北京大兴国际机场航站楼工程建造技术创新与应用

［关键词］航站楼；科技管理创新；智慧建造
一、项目背景
机场航站楼是国家及城市之间交往的航空交通枢纽，具有突出的窗口形象作用，代表国家或城市的形象，历来受到各方的高度关注和重视。

北京大兴国际机场工程是由中央政治局常委会审议批准的国家级重点工程，大兴机场的建设将破解北京地区航空硬件能力饱和，推进京津冀一体化发展，引领中国经济新常态，是打造中国经济升级版的重要基础设施支持。

此外，“十三五”期间我国将新建约50个机场，北京大兴国际机场工程作为一个重要的窗口工程，建设好大兴机场对我国后续机场建设将起到重要的标杆、引领作用。

习近平总书记在2017年2月23日考察工程建设时，高度评价北京大兴国际机场，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。

创造一种世界先进水平，即展示国际水准，同时又为我们国家的基础建设继续创造一个样板。

项目围绕工程建设的需求，通过科技攻关和技术管理创新，提炼出大型机场航站楼智慧、绿色建造的技术和管理体系，指导北京大兴国际机场航站楼的优质、高效建造。

二、工程概况
北京大兴国际机场位于永定河北岸，北京市大兴区和河北省廊坊市广阳区之间，距天安门广场直线距离约46公里，距首都机场67公里，距北京城市副中心54公里，距雄安新区55公里。

北京大兴国际机场航站楼建筑面积约140万m2（图1），其中核心区建筑面积约60万m2，地上5层，地下2层，北京城建集团为工程施工总承包。

三、工程特点难点
北京大兴国际机场航站楼采用了全新的功能布局和集中式构型规划流，高铁、城际铁路和城市轨道交通穿越航站楼，从办票到值机旅客行走距离不超过650m，有效缩短旅客行走距离，同时实现便捷高效的交通换乘。

工程建造面临相应难题：
（一）轨道穿越航站楼：地下二层为轨道层，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时速高速穿越航站楼，引起的振动控制问题属于世界性难题。

（二）结构工程：一层楼面混凝土结构超长超宽，东西向最长为565m，南北向最宽为437m，面积达16万m2。

且上部钢结构柱脚对楼面有向外的水平推力，无法设置结构缝，形成超大平面无缝混凝土结构，裂缝控制难度大。

（三）隔震工程：由于航站楼下部高铁通过，涉及减震、隔震问题，因此针对中心区采用独有的层间隔震技术，在±0.000楼板下设置1152套隔震支座，加大结构施工难度。

隔震系统将上下混凝土结构分开，节点处理非常复杂。

（四）钢结构工程：核心区屋盖钢结构为不规则自由曲面空间钢网格，最大落差达27m，投影面积达18万m2，重量达4万多吨。

全焊接的节点高空定位控制精度要求高，网格结构空间变形控制难度大。

（五）机电工程：机电系统复杂，功能先进，多达108个系统，系统间关联性强，交互点多，空间受限，施工深化难度大。

（六）屋面幕墙工程：屋面幕墙皆为双曲面造型，板块单元形状不规则，深化设计、加工下料难度大；空间曲线、曲面施工控制难度大。

（七）装饰装修工程：核心区屋面大吊顶为连续流畅的不规则双曲面，通过8处C形柱及12处落地柱下卷
与地面相接，形成如意祥云整体意向的同时也给施工带来了很大挑战。

四、科技管理创新支撑全过程施工
项目成立首个工地上的科技中心，主管项目的科技创新、BIM 技术和信息化工作。

围绕工程建设的需求，结合工程的特点、难点，进行工程科技创新及管理的策划，建立项目的科技管理体系，制订项目科技工作计划，分步骤、分阶段推进项目科技工作，打造国内工程施工领域科技新标杆。

