【作者简介】张晋勋，教授级高级工程师，《施工技术》杂志编委

2019年9月，北京大兴国际机场正式投入运营，北京拥有了两座大型国际枢纽机场。北京城建集团先后承揽施工了首都国际机场T3航站楼A标段和北京大兴国际机场航站楼核心区工程。首都国际机场T3航站楼于2008年3月投入运营，两个项目相隔11年，现从两个航站楼建造的角度谈施工技术的发展变化。

随着经济的发展，民航机场建设近10年高速发展，2008年全国民用机场158座，2019年全国民用机场达到238座，总吞吐量由4.06亿人次增长到13.5亿人次。首都国际机场T3航站楼设计之初，年吞吐量为4 500万人次，是当时国内最大的，加上当时已有的T1，T2航站楼，首都国际机场的总吞吐量达到7 800万人次。然而，T3航站楼仅启用3年，年吞吐量就突破了8 000万人次，并在2018年突破了1亿人次，民航发展的速度远超很多人预期。大兴国际机场在规划之初就按照1亿人次以上的客流量考虑，分南北两个航站区，北航站区先建设1个主航站楼，仅主航站楼年旅客吞吐量就可达到7 200万人次。首都国际机场T3航站楼和大兴国际机场航站楼如图1所示。

在工程规模上，尽管首都国际机场T3航站楼建筑面积达到96.8万m²，因是扩建工程，受到周边条件限制，航站楼呈南北狭长布局，且又被两条滑行道切分为前后3段，航站楼南北呈三角形、中间为一字形，航站楼分成了3座，每座的建筑面积和尺寸并不十分夸张。北京大兴国际机场航站楼为了提高旅客体验，采用了放射性的五指廊构型，5条指廊包络在1个直径1 200m的圆内，旅客值机后自中心到任何一个指廊近机位的步行距离不超过600m，时间不超过8min，很好地诠释了集中式航站楼的概念，同时航站区面积也达到了143万m²，即使扣除综合服务楼、停车楼、轨道区，仅航站楼单体面积就超过了78万m²，集中式布局形成了平面尺寸达565m×437m的超长、超宽、超大面积中心区，混凝土主体结构无任何变形缝，给施工带来了极大挑战。

首都国际机场T3航站楼自2004年开工至2008年竣工，总工期45个月；大兴国际机场航站楼工程自2015年开工至2019年竣工，总工期为42个月。工程规模增加、施工难度增加，工程总工期反而缩短，一方面取决于项目管理团队高效的施工组织，另一方面工程施工技术创新应用功不可没，尤其是数字化技术。

1.1测量技术

测量工作是工程施工最基本也是最重要的一项，航站楼工程占地规模大，工程定位、施工测量的工作量大、精度要求高。在首都国际机场T3航站楼施工时测量工作以光学经纬仪、水准仪为主，全站仪刚刚起步，航站楼工程也仅是总承包配置了全站仪用于验线，施工测设仍是传统的经纬仪等。大兴国际机场航站楼施工期间，测量仪器设备的数字化程度显著提高，可以说是跨越性提升。工程定位控制网应用GNSS（全球卫星导航系统）静态定位，实现长距离、高精度、全天候作业，通视限制少，数据自动采集。航站楼工程全部采用混凝土灌注桩基础，在核心区的1万多根基础桩施工过程中，应用CORS（连续运行参考站）系统移动站测量方法，仅1个测量组就完成了以往需要5,6个测量组的工作量，在实现高精度、高效率的同时显著降低了劳动强度。结构施工期间，全站仪测量机器人被广泛应用，可实现施工放样的自动化、自动测量、记录并计算整理数据和遥控测量等。大兴国际机场的钢结构屋盖为自由曲面设计，核心区工程的屋面钢结构达到了18万m²，在钢结构分区施工、合拢及卸载后都需要对钢结构进行变形观测以对成型的节点及杆件进行定位，保证工程安装精度并为后续屋面、吊顶施工提供依据。在钢结构施工期间，应用三维扫描技术进行了节点和构件的定位测量，其工作方法为在现场建立多个基站，对钢结构进行多角度的三维扫描仪作业，得到数据经软件处理后拟合成点云模型（见图2），与设计模型比对，可直接得到安装的偏差和变形结果。

