广州白云国际机场综合交通枢纽项目 (见图1) 包括交通中心及停车楼、北进场路下穿隧道、的士巴士隧道、地铁机场北站、地铁机场南至机场北区间、城轨机场T2站等6大部分。

地铁、下穿隧道及城轨南北向依次下穿于停车楼结构, 而在停车楼结构北侧, 又有的士巴士隧道东西向横跨于地铁、下穿隧道和城轨结构。在这些结构上方, 还有出港高架桥和航站楼钢屋盖, 立体交叉关系复杂, 施工组织难度大。

北凸出部由于伸入T2航站楼, 直接影响航站楼上部结构施工, 施工工期被不断压缩。该凸出部基坑深15~24m, 包括3~4道内支撑, 还有地铁、下穿隧道、城轨、的士巴士隧道、综合管廊、交通中心首层板等多种结构, 出港高架、航站楼的承台和结构柱等, 立体交叉施工内容多, 基坑安全要求高。作业面与T2航站楼存在交叉, 施工可用场地狭小、交通组织不便, 对抢工组织造成较大难度。

北进场路下穿隧道下穿交通中心及停车楼, 且位于地铁和城轨之间, 受地铁和城轨施工影响非常大。下穿隧道作为南北 (花东镇与广州市区、北出租车及机场大巴停车场与机场T1航站楼) 连接的重要通道, 临时的南北连接道路位于待施工的东站坪区域内, 为保证东站坪的施工进度, 下穿隧道必须在合同规定时间内实现通车以取代临时的南北连接道路。

地铁区间段起于航管楼, 经过航管楼停车站、横穿东西向的机场大道后与机场大道南北走向并行, 到达机场北站。现有机场大道交通流量较大。

地铁区间范围受到影响的主要地下管线有电信管、电力管、600排水管及2.0m×2.2m排水暗渠 (埋深约5.17m) 、500给水管 (埋深约2.93m) 、250煤气PE管等。

本区间隧道周边环境较为复杂, 施工单位多, 存在共用施工场地的情况。施工过程中随着施工进展, 对施工场地的布置需要多次导改。

本工程基坑占地面积约92 700m², 基坑周长约1 300m, 工程基坑支护形式多种多样, 包括放坡+土钉墙、地下连续墙、预应力锚索、混凝土内支撑、钢管内支撑、钢板桩、单管旋喷桩、双管旋喷桩、三轴搅拌桩等, 大基坑内还有坑中坑, 且坑中坑深度大。由于各部分基坑深度不一, 工期紧, 施工工况复杂, 施工时面临一边已开始结构施工, 但紧邻结构施工的部位却还在继续向下挖土的情况。对施工部署、全局平面管理造成较大难度。

采用BIM模型分析不同施工阶段, 对关键节点进行BIM优化。

北凸出部由于影响航站楼钢结构工程和出港高架桥的施工, 施工工期紧, 加之隧道、地铁、城轨、内支撑交叉施工, 需通过建立BIM模型才能清晰反映此部位的施工工况, 以明确各部位的影响关系, 制定详细的施工流程。北凸出部施工模拟如图2所示。

根据BIM模型显示, 城轨北端54m×54m范围内位于航站楼钢屋架及高架桥正下方, 根据模型的位置关系进行模拟分析, 提出城轨北端头也需提前施工才能确保工期节点顺利完成、规避风险的意见。

受下穿隧道出地面段与跨线桥相接段施工影响, 地铁明挖段需与管线及地面道路交叉施工, 地铁区间顶管工作井部分也与南往南跨线桥直线段的钢结构吊装存在空间冲突。通过BIM模型模拟施工过程, 协调各单位的先后施工顺序, 减少交叉施工带来的场地、安全等问题, 以达到最优的施工组织, 同时缩短工期。地铁区间 (明挖段) 与市政工程施工模拟如图3所示。

地铁区间冻结暗挖段位于现有塔台、停车场、东西联络线下方, 并且还横跨有机场通讯光缆, 属于重点保护区域, 对于该区段的施工方法、施工部署要求极高, 稍有不慎将导致机场瘫痪停运。经综合分析, 该区段采用冻结暗挖进行施工, 项目利用BIM合理组织施工, 优化冻结管布置, 避开地下管线;对台车模型进行深化, 与冻结管、钢支撑、仰拱进行施工碰撞检查;同时对58m冻结暗挖段进行施工模拟, 明确各工序, 指导现场施工。地铁区间 (冻结暗挖段) 施工模拟如图4所示。

下穿隧道放坡开挖改桩基支护。按原设计图及招标方案需将隧道部分土方放坡开挖, 进行地铁结构施工, 再回填进行隧道结构施工。但下穿隧道施工会受制于两侧地铁和城轨车站结构 (地铁和城轨基坑深于下穿隧道基坑) , 且由于前期单位场地移交滞后, 隧道施工工期紧张, 根据现有条件进行BIM工序模拟, 结果显示采用放坡开挖形式无法达到通车节点要求。对此, 需优化下穿隧道基坑形式或结构形式, 但其与地铁和城轨间净距仅有1m左右, 三者间协调施工难度大。

为确保下穿隧道能够按时通车, 项目优化了设计, 在隧道内两侧增加了109根混凝土灌注桩, 形成永临结合的支护体系, 保证施工进度。设计变更后下穿隧道优先于两侧结构施工。

