海外EPC项目BIM及数字化施工应用——以马尔代夫维拉纳国际机场改扩建项目为例

马尔代夫维拉纳国际机场改扩建项目是中马两国最高领导人见证签约的“一带一路 ”重要工程，由北京城建集团有限责任公司EPC总承包建设，对马尔代夫旅游经济发展及中马两国关系具有重要的战略意义。项目飞行区总面积约235万m2，其中新填海面积75万m2，建设内容主要包括：填海护岸工程、飞行区场道工程（新建1条4F级跑道，现有跑道改建为F类滑行道，新建与现有跑道相接的7条联络滑行道，改造及扩建现有西停机坪、新建东机坪，与东、西机坪连接的8条联络滑行道）、助航灯光及导航工程、新建货运站工程、油库及机坪加油管线工程等。

马尔代夫维拉纳国际机场改扩建项目是国际F+EPC工程总承包，在实施过程中，需统筹协调设计、采购、施工及业主方、咨询方、融资方等多方关系，作为总承包商，在设计、采购、施工等方面均面临不小的挑战。

在设计方面，机场飞行区按照国际民航组织（ICAO）的规范和标准进行设计、建造与验收，建构筑物按照中国有关规范和标准进行设计、建造和验收。聘请的设计方为中国企业，与国外的业主/咨询工程师在设计理念、设计流程等方面存在差异，审核进度缓慢。

在采购方面，马尔代夫当地物资极度匮乏，几乎所有的建筑材料、设备均依赖进口，材料采购、运输周期长，且整个机场岛供材料存放区域有限。

在施工方面，涉及填海、护岸、地基处理、场道、助航灯光、导航、通信、供油、结构、建筑、机电等专业，国内基本没有可以查询的珊瑚砂吹填工程案例，唯一已知的珊瑚砂吹填工程位于中国南沙群岛，其数据资料完全保密。在珊瑚礁砂地质上建沥青跑道也是国内首次，专业技术强、可借鉴资料少，施工难度大。此外，由于本项目为改扩建工程，施工不能影响机场的日常运营，不停航施工窗口不足5个小时，时间紧任务重，安全风险高。新建跑道施工应马代政府要求需要提前4个月完工并达到校飞标准，工期大大缩短，施工进度压力大。

综上，项目自开工伊始就确定在工程建设全生命周期中应用B IM及数字化施工技术，基于三维模型实现跨越时空、语言、专业的协同管理模式，高质量、高效率进行项目管理工作。

实施策划

在实施之初，项目即建立公司、项目两级BIM管理组织架构，组建BIM管理团队，搭建贯穿EPC全过程的BIM应用体系，统一项目各阶段BIM服务成果交付细则，编制了《项目BIM实施手册》《 BIM深度管理手册》《项目BIM建模标准》《马代机场构件LOD标准管理表格》《马代机场油库区管道构件属性表》《马代机场油库区版系表》《TRC上实现设计问题协同管理》等标准化文件，并配备完整的BIM建模软硬件及数字化施工设备。

一、应用目标

设计阶段，以维拉纳机场岛BIM模型、协同管理平台为基础，建立安全、高效的信息协同和设计审查机制，加快推进设计进展，提高设计审核效率。

采购阶段，以各区域BIM模型和三维激光扫描技术为基础，建立原材料堆料动态管理机制，同时提高构件设备采购准确性。

施工阶段，以各区域BIM模型、数字化施工技术体系和三维激光扫描技术等建立以BIM模型为驱动的，贯穿飞行区、货运站区、油库区的全自动/半自动的施工过程协同管理机制，高质高效地完成飞行区加速施工，完善所有区域施工过程质量控制、进度控制机制，降低夜间不停航施工安全风险等。

另外在运维阶段，项目将交付业主包含所有施工过程数据和全部地下管线的机场岛综合BIM模型，为机场运营维护及远期规划建设提供详实直观的依据。

二、软硬件环境

软件：配备Revit、Tekla、Micro Station、Sket chUp、Navisworks、Escape、Lumion等建模、渲染软件，Reakworks点云分析软件、Business Center HCE数字化施工建模、Vision Link数字化施工管理平台、Trimble Connect协同共享平台、BIM 4D/5D软件VICO Office等。