钢结构测量同时应用多种测量方法进行相互印证，如数字摄影测量法、拟合球心法等。数字摄影法是在典型位置的构件上粘贴专用标靶和基线尺，使用无人机或人工拍摄数码标靶，得到数据后经处理可得到节点球球心三维坐标，进行变形分析。拟合球心法是在杆结构节点球上设置观测点，监测同一球节点上的4个不同点，即可计算得到球心坐标，从而分析偏差。

混凝土结构施工过程中应用测量机器人（高端全站仪），现场自动测量、记录并计算整理数据，测量数据拟量传输，可遥控测量。T3航站楼和大兴国际机场航站楼屋盖均为钢结构，施工过程中需要得到大跨度网架钢结构的球节点定位及变形数据。大兴国际机场屋面钢结构施工测量采用了三维扫描设备，对安装的构件进行三维扫描，数据经后台处理后可生成施工实体的点云模型，通过与设计模型比对，直观得到各球节点变形数据，为后续施工提供数据支持。在钢结构测量上另采用了数字摄影测量法和全站仪观测拟合球心方法进行了相互印证。数字摄影测量法通过无人机低空航拍结合人工拍摄构件上的标靶经后台处理得到数据，可与设计模型数据比对，分析位置偏差。

1.2深化设计

大兴国际机场航站楼工程设计方案集合了多家方案的优点，形成了特色鲜明的五指廊构型并具有典型的“扎哈曲线”特征，屋面为自由曲面，室内的值机岛、檐口、墙面等均为曲面设计，造型优美（见图3），同时也带来了建造的挑战。

首都国际机场T3航站楼施工过程中的设计及深化是以CAD为主的，使用的都是二维平面图纸，T3航站楼屋面也是双曲设计，但在实现的方法上还是投影二维手段；而在大兴国际机场航站楼核心区工程施工建造过程中，BIM（building information modeling）技术得到了充分应用，工程实现了全专业的三维建模，如图4所示。

施工技术中CAD取代手工制图是一次跨越性的发展，BIM技术的应用带来了建筑业的又一次跨越性发展。BIM技术于2002年被率先提出，逐步发展并已被广泛认可。BIM技术和CAD的区别在于它不是一款软件，而是一种附带信息的模型，多种三维模型软件都可提供相应支撑，BIM技术具有可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图性的显著特点。通过模型，现场人员不需要再通过二维图纸去想象实体形状，而是直观得到实体形状，所见即所得。对于航站楼这样复杂的共建工程，有多达100多个专业系统，各系统的管线排布是一个非常复杂、繁琐的工程，在CAD平面制图技术应用阶段，尽管设计师在空间上进行了细致排布，但不可避免要进行局部的拆改以实现综合排布。应用BIM技术，可在施工前的深化阶段进行三维排布，自行进行管线的碰撞检查、优化，各专业协调一致。同时，BIM技术还可以对施工过程或者应用场景进行模拟，用于指导施工并进行优化。在赋予三维模型时间信息后可进行4D模拟施工，另增加造价信息后可进行5D模拟实现成本控制。BIM技术的应用具有广阔前景。

工程施工发展水平的一个直观表现就是施工过程中机械化、自动化的程度，在首都国际机场T3航站楼和大兴国际机场航站楼施工过程中可直观体会到工程施工建造水平的进步。

2.1钢筋加工

在混凝土结构施工过程中，钢筋加工是一项劳动强度非常大的工作，在首都国际机场T3航站楼施工期间采用手工翻样，使用切断机、弯曲机等小型机械配合人工加工。大兴国际机场航站楼施工期间，软件翻样已得到普及，现场加工配备了自动化设备，如自动弯箍机、直螺纹接头加工生产线等，降低劳动强度的同时提高了效率。

2.2物料运输

北京大兴国际机场航站楼呈五指廊放射形构型，各指廊呈60°夹角，为了飞机的近机位停靠，指廊间的弧线较大，形成了中心区无任何变形缝的超长、超宽混凝土结构。在混凝土结构施工阶段，塔式起重机是物料垂直与水平运输最经济高效的设备，对于超长、超宽的混凝土结构，塔式起重机的布置可以做到全面覆盖，但中间区域的塔式起重机没有喂料口，依靠传递接力倒运，效率非常低。施工过程中创新设计了施工栈桥，在航站楼核心区南北设置了2座栈桥，现场配备了16台自行研发的载重可达25t的遥控轨道车，使中心区的物料运输工效可提高4倍。