（一）科技管理目标的设计工程科技管理的总体目标：住房和城乡建设部绿色施工科技示范工程、全国建筑业新技术应用示范工程、中国土木工程詹天佑大奖、北京市科技进步奖、争创国家科技进步奖。

（二）科技管理团队构建首先，根据相关管理规定，建立项目科技管理、BIM 技术管理、信息化管理等相关的规章、制度等。

其次，搭建项目科技管理团队，并分别设置技术创新管理、BIM 技术管理、信息化管理三方面的负责人。

再次，联合业主、设计单位、国内相关科研院所，搭建产、学、研、用相结合的科技攻关与创新团队。

最后，聘请施工技术、
绿色施工、BIM 、信息化等领域国内知名专家担任顾问，对工程关键环节进行指导。

（三）制定科技工作计划1.工程关键技术攻关。

协助项目主管领导，协调集团内外相关资源开展科技攻关，保证工程建设的顺利、优质推进。

2.信息化、智慧工地建设。

实现项目人、材、机等的数字化管理、施工技术的智能集成，通过有序推进项目智慧工地基础设施、项目协同工作平台、项目信息化管理平台等建设，支撑工程实现精细化管理。

3.BIM 相关工作的组织实施。

搭建工程BIM 团队，依照项目应用需求，调研相关工程的应用情况，制订本工程BIM 应用的实施方案；联合项目各部门按步、有序地推进项目的BIM 应用，为工程精益建造提供手段、工具。

4.科技课题立项及组织实施。

整合集团内外资源，搭建科技创新团队，结合工程建造难点及可能创新点，联合相关单位组织申报各类科研课题，牵头组织相关科研课题的实施。

5.工程科技创优、创奖。

按照工程科技管理目标的要求，对工程科技创优、创奖任务进行分解，分步组织
实施。

6.科技成果总结。

结合工程建设，在专利、工法、工程标准、专业论文、科技报奖等方面与项目各部室协同开展工作，为工程最终的创优、创奖奠定基础。

7.工程的科技成果宣传、展示。

通过工程观摩、行业协会交流、学术会议交流、制作宣传材料等多种方式进行工程科技成果宣传，提升工程的社会知名度。

五、超大平面航站楼建造关键技术
项目基于工程超长超宽超大平面建筑的建造需求，形成了具有自主知
识产权的超大平面航站楼工程建造关键技术体系。

主要创新技术如下：
（一）超大复杂基础工程高效精细化施工技术
研发了超大平面复杂环境基础工程动态高效施工组织技术、超大范围复杂分布地下水精准控制技术、超大基坑复杂基底精细化支护技术、超大规模复杂结构桩基动态快速精细化施工技术，实现了面积达16万m 2的超大平面复杂深基础工程高效快速施工（图2）。

（二）超大平面混凝土结构施工关键技术
研发了超大平面混凝土结构裂缝控制技术，实现了565m ×437m 尺寸的混凝土无缝结构的裂缝控制；研发了超大平面结构施工物料水平运输系统（图3），开发了轨道式大吨位无线遥控运输车，实现了超大平面建筑施工物料的高效水平运输，比传统方法工效提高4倍。

（三）超大平面层间隔震综合技术研发了大直径、大变形隔震支座（图4）及其制造、安装、更换技术；开发了水平变形量最大为600mm 的层间隔震建筑构造体系和机电管线位移补偿构造体系；建成了世界最大的建筑
层间隔震层，解决了高铁高速穿行对
图1 北京大兴国际机场效果
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航站楼振动的影响问题，同时大幅度提高罕遇地震作用下结构的受力性能。

（四）超大平面复杂空间曲面钢网格结构屋盖施工技术
创造性地提出了基于总体位形控制的“分区安装，分区卸载，变形协调，总体合拢”的超大平面复杂空间曲面钢结构综合施工技术（图5）；研发了分块累积提升施工技术，实现了最大分区20225m 2的屋盖累积提升；研发了大尺度高落差倾斜翻转提升技术，实现了最大分块3750m 2高差15.38m 的屋盖翻转提升；突破了提升结构高差大、安装场地楼面错层复杂的条件制约，完成了超大平面复杂空间曲面钢网格结构屋盖（投影面积达18万m 2，568m ×455m ）优质安全高效的建造。