硬件：购置服务器，配备4台台式工作站、10台移动工作站，三维激光扫描仪TrimbleTX8，以及为飞行区数字化施工应用配备的高精度的测量设备及控制系统（包括2座GNSS基准站、6座在线沉降观测站、2套工地测量定位系统、6套摊铺机自动控制系统、12套智能碾压系统、1套平地机自动控制系统、1套推土机显示引导系统、1套挖掘机显示引导系统、10套自卸车辆定位系统）。

三、数字化施工技术

数字化施工即工程施工全过程的数字化和信息化，是指依托协同管理平台、数据处理平台、设计BIM模型、工程机械控制系统、工地数据采集系统等基础平台，整合设计数据和工地信息资源，建立一个虚拟开放的信息环境和共享平台。

具体表现形式为：安装工程机械控制系统、工地数据采集系统的工程机械通过接收北斗等星座的卫星信号与GNSS基站差分信号，实现自身精准定位，然后通过4G网络将机械行驶轨迹等位置信息和各传感器记录的施工过程数据传输到数字化施工数据处理平台，经分析后再通过协同管理平台与多方共享，参与方便能实时掌握并掌控当前施工状态。

整个数字化施工系统的数据核心是设计BIM模型和实时采集的原始施工数据。所谓掌握施工状态，即是掌握通过原始施工数据与设计BIM模型不断比对分析的数据结果；所谓掌控施工状态，即是通过实时的数据分析结果进行极为迅速的响应。数字化施工技术就是数字化工程管理，相对于传统管理模式，前者以更科学的方式进行工程设计、更高效的方式调度现场，掌握工程进度，合理安排不同区域的施工步伐，降低材料、人工等成本，为决策提供更及时、更充分的依据。

应用内容

为满足设计、采购、施工各阶段的应用目标，打造以BIM模型为根本驱动的数字化工程管理体系，本项目搭建了维拉纳机场岛的总图模型、飞行区数字化施工BIM模型、新建油库区域全专业BIM模型、新建货运航站楼区域全专业BIM模型，并进一步整合成整个维拉纳机场岛的BIM模型，以此为基础进行EPC全过程的数字化智能建造。

其中，总图模型使用Sketch Up搭建，结合了详细的地勘和海勘数据，用于机场地势调配和设计总览，并作为模型整合的“大托盘”。飞行区数字化施工BIM模型使用Sketch Up/Trimble BC-HCE搭建，是飞行区数字化施工的数据核心之一。货运航站楼及油库区域则使用Autodesk Revit、TEKLA、PDMS等软件搭建了建筑、结构、机电、工艺全专业BIM模型，用于上述区域的设计审核、优化深化、材料采购、施工质量控制等应用。

一、设计阶段

运用BIM建模技术在设计前中期实现了设计方案可视化、碰撞检查分析、各专业系统间协同优化等应用，有效地帮助设计单位传递设计理念，提高了业主/咨询审批设计的效率和准确度，压缩了平均设计审核周期，快速减少设计错、漏等问题，加快了整体设计进度。在设计后期及施工阶段完成了专项结构深化设计、机电管综优化设计、重大施工方案可视化交底等应用，为后续采购、施工排除了许多隐藏的 “雷区 ”。

以货运航站楼为例，原设计中为了通过部分机电管线，在结构钢梁上开设了319个洞口。经过 BIM管综优化、结构优化后，此类结构洞口减少135个、缩小尺寸184个，从而缩短了近7周的钢构件的加工工期。另外，通过在TEKLA中整合钢构与土建模型，项目及时发现有45根抱框钢柱长度按原设计不能与基础连接，仅仅发现这一处小错误，便避免了2个月以上的工期延误。

在设计阶段，设计参与方来自北京、广州、中国香港、澳大利亚、德国、新加坡、马尔代夫等国家和地区，传统沟通方式受语言和时差的影响较多，工作效率受限。并且项目不同区域采用的设计规范和标准也不同，同时中外设计理念也不一致。为此，本项目引入了Trimble Connect协同管理云平台，解决了分散的设计资源整合和及时同步等问题，将设计问题直观化，减少了设计管理的难度。

