图18)。通过集成各子系统信息,集中监控,统一管理,构筑4大管控平台,即能效管控软件平台、电梯/扶梯/步道集中管控软件平台、系统/设备全生命周期统一维护管控软件平台、集中应急报警管控软件平台,存储历史记录,对新机场航站楼进行管理。

 

5 结语

北京新机场航站楼工程被列为住建部绿色施工科技示范工程、第三批北京市建筑业绿色施工示范工程、第六批全国建筑业绿色施工示范工程、全国建筑业创新技术应用示范工程、北京市建筑业新技术应用示范工程、北京市BIM 技术示范工程。在信息化建设方面,融入互联网实现智慧建造,包括信息化管理、劳务管理、视频监控、资料管理、塔机监控、环境监控、BIM5D系统等。应用三维扫描技术建立了高精度的三维空间控制网络,严格控制网架拼装,确保与BIM系统的模型完全吻合。此外,新机场项目还广泛应用世界先进设备,比如钢筋自动加工设备、焊接机器人、测量机器人、三维扫描仪、无人机和GMSS系统。在绿色施工方面,建立施工环境智能监测系统,实现绿色防尘全面覆盖,垃圾回收利用率50%。截至目前,项目完成40 项专利申报工作,荣获中国建设行业信息化最佳应用实践项目,全国第六届“龙图杯”BIM 大赛一等奖,第三届中国建设工程BIM 大赛一等奖。

在中国速度、中国智慧持续吸引世界目光的今天,智慧建造已成为建筑企业具备国际竞争力的重要方面,也是参与国际基础设施建设的必备条件。随着国内国际市场的开放、开发,建筑企业需要不断提升自身建设管理能力,优化建造方式,向智慧建造大步迈进。

 

文/北京城建集团有限责任公司 雷素素 李建华 段先军

 

 

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