2.3模架支撑体系

建筑业之所以被列为高危行业，主要是由于施工过程中风险点多、风险大，尤其是在模架及高空施工作业方面。首都国际机场T3航站楼的混凝土结构施工以碗扣架为主，并配合钢管扣件脚手架，碗扣架在搭设到一定高度后，因为连接节点限制，架体不可避免产生变形，钢管扣件脚手架作为传统架体，操作灵活，但工效相对较低且需要专业工人进行搭设。北京大兴国际机场航站楼结构施工期间应用了新型盘扣架，立柱为Q345镀锌杆件，水平杆与立柱为自锁节点设计，连接快速、牢固，具有配套斜撑杆，可快速搭设出稳定的格构支撑体系，提高了架体的安全可靠性和施工效率。

2.4钢结构施工

首都国际机场T3航站楼和北京大兴国际机场航站楼的屋面均为钢结构，在方案上T3航站楼屋面钢结构为双曲面，北京大兴国际机场航站楼屋面钢结构为自由曲面。T3航站楼屋面钢结构施工整体方案采用了整体拼装、整体卸载的方式，安装方法上采用了高空散拼，钢支撑用量大；北京大兴国际机场航站楼的屋面钢结构结合工程特点采用了“分区安装、分区卸载、变形协调、总体合拢”的整体部署，各安装分区进行分片地面拼装、整体数控提升方法，分区安装完毕后即进行卸载，支撑胎架可周转使用，最后进行天窗部位的合拢施工。在钢结构施工方案上，大兴国际机场航站楼屋面钢结构施工的机械化、装配化程度更高，高空作业少，分区卸载、总体合拢的整体部署实现了合拢部位的零应力合拢。北京大兴国际机场航站楼核心区的18万m2钢结构中心区域仅设有8根C形柱，C形柱间的最大跨度超过了180m，巨型格构C形柱实现了免支撑安装，钢结构工程施工成果达到了国际领先水平。在大兴国际机场航站楼屋盖钢结构的地面拼装焊接过程中，焊接机器人也得到了应用，显著提高了焊接效率，焊接质量稳定，劳动强度低。

2.5吊顶施工

钢结构屋盖下的吊顶施工是航站楼装饰施工阶段的重点。首都国际机场T3航站楼钢结构屋盖下的吊顶安装采用高空散装，搭设了满堂脚手架，脚手架搭设是一项庞大的工程。大兴国际机场航站楼钢结构屋盖下铝板吊顶施工采用模块化安装，将装饰面板和安装龙骨组装成拼装单元，在屋面钢结构与面板间的转换框上设置施工作业通道，形成操作面，实现模块化施工；在航站楼中心区及采光天窗区域，由于采光需要，顶棚的装饰板呈倒三角布置，内部空间不适合设置作业平台，安装过程中采用支臂高空作业车作业，高空作业车的臂长可达40多米，可实现快速安装作业，如图5所示。

2.6施工作业平台作为大型公共建筑，航站楼工程的楼层较高，装饰、机电安装需要作业平台。在首都国际机场T3航站楼施工期间以钢管架及门式架搭设的架体为主，而北京大兴国际机场航站楼施工则基本实现了直臂车和升降平台车作业，如图6所示。

3.1智慧工地集成平台

在T3航站楼施工期间，工程现场对智慧建造尚无相应的具体技术应用，现场的各项管理工作均设置专门的管理人员，现场需要的各项数据人工录入到计算机，形成相应记录，为工程项目管理提供决策依据。大兴国际机场施工期间，智慧建造水平发展迅速，工程建立了智慧平台，在人员管理、现场安全隐患排查、机械管理、物资管理、造价管理等方面取得良好效果，如图7所示。

3.2劳务实名制管理

在首都国际机场T3航站楼施工阶段，对于现场工人的管理方式是在进场前进行登记，管理相对粗放。在大兴国际机场航站楼工程施工阶段，建立了劳务实名制管理系统，通过在办公区、生活区、施工区设置闸机系统，工人进场安全培训教育考核合格、保险生效后一次录入，可实现行动轨迹、作业时间的统计以及工人性别、年龄、籍贯、工种的大数据分析，很大程度上避免了劳务纠纷的产生。