在 TrimbleConnect上，各设计方将各类BIM模型的轻量化上传，业主、咨询和项目设计管理部门在平台上利用初步的整合、碰撞、标注与量取功能进行审查，亦可结合手机APP实现端同步查看，提高了设计审核的效率，缩短了图纸审批的时间。

同时， TrimbleConnect除了主要用于设计图纸/BIM模型归档、审查校核、发布外，还用于项目期间所有参与单位的各类建设文件的传递和共享，是所有参与单位的文档协同云平台。

二、采购阶段

由于机场岛可利用的空间有限，需要对珊瑚砂、河砂、碎石、水泥等大宗原材料堆放位置进行严格布局。项目依靠数字化施工BIM模型对飞行区原材料采购进行整体把控，同时利用点云建模技术对现场料堆进行快速测量和三维重构，快速掌握用料情况，以此监测与修正采购计划，以实现原材料的动态监测。

通过钢结构模型、油库工艺模型深化工艺构件与设备，直接面向工厂做预制加工，提高采购准确性，降低采购风险。

三、施工阶段

1.数字化施工技术

数字化施工系统是飞行区独有的施工过程控制与协同系统。在准备阶段，项目建立了覆盖全岛的GNSS基准控制网，统一了现场所有的工程机械控制系统、GNSS流动站、测量手簿等设备的坐标框架。除统一的基准控制网外，项目还建立了全天候在线沉降监测系统，用以监测和预警新填海陆域的沉降和水平位移情况。

飞行区施工全过程运用BIM+数字化施工技术，基于数字化施工BIM模型，将模型中的设计信息通过工地GNSS基站系统发布到装有智能控制系统和高精度测量设备的施工机械和车辆中，再通过数据管理平台 Vision Link与分包单位协同管理整个施工过程，实现智能化施工和施工全过程监测。

TrimbleBC-HCE软件将飞行区数字化施工BIM模型转换成工程机械控制系统可识别的格式，并通过工地GNSS基站系统发布到改装后的挖掘机、推土机、平地机、压路机、摊铺机及自卸卡车的控制系统中。这些数字化工程机械便可以“读懂”图纸，引导操作手或者直接自动完成施工任务。

每台工程机械都加载了工地现场数据采集系统，在借助GNSS基站实现自身精准定位时，通过各类传感器实时获取施工过程数据，并上传至数据管理平台VisionLink上进行处理分析。VisionLink平台记录了自2017年7月以来飞行区全部的施工过程，该平台以飞行区数字化施工BIM模型为基准，对施工过程数据如施工位置、土基压实情况、碾压遍数、表面高程、燃油消耗等进行统计分析，分析结果主要有检查施工质量、规划施工路线、调整施工计划、优化现场施工组织等应用。

其后， Vision Link将分析结果再实时反馈给工程机械，并在控制箱上实时显示，帮助现场管理人员了解施工实际情况并做出决策。

借助 VisionLink，管理人员在现场能够抽查任意时段、任意区域的所有工艺阶段的施工质量，管理平台给出的某区域推土机→平地机→压路机施工后的表面高程情况。

最后，Vision Link将最终分析结果通过Trimble Connect与所有相关人同步，帮助工程部门协同管理整个施工过程，实现智能化施工和施工全过程监测。

2.沉降动态监测

分布在新填海陆域的6座GNSS沉降观测站以每秒观测一次的速率进行不间断的沉降观测，经Trimble4D沉降预警软件对17168个小时的采集数据进行处理后获得沉降曲线。沉降曲线综合反映了整个陆域的沉降状态，并为业主方和项目部提供了准确可靠的机场岛改扩建区域的沉降动态预警。

3.点云模型对比

在加油管线、油罐施工中通过三维激光扫描采集生成的点云模型与设计模型在三维环境下进行对比，及时反馈当前区域施工质量，并在点云模型基础上作更深层次的分析，保障了各类管线、钢结构以及工艺安装施工的精准度。以油库区15000m3航煤油储罐为例，项目结合点云模型对每带壁板周长、椭圆度、垂直度和凹凸度进行分析，将细小差距显著化处理后的结果则作为控制施工质量的重要依据。

