智能建造：未来机场的“数字地基”
智能建造：未来机场的“数字地基”
随着新一轮科技革命和产业变革向纵深发展，以人工智能、大数据、物联网、5G和区块链等为代表的新一代信息技术加速向各行业全面融合渗透。在民航领域，智能建造技术正为机场建设插上科技翅膀，不仅提升了建设效率和质量，更为智慧机场的运行奠定了坚实基础。
近期，“机器人工友”在社交媒体上引发网友围观。这些机器人“长相”各异、“技能”不同，有的擅长测绘，能够在2小时内完成5名测量人员一整天的工作量；有的擅长喷涂，可以独立完成墙面、天花板等大面积喷涂作业；有的热爱“跑酷”和“飞翔”，能够熟练地在建筑工地等复杂的环境中穿梭往来……作为智能建造领域最显眼的存在，“机器人工友”让大众直观看到了新技术给传统行业带来的改变与颠覆。
聚焦民航领域，这种颠覆与改变也正在发生。今年3月，广州白云机场三期扩建工程T3航站楼项目主航站楼钢结构网架全面合龙；再早一些，今年1月，厦门新机场主航站楼钢结构合龙，航站楼指廊主体钢结构全面封顶。无论是雏形初现的“羊城花冠”还是振翅欲飞的“闽南白鹭”，这两个重要的机场都广泛应用了基于建筑信息模型（BIM）的智能建造技术，为打造更聪明的智慧机场奠定了“数字地基”。
智能建造推动机场建设转型升级
当越来越多的“机器人工友”出现在建筑工地上，越来越多的工业级无人机穿梭在钢梁之间时，人们会发现，如今的建筑行业正变得“科幻”起来。
随着新一轮科技革命和产业变革向纵深发展，以人工智能、大数据、物联网、5G和区块链等为代表的新一代信息技术加速向各行业全面融合渗透。通过深入推动智能建造与建筑工业化协同发展，机场建设也正在向工业化、数字化、智能化转型升级。
那么，智能建造是如何推动实现这一转型升级的呢？从定义上看，智能建造（Intelligent Construction）是指集成融合传感技术、通信技术、数据技术、建造技术及项目管理等知识，对建造物及其建造活动的安全、质量、环保、进度、成本等进行感知、分析、控制和优化的理论、方法、工艺和技术的统称。从内容上看，智能建造与建筑工业化主要包含数字化设计、智慧施工管理、智能工程设备及智能生产等组成部分。在机场建设领域，其核心是实现基于BIM技术的数字化应用、智慧施工管理和装配式建造。
“BIM技术最早出现在20世纪80年代。经过40年发展，该技术已经在国际上形成了一批具有较大影响力的标杆企业、垄断性的商业软件、体系化的国际标准。”业内专家表示。我国BIM应用起步较晚。在各行各业，民航领域的BIM应用起步较早，但直到2019年在鄂州花湖机场建设中才全面应用，并带动了行业数字化水平快速提升。
数据显示，BIM技术显著提升了鄂州花湖机场的工程效率。根据民航局发布的《民用运输机场BIM技术应用实践案例》，依托该技术，鄂州花湖机场质量合格率达100%，缩短工期至少30%（工期39个月），节省投资超过25亿元人民币，顺利推进了5G、自动驾驶等15项领先的智能运营技术应用。
对民航业来说，这一探索十分重要。根据《“十四五”民用航空发展规划》，“十四五”期间行业将新增运输机场30个以上，年旅客吞吐量前50名的机场中有超过40个需要实施改扩建，一大批“多航站楼+多跑道”模式的大型综合交通枢纽开始建设，一批填海机场、高高原机场等复杂建设条件的项目上马，对基础设施建设能力、行业管理能力提出了更高要求。
应对交叉融合的技术挑战
智能建造是提升机场建设品质的重要举措。近年来，新建机场如鄂州花湖机场、厦门新机场等，改扩建机场如深圳宝安机场、西安咸阳机场、广州白云机场、长沙黄花机场等均采用了BIM技术。
大型机场工程是工程建设领域最复杂的工程项目，涉及大跨度钢结构、地铁下穿减隔震技术、施工场地及交通组织、不停航施工组织、新旧工程交叉融合等众多技术难题，对施工团队专业性和技术先进性均提出了较大挑战。
“BIM技术能够解决建筑过程中一些综合性、复杂性问题”。民航机场规划设计研究总院有限公司BIM中心主任陈刚告诉记者，与一般民用建筑相比，机场建设的专业性更强，也更为复杂。
深圳宝安国际机场在卫星厅及配套工程建设过程中基于BIM进行三维协同设计。
通常来说，机场建设涉及民航、建筑、市政等主体，涵盖岩土、建筑、结构、装饰、幕墙、道桥、管廊、机电、灯光、通信、气象等20多个专业，协同设计和建造难度很大。
“一般的民用建筑都是单一建筑，其功能也比较单一。但机场是综合建筑，仅就其中的航站楼来说，就涉及与旅客、航空公司、飞行器有关的多种需求，并且民航领域专业业务流程、工艺流程要求较高。同时，建设航站楼还需要考虑检验检疫、边防检查、海关的需求，还要满足医疗、消防等需要，其他民用建筑很少有如此复杂的需求。因此，对机场建设来说，BIM等信息化技术可以更好地提升建造过程中各环节的匹配度和管控细度。”陈刚告诉记者。