3.3安全管理

安全管理是现场管理的一个重点和难点。北京大兴国际机场航站楼施工阶段采取了多种方式加强安全管理力度。首先是可视化安防系统，通过在办公区、生活区、施工区布置摄像头实现公共区域全覆盖，同时通过手机可实现移动端的实时查询，动态掌握现场实际情况。塔式起重机是施工物料运输的主要设备，航站楼核心区工程1个标段就布置有27台塔式起重机，中心区域塔式起重机会与周边相邻的6台塔式起重机存在大臂交叉，通过在塔式起重机上安装传感器可实现塔式起重机状态的自动监控，对运行状态进行监测，可实现吊重、变幅、高度等预警，并在达到设定临界状态自动停机，预控作业风险。同时，通过建立安全管理平台，记录、统计现场风险，分析风险发展趋势，有针对性地采取预控措施。塔式起重机传感器及系统界面如图8所示。

3.4施工环境监控

北京大兴国际机场施工现场建立环境监测系统，动态记录现场噪声、粉尘等信息，实现现场环境的自动监控，可根据需要调用数据，如图9所示。

3.5BIM5D管理平台

北京大兴国际机场航站楼工程施工过程中建立了基于BIM模型的BIM5D管理平台，为项目的进度、成本、物料控制及时提供准确信息，帮助项目管理人员基于数据进行有效决策，如图10所示。

将模型直接导入BIM5D平台，软件会根据所选的条件，自动生成土建专业和机电专业的物资计划需求表，提交物资采购部门进行采购，如图11所示。

通过将模型构建与进度计划相关联，实现对施工进度的精细化管理，可将工程实际进度与计划进度进行模拟比对，并进行资金、资源曲线分析。

基于BIM模型的管理平台可根据工程实际进度同步进行模型数字化同步虚拟施工，在现场人员巡查过程中可对模型中的构件或部位赋予相应的检查记录信息，形成安全与质量巡检记录，并提示相关部门进行工作跟进。

建筑业在我国的国民经济中占有重要位置，根据国家统计局的数据，2008年全国国内生产总值300 670亿元，其中建筑业实现增加值17 071亿元，占国内生产总值的5.68%。2019年全国国内生产总值986 515亿元，其中建筑业实现增加值70 904亿元，占全国国内生产总值的7.16%。同时，建筑业也是自然资源和能源消耗较高的产业，在首都国际机场T3航站楼建设的“十一五”期间，“十一五”规划纲要中提出了贯彻落实建筑“四节”方针，大幅度降低能源资源消耗，组织实施“建筑节能工程”。在T3航站楼施工期间，正处于绿色施工的承上启下阶段，而大兴国际机场航站楼施工处于绿色施工的全面展开阶段，在绿色工程设计、施工上都有显著提高。在北京大兴国际机场航站楼设计方案上，绿色建筑比例达到了100%，绿色设计涵盖了全专业，达到了绿建三星标准。大兴国际机场航站楼绿色措施如图12所示。

4.1采光天窗设计

大兴国际机场航站楼一个最直观的绿色节能措施就是采光天窗设计。航站楼采用五指廊设计，背侧的综合服务楼形同第六指廊，各指廊总线的夹角为60°等分，指廊的边缘布置有近机位，指廊间的弧度较大，以便于飞机停靠，从而形成了最窄30m，轮廓达到565m×437m的超长、超宽、超大面积的核心区。和其他航站楼全天候采用人工照明的方案相比较，大兴国际机场航站楼采用了采光天窗设计，自中心区沿各指廊屋面的中心线设置采光天窗，同时在8根屋面支撑C形柱的顶部也设置了曲面采光顶，采光天窗的设计使航站楼在正常的天气条件下实现白天的自然采光，同时也给乘客带来一种自然的舒适环境体验，如图13，14所示。

大兴国际机场航站楼屋面天窗的比例也进行了优化设计，创新性采用了狭长六边形铝网玻璃，在保证光线投射满足采光的条件下可反射阳光照射，控制温度，避免温室效应造成楼内运维高耗能。