4.BIM 4D/5D应用

在BIM4D/5D方面，项目结合VICO Office和三维激光扫描技术进行一些拓展应用。针对新建跑道的提前完工要求，项目使用VICO结合数字化施工BIM模型和Vision Link提供的工程机械实际施工效率数据，对跑道加速施工计划进行深度分析，设计更合理的施工组织方案，提前对可能影响工期的因素提出预警，并追踪实际生产情况，严格控制进度和质量风险，保证了跑道提前完工。

BIM 5D方面，本项目将各类 BIM模型导入VICO，结合既有的定额数据和进度跟踪数据，自动计算符合当前进度的施工工程量，并根据定期的三维激光扫描作业建立反映当前实际施工进展的点云模型，二者比对分析的结果用来配合商务部门完成进度计量和造价计量工作。

四、运维阶段

飞行区改扩建过程中，尤其在不停航施工期间，由于业主提供的地下管线信息不全，造成管线探挖风险较高。项目基于管线设计图纸及实际探挖情况，结合BIM技术形成了一套完整的地下管综模型，并镶嵌进飞行区数字化施工模型，将来可帮助业主更高效地管理飞行区。

应用效果

一、经济效益

BIM建模技术、三维激光扫描技术及协同平台的应用，提高了各专业间协同及参建各方的沟通效率，通过设计优化大大节约了成本，降低了7.6%审批文件所需工期，直接缩短工期约83天，在设计审查及优化方面节约了数百万元的成本。施工阶段搭建了以施工BIM模型和点云BIM模型为基础的过程质量控制机制，实现了100%的过程质量和安全控制。

BIM+数字化施工应用，现场实现“无桩化”作业，机械实现自动化施工，综合效率提升30%以上，降低油耗，节能减排；施工过程质量、安全控制100%；精确控制摊铺厚度，减少约3%的建筑材料投入，节省材料和人工成本近千万元。

特别是飞行区采用了以BIM模型驱动的全过程数字化施工系统，打通了设计图纸 /模型直接向工程机械的传递渠道，增强了办公室与工地现场的连接。现场实现了“无桩化”作业，工程机械实现自动化/半自动化施工，施工工期由原计划的16个月缩短至11个月，施工综合效率较传统模式提升30%以上。项目通过数字化施工自动化机械和高精度的测量控制，精确控制基层、面层摊铺厚度，相比传统施工工艺减少约3%的建筑材料投入，累计节省成本500多万元；并且大大减少测量工程师、施工作业人员以及工时投入，累计节省成本300多万元。另外，数字化施工还保障了施工的安全性和可控制性，减少人机混合作业时间，减轻现场人员的工作强度和外业时间，也极大地提升了夜间不停航施工的安全与效率。

二、社会效益

新建4F级跑道提前4个月零7天实现全线贯通，完成履约承诺，获得业主、咨工及当地政府的一致好评。在新跑道空客A380首飞仪式上，时任马尔代夫总统亚明在致辞中表示，新跑道的使用将为马尔代夫旅游经济带来飞跃。

三、推广应用

本案例在马尔代夫维拉纳国际机场、马尔代夫玛地洼鲁机场项目成功应用，授权实用新型专利1项，编写论文2篇；总结形成《远洋吹填珊瑚砂岛礁机场机场建造关键技术研究与应用》课题，经鉴定达到“国际领先水平”，为海外EPC机场项目建设BIM及数字化施工提供了借鉴与参考。

四、应用总结

基于BIM技术的数字化施工是对项目管控的巨大升级，包含工程建设的数字化、信息化和智能化，它是基于多种先进数字化施工硬件、三维模型软件以及咨询服务，对项目设计、过程、质量、生产、数据、资源效率及交互沟通方面进行全面掌控，提升项目参与方的沟通，升级施工单位的各种工程机械，并收集各种施工过程数据（质量、安全、成本和进度），提升项目管理的水平，最终实现项目管控水平的提升。真正实现项目部由管理人到管理数据的转变，实现人生产数据到机器和软件生产数据的转变，实现由人驱动管理流程到由数据驱动管理流程的转变。最终实现在保证质量的前提下做到减员增效，提升项目管理水平的目标。

（作者工作单位：北京城建集团有限责任公司）