利用BIM动态进行施工总平面管理, 提前策划平面布置, 并进行全过程动态调控, 及时根据现场及进度情况调整相应资源配置及场地。精细化加工场、堆场布置, 提前策划各机械设备、材料规格、型号、尺寸, 建立标准化族, 将各种机械设备、材料按1∶1实际比例布置在场内, 提高平面布置的真正指导意义, 保证机械设备、材料空间满足各项指标要求 (见图5) 。

1) 钢结构深化设计 通过提前建立钢结构深化BIM模型, 并在BIM模型中提取加工构件, 获取相应构件的几何形状、主次零件规格尺寸、零件间相对位置等详细加工信息, 确保钢构件加工的精准。

运用BIM技术对钢与混凝土组合结构节点进行深化、优化、碰撞检查和施工仿真模拟, 在不超过钢构件承载强度的前提下, 提出一种切实可行的节点和穿插施工工艺, 确保钢结构与混凝土结构能满足整体受力性能。

2) 钢结构施工模拟 东西停车楼钢桁架桥施工穿插在城轨、停车楼、下穿隧道等3个主体结构施工中, 而转换梁和柱帽均为钢骨混凝土组合结构, 土建和钢结构交叉施工不便。故通过BIM模型模拟分析, 明确各结构间的施工工序及钢结构吊装顺序, 便于指导施工 (见图6) 。

3) 净高分析 根据设计规范, 停车楼净高应≥2.2m。项目结合结构模型和机电管线布置情况, 采用BIM技术, 对楼层净高予以分析, 并形成净高分析报告。对不满足净高要求处, 再次对机电管线布置进行优化, 或提出设计变更, 修改结构参数。

1) 内支撑净距与挖掘机高度及工作高度关系

内支撑土方开挖前, 对内支撑净距与挖掘机高度及工作高度关系进行分析, 通过旋转挖掘机、伸缩大臂等一系列挖土动作模拟, 调整挖掘机型号, 确保在土层开挖高度内挖掘机可进行正常工作, 预判危险源。

2) 临边防护 在BIM模型中, 提前对临边、洞口等危险源进行自动识别、判断, 建立标准化防护栏杆族 (栏杆类) , 快速布置安全防护, 提前规划好现场安全防护;按照BIM安全防护布置, 对管理人员、操作工人进行交底, 确保现场按照BIM模型布置安全防护设施。

现场查看模型及记录质量问题, 将BIM模型导入到手机, 方便现场施工管理人员查看模型信息, 进行现场质量检验与指导, 并将发现的质量问题进行记录, 及时整改, 做到有章可循, 可追根溯源, 保证质量问题不遗漏。

根据施工进度计划完成了项目的4D模拟, 清晰展示各工序施工工况及节点要求。施工阶段根据实际进度, 调整4D工期计划, 实现计划工期与实际工期对比, 可以清晰显示工序滞后情况, 便于及时调整施工部署和措施, 保障项目进度可控。

1) 环场道路四周合理设置喷淋降尘装置 为控制粉尘及气体排放, 土方施工扬尘≤1.5m, 项目利用BIM技术对喷淋设备进行预排布, 以达到最大化降尘目的。喷洒主管为DN50, 支管为DN15, 控制阀门使用DN15球阀, 根据每个喷头喷洒路面的范围, 以及通过BIM模型模拟出最优的喷淋方案, 每间距5m设计1个降尘喷洒头, 基坑四周根据道路周长设置支管, 分双供水 (电) 系统控制管道压力及水量。

传统的施工工地临时道路降尘均采用人工洒水的方法进行, 管口出水量不好控制, 且50%以上的水流淌出了道路, 浪费大量的水资源。本工程喷淋降尘除了利用地下水, 还运用了BIM技术对喷淋效果进行模拟, 保证现场整洁卫生无扬尘, 取得了良好的环保和经济效益 (见图7) 。

2) 自动喷淋循环水洗车槽系统 建立自动喷淋循环水洗车槽系统, 包含感应装置、喷淋装置、回水装置、沉淀装置、给水装置, 并根据BIM模型生成施工图, 提高工作效率 (见图8) 。

3) 可周转路面排布 提前策划, 对可周转路面进行预排布, 确保各预制构件规整、统一, 便于后续周转利用。

1) 资料管理 将混凝土浇筑记录、隐蔽验收记录、施工日志、机械设备信息等级录入BIM模型, 同时生成相应二维码信息, 可贴于现场成品上, 便于快速获取成品的生产及检验资料。

2) 试验管理 混凝土试块芯片植入:为了保证试块真实有效及可进行动态跟踪, 采用芯片试块, 芯片内码和外码具有唯一性。

通过BIM技术在广州白云国际机场综合交通枢纽项目中的应用, 解决了大量的设计和深化问题。同时通过BIM优化施工部署、施工工序管理, 提前预判重难点, 规避风险, 大大缩短工期, 实现履约目标。创新运用BIM实现全过程动态精细化平面管理模式, 强化平面协调管理, 为项目的驱动提供了有力的技术支撑。本工程还从施工管理的各方面应用了BIM技术, 提高了施工安全和现场质量, 增强了体系联动和团队协作力。BIM技术在本工程成功应用的经验为以后类似工程提供了可靠的技术支持和参考价值。