室内的泛光照明设计也是大兴国际机场航站楼另一个绿色措施的亮点。在航站楼内部泛光照明设计上，屋顶仅沿采光天窗边缘布置少量筒灯，屋顶装饰板为白色铝板，板面经过处理后泛光率达到了95%，公共空间的照明主要依靠在商业顶部设置投射灯具经屋面铝板反射后达到照度要求，设计方案新颖，节能、高效。

4.2绿色施工

绿色建造理念贯穿了大兴国际机场航站楼工程整个建造过程。北京大兴国际机场的交通设计采用了零距离换乘的方案，轨道层设置在地下2层，结构施工期间开挖的土方全部场内消化，实现机场范围内土方平衡。地下2层的轨道层宽度达到270m，其规模相当于北京火车站，设有5条轨道线16个站台，西侧的高铁设计时速不低于300km/h，高速通行列车的轨道对差异沉降要求非常高。同时大兴国际机场在工程选址上位于永定河北侧，属于永定河冲洪积的扇缘地带，土层层状分布情况复杂，且存在软弱泥炭质土层，因此航站楼工程采用了混凝土灌注桩基础。在基础桩施工阶段，采用了多项绿色新技术，包括快速桩头剔凿、检测桩桩头加固一体化施工、桩头混凝土再生利用等，不仅提高了工作效率、降低了劳动强度，同时也取得了较好的经济效益，尤其是桩头混凝土的再生利用，使整个基坑工程施工期间基本实现了建筑垃圾的零排放。

4.3集成箱式房应用

大型机场建设的选址都需要远离城市繁华区，机场建设期间的基础设施不完善，且建设周期相对较长，建设期间需要解决数以万计建设者的办公、住宿问题。在首都国际机场T3航站楼施工期间，现场人员的办公、住宿使用彩钢板房，虽然也是装配式施工，但由于材料等问题，拆除后损耗大，周转使用效率不高，也没有相应配套的集成产品。大兴国际机场航站楼施工阶段，大规模应用集成箱式房，办公区基本实现100%应用箱式房，现场只需要做好基础、提供电源、水源和排水设施，打包箱具有办公、通道、楼梯间、厕浴等各种功能的模块，可直接现场吊装组拼，快速形成各种功能区，并能够100%周转使用，从侧面也体现了建筑配套产业的工业化发展。

4.4生活区污水处理

机场建设需要的工人数量庞大，仅航站楼核心区一个标段高峰期间就接近万人，生活区污水排放是一个非常实际的问题。在首都国际机场T3航站楼施工阶段，生活区设置了化粪池，委托专业公司使用车辆定期抽排。随着绿色施工的开展和绿色创新技术应用的推广，在大兴国际机场航站楼施工阶段，现场的生活区建立了污水处理中心，将生活污水处理达到中水标准后，用于扬尘洒水、绿化灌溉、厕所冲洗等。现场的污水处理站日处理能力达到500m3，解决了污水排放的问题，同时节约了大量水资源，如图15所示。

4.5节约能耗

在节约能耗方面，大兴国际机场建造期间施工现场、生活区、办公区的常规照明全部采用太阳能路灯，节能灯具的使用率达到100%。办公区、生活区的冬季供暖、夏季供冷采用空气源热泵系统，其制热工效可达传统方式的3倍，节能高效。现场的淋浴热水采用太阳能+空气源热泵相结合的方式，低碳环保。

建筑行业是一个成熟的传统行业，但在相隔约10年的2个航站楼施工过程中，我们仍看到了施工机械设备、工程材料、数字化、信息化、绿色施工等方面的进步。我国建筑行业的快速发展得益于国家的城镇化发展部署，2008年全国城镇化率为47%，到2019年突破60%，距离2030年城镇化率达到70%的要求仍有相当大的差距。城镇化的发展，必然需要基础设施建设的支撑，乘坐飞机是中远距离出行的首选，航站楼作为航空枢纽工程，在城镇化的发展过程中也仍有相当大的市场份额。随着信息技术的飞速发展，航站楼建设也必将迎来新的技术创新和应用，降低施工资源消耗和劳动强度，提高工作效率，以满足绿色可持续发展的要求。航站楼工程的总体规模在建筑业内的占比不是很高，但作为大型公共建筑往往会引领科技创新应用，树立阶段性标杆。

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今日责编：李雅丽