六、施工全过程智慧建造
针对工程的特点难点，基于BIM 技术、物联网、云计算等先进技术，搭建北京大兴国际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平台，如图6所示。

平台集成可视化安防监控系统、施工环境智能监测系统、劳务实名制管理系统、塔吊防碰撞系统、资料管理、OA 平台和BIM5D 系统等功能。

（一）劳务实名制管理系统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。

为确保施工安全生产，本项目引进智能化的劳务实名制管理系统，管理落实到每个参施人员，如图7所示。

本系统结合物联网技术，对工人进出施工现场、生活区等进行全面智能化的管控，提高管理人员的工作效率。

同时满足管理人员通过远程监控视频实时监控生产现场，大大降低了项目的劳务用工风险。

（二）可视化安防监控系统
航站楼项目施工现场作业面大，
图2
超大规模基坑
图
3 物料运输系统图
4 隔震橡胶支座
无法通过人工巡查的方式，对生产现场人员、机械、物料做到及时有效地监管。

采用可视化安防监控系统（图8），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，对现场进行全方面实时监控。

（三）塔吊防碰撞系统
航站楼结构施工期间共设27台塔，群塔集中作业，相互碰撞关系复杂，最少有3台发生碰撞关系，最多可达到7台同时进行交叉作业。

采用常规的人工监控方法存在巨大的安全风险，同时施工效率低下，为提高施工效率同时又能有效地保证塔吊的安全运行，采用先进的信息化塔吊防碰撞系统（图9），保证了工程施工期间未发生塔吊安全事故。

（四）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、扬尘实施监控，如图10所示。

项目安装了6套扬尘噪声监控系统，24小时监控施工场界扬尘及噪声污染，到达临界值及时报警，项目部相关责任人针对重点部位重点治理。

（五）BIM5D平台
积极应用BIM5D平台，紧密与商务工作相结合，组织科研力量攻关，打通了BIM信息模型和广联达算量模型同步信息技术，努力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，如图11所示。

根据不同阶段各专业的施工范围、管理内容及管理细度等需求，为项目解决工程监管和每个月的工程款支付等工作提供及时的信息数据支持，基于BIM技术实现模拟和实际对比每天项目进度和资源动态链接管理。

项目部、商务部门根据工程实际需要，明确各专业需要由BIM 模型导出的工程量清单项目表。

（六）安全管控平台
以施工安全管控为核心，以安全图5 钢结构分块图
图6 智慧工地信息化管理平台图7 劳务实名制管理系统
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技术为支撑，融合互联网及移动互联等现代信息技术，项目研发安全管控平台（图12），实现安全管理的系统化、信息化、标准化。

系统包含日常管理、隐患排查、自查自纠、任务派发、制度管理、动火审批、黑名单管理、权限管理、统计分析、绩效管理等功能。

七、绿色科技贯穿工程施工
项目在施工全过程中积极应用推广绿色施工“四新”技术，通过建立科技创新管理体系，研发多项绿色科技新技术，在施工过程中取得了良好的实施效果。

（一）空气源热泵系统
施工现场工人生活区、办公区采用了空气源热泵系统进行供冷供暖。

该系统布置灵活、功效高、能耗低，空气源热泵能效比为1∶3.3，空气源热泵设备每年可节约用电900万 kW·h ，相当于节约标煤1100余吨，如图13所示。

（二）污水处理系统
项目周边的市政设施不完善，项目生活区高峰达到8000人，现场建立了污水处理站，处理生活污水，达到中水标准后用于厕所冲洗、洒水降尘、绿地灌溉，如图14所示。