建造一个机场有多复杂？从厦门新机场建设中可见一斑。《民用运输机场BIM技术应用实践案例》显示，在立项初期，厦门新机场就对BIM技术在各阶段的应用提出了要求，并在施工过程中采用各种技术、手段和措施，提高各方的沟通协调效率和施工精度。今年1月，厦门新机场完成主航站楼钢结构合龙。其主楼屋盖为双坡三层三重檐叠落设计，东西方向最大长度385米，南北方向长度约522米，最大建筑高度47.95米，投影面积约13.1万平方米，相当于18个标准足球场那么大，总用钢量约1.1万吨。
由于屋盖上下三层结构标高不同且屋盖跨度大，想要把这个灵感源自闽南传统大厝的主楼屋盖安全地架上去难度极大。为此，建造方最终采用“楼面原位拼装+分区累积液压同步提升+空中转体”的组合施工技术方案，分三次提升完成。
在这一过程中，施工单位需要在高空中精准定位，采用多机位液压机同时提升，并将误差控制在3毫米之内。为实现这一目标，施工单位出动了无人机。它在完成摄影的同时，按照规划好的航测路线，直接构建屋盖网架的高精度三维模型，完成实体与数字模型的精准对接。
化“数字图纸”为“数字底图”
智慧建造对于民航业发展具有深远影响，BIM、仿真技术、数字孪生等数字化手段不仅能够提升建筑设计的精细化水平和施工管理效率，更能为机场科学决策和管控提供支撑。
业内专家表示，从应用角度看，BIM可以实现云上作业多人、多专业协同，提升设计效率；助力不同专业进行碰撞检查，减少错漏碰缺，大幅避免传统工程施工中的返工浪费；向施工班组可视化交底，“所见即所得”。
陈刚告诉记者：“‘所见即所得’的优势是让更多潜在问题在设计阶段就暴露出来。例如，过去画建筑图时，由于传统三视图存在表达局限性，有些建筑细节可能被遗忘、忽略了，到了施工阶段才被发现，只能现场解决用什么材质、建什么样式等问题。但如果采用BIM技术进行设计，从三维角度一旋转就很容易发现哪里有缺失。”更重要的是，依托BIM技术，数字世界里的每一个对象都蕴含着大量信息。“比如你在BIM系统中看到一根柱子，建造这根柱子的工程量多大、需要用多少混凝土，信息都是全的”。也就是说，在实现数字世界与真实世界的物理信息对应以后，数字化的建设图纸就成了机场的数字底图。
“从机场运行角度看，精确的BIM模型为智慧机场协同决策打造了数字化底盘，在此基础上融合视频监控、场监雷达、光纤传感等感知设备，可以实现运营场景可视化仿真并指导协同运行。”业内专家表示。
济南机场在二期改扩建过程中，通过建立航站楼、综合交通中心、市政道路等BIM模型，对陆侧交通行车流线进行模拟演示。（本文图片均来源于《民用运输机场BIM技术应用实践案例》）
不过，想要真正实现高水平的协同运行，仅仅依靠数字化手段还不够。其中需要解决的关键问题是，在机场投运以后，数字底图上的相关信息是否能够顺利地被调取和使用？
事实上，很多机场在实践中都对此进行了探讨。在《民用运输机场BIM技术应用实践案例》中，西安咸阳国际机场提出应“注重建设阶段数据资产的传承”，解决施工模型逻辑向运维模型逻辑转化问题，并在基础上开展应用规划。例如，在构建数字孪生系统时，需要将建设数据资产无损传输至运营系统，这样才能实现机场数据层面的建设运行。
可见，想要让BIM技术更好地服务机场建设运行，让机场更好建、更好用、更好管，更安全、更绿色、更人文，真正实现“人享其行、物畅其流”，还需要全行业的共同努力。
打造新质生产力 让需求落地是关键
如今，加快数字化发展和技术创新正成为民航业竞争的重点领域。
近几年，民航领域的BIM应用从最初围绕航站楼设计、机电安装等单一内容，逐步拓展到全过程、全专业应用。在复杂机场建设过程中，BIM技术发挥了重要作用，但随着该技术的深入应用，一些难点问题也逐渐暴露出来，比如如何强化应用中的统筹、如何确保各方落实责任要求、如何强化生态协同应用以及如何拓展应用场景等。
新技术正在为民航业发展注入新动力，但各单位如何因地制宜地获取这些发展动力，仍值得行业内的所有人思考。
在采访过程中，记者与多位专家讨论了BIM技术的使用成本问题。有专家表示，目前BIM技术的综合使用成本较高，但其带来的长期收益更为可观。一个可参考的案例是，根据公开资料，鄂州花湖机场以千万元级研发投入换来了10亿元级资金减省，通过一年集中BIM设计换来了20个月完成148亿元工程建设。
然而，对国内为数众多的中小机场来说，这样的投入成本很难负担。难道这代表着中小机场与智能建造无缘了吗？对此，另一位专家告诉记者，BIM作为一项技术，在大型机场和中小机场都能落地。中小机场同样“五脏俱全”，可以从实际情况出发对航站楼、保障用房、车库等采用BIM技术进行设计和施工。BIM的优势是对设计进行深化和细化，将全部建设信息整合到一个模型里，以便为设计、施工、运维一体化打下基础。
这对我们理解新质生产力提供了一个很好的视角。在面对一项新技术时，我们不仅需要清楚其是什么，还要明白自己想做什么，并以整体性、系统性、协同性的思维方式进行思考谋划，只有这样，才能更好地释放科技创新的潜力。
本文原文来自澎湃新闻