可实现500m 3/d 的污水处理量，年处理污水能力约18万立方米。

（三）太阳能照明、热水系统施工现场道路、办公区、生活区场区均采用太阳能灯具照明；生活区B 区采用太阳能生活热水体统，提供工人洗浴热水。

（四）混凝土垃圾再生利用航站楼核心区基础桩、护坡桩约1万根，采用再生利用方式，桩头剔凿后，经现场初步破碎后运至混凝土站进行机械破碎，筛分后的骨料用于制作再生混凝土，用于结构周边肥槽回填，共综合利用桩头建筑垃圾1.5万方。

（五）钢筋自动化加工设备应用
图8
可视化安防监控系统
图9
塔吊防碰撞系统图10 施工环境智能监测系统
现场集中设置了钢筋加工场，引进了多套钢筋自动化加工设备。

弯箍机可每小时加工箍筋1800个，一个工人每台班可加工箍筋7吨左右；大直径钢筋直螺纹连接接头钢筋加工切断，数控钢筋剪切生产线可批量加工，25mm 直径的钢筋一次可锯切16根，比传统砂轮锯切割提高了工作效率10倍以上。

八、各阶段BIM 技术创新应用
（一）施工准备阶段
施工前期采用BIM 技术在施工
前对现场平面布置进行模拟，保证现场规划井井有条，如图15所示。

BIM 技术辅助将施工临时设施、安全设施等实现标准化、模块化、工厂预制化加工，实现功能快速达标，现场利用机械和人工，能够快速拼装、拆移、工厂回收，节省30%的成本。

（二）层间隔震系统施工本工程为目前世界上最大的单体隔震建筑，共计使用隔震橡胶支座1044套；弹性滑板支座108套；黏滞阻尼器144套。

隔震支座的施工精度要求高、难度大，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，确保了隔震支座安
装质量，增强技术交底的三维可视性和程序准确性，提高现场参施人员对施工节点的形象理解，缩短技术人员的工序交底的时间，如图16所示。

（三）钢结构工程技术创新与应用航站楼核心屋盖结构为不规则自由曲面空间钢网格，建筑投影面积达18万m 2，如图17所示。

由于曲面位形控制精度要求高、下方混凝土结构错层复杂，施工难度极大。

通过BIM 模型、工业级光学三维扫描仪、摄影测量系统等集成智能虚拟安装系统，确保了出厂前构件精度满足施工要求。

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
图11 BIM5D
平台
图13 空气源热泵系统
图12 安全管控平台
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模型里实时显示查询。

在施工过程中，采用三维激光扫描技术与测量机器人相结合，进行数字化测量控制，建立高精度三维工程控制网，严格控制网架拼装、提升、卸载等各阶段位形，确保了最终位形与BIM 模型的吻合。

（四）屋面工程技术创新与应用在屋面工程部分，4个月内完成了18万m 2、由12个构造层组成、安装工序多达18道的自由曲面屋面的施工。

采用三维激光扫描技术和BIM 技术相结合的方式，通过三维激光扫描仪对12300个球节点逐一定位三维
坐标，形成全屋面网架的三维点云图，仅10天就精确确定了主次檩拖的安装位置，而如果采用传统的测量方式，至少需要一个月。

（五）机电安装工程技术创新与应用
项目初期，创建各类系统族文件，利用BIM 模型直接出图。

利用BIM 软件的可视化、联动性等优点，各专业间的设计协同，深度管线优化、碰撞等问题迎刃而解，其中B1层机电整体模型如图18所示。

BIM 技术还与工厂预制化技术结合，助力复杂机房的装配式安装。

从施工前形成实体模型，到深化设计形成BIM 模型，再到依照BIM 模型进
行标准件划分、工厂预制化以及物流信息管理，最终进行现场快速装配。

（六）装饰装修工程技术创新与应用
核心区屋面吊顶的连续流畅的不规则双曲面，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，现场结构实体模型，融合设计面层模型。

通过碰撞分析与方案优化，对双曲面板和GRG 板进行分块划分，建立龙骨、面板以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
针对本工程装饰装修工程体量
大，装饰材料种类繁多等特点，定制
图14
污水处理系统
图15
现场平面布置模拟
图16 隔震支座工序分解模拟
研发了基于二维码的EBIM物料管理平台，可以将轻量化的REVIT模型导入平台中。

针对每一页材料，制作包含材料基本信息、位置信息等的唯一二维码标识，通过手机端APP进行扫描，即可定位材料位置，显示材料信息，以及进行材料状态实施跟踪，掌握材料的出厂、运输、入库、领料、安装和验收情况，如图19所示。

2. 3D打印技术
通过3D打印，实现BIM模型的实体化，可以通过3D实体模型对复杂结构的装饰装修节点进行实体分析。

利用3D打印技术打印的C型柱模型和划分好的不规则双曲面吊顶板，在模型上进行预拼装，可在安装前及时发现问题，如图20所示。

3.VR技术
将BIM技术和VR体验深度融合，建立BIM+VR互动式操作平台，可以通过互动方式实现在VR环境下的方案快速模拟、施工流程模拟，并可直接可生成720度全景文件，无须安装任何专业软件即可随意查看全景视图。

VR能够让复杂信息的抽离与凝练更加容易，互动交流更加通畅，最终起到实时辅助决策的效果，如图21所示。

（七）运维阶段管理创新
本项目在运维阶段将采用基于BIM技术的运维平台进行日常的运维管理，实现运维阶段的BIM应用，研发基于BIM模型的IBMS智能楼宇管理平台，如图22所示。

通过集成各子系统信息，集中监控，统一管理，构筑四大管控平台：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，存储历史纪录，对北京大兴国际机场航站楼进行管理。

九、科技创新成效
在集团公司的领导下，项目科技图17 屋盖钢结构模型
图18 B1
层机电整体模型图19 EBIM物料管理平台
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工作计划顺利实施，科技工作目标逐步实现，并取得了一定的科技成果。

项目目前共申报国家级、省部级、公司级课题6项；5项成果项达到国际领先水平；申报国家级、省部级示范工程5项；累计申报并获得受理的国家专利60项，获得专利授权35项、软件著作权8项；获得北京市工法11项；在核心期刊发表论文43篇；荣获国家绿色建筑“三星级”和节能建筑“3A级”双认证、中国钢结构金奖杰出工程大奖、北京市建筑结构长城杯金质奖、中国建设行业信息化最佳应用实践项目、2017年全国第六届“龙图杯”BIM大赛一等奖、第三届中国建设工程BIM大赛一等奖、2018年度北京市工程建设BIM应用成果一等奖。

十、科技工作展望
北京城建集团作为建筑行业的老牌国有企业，在国家加强创新体系建设，强化战略科技力量的时代背景下，必将紧跟时代步伐，大力发展科学技术，积极进行科技创新。

以优化科技资源配置和激发技术团队创新活力为核心，加大与科研院所紧密结合，将新技术与施工生产有机结合，促进创新和科技成果转化，提升企业科技竞争力，引领建筑行业科技创新。

积极创新产学研合作形式和方式，联合高校、科研机构，构建成果和资源共享、风险共担的产业技术创新战略联盟，签订长期战略计划。

通过产学研合作项目的实施，加快项目、技术、资本、人才等各类创新因素向企业集聚，形成了产学研之间有效互动、互利合作的长效机制。

瞄准建筑行业发展和技术前沿，进一步加大研发投入，力争取得一批拥有自主知识产权、达到国内外领先的科技成果，各项技术逐步实现从技术跟
图20 3D打印C型柱模型
图21 海关大厅VR
效果图
图22 IBMS智能楼宇管理平台。