北京豐臺站“智慧建造”的秘密

夕陽下的豐臺站。圖片|科技日報

歷時三年半建設(shè)，北京豐臺站在西南三環(huán)外拔地而起，看著這座全新的車站即將開通，6000多名中鐵建工建設(shè)者心潮澎湃。

時間回到2018年，百年老站啟動改建暨新站建設(shè)。建筑面積近40萬平方米，相當于兩個半故宮的規(guī)模，施工難題眾多;采取獨特的高速、普速雙層車場重疊布置，建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜……這些給中鐵建工施工團隊帶來前所未有的挑戰(zhàn)。

“若要駕馭這個‘超級工程’，必須通過科技創(chuàng)新，應(yīng)用最先進的技術(shù)和設(shè)備，實現(xiàn)從‘制造’到‘智造’的跨越?！敝需F建工集團北京豐臺站改建工程總工程師許慧說，借助BIM、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等前沿信息技術(shù)和智能設(shè)備，讓豐臺站工程建造變得更“聰明”、更安全、更高效。

BIM（建筑信息模型）是一種利用信息技術(shù)和數(shù)字模型設(shè)計、施工、管理的方法，作為智慧建造重要手段之一為項目全過程精細化管理提供強大的數(shù)據(jù)支持和技術(shù)支撐。

豐臺站鋼結(jié)構(gòu)總用鋼量近20萬噸，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件數(shù)量達1萬根以上，鋼筋用量14萬噸，混凝土澆筑量達81萬立方米。要想實現(xiàn)質(zhì)量的實時可追溯管理，難度可想而知。中鐵建工信息化團隊自主研發(fā)了基于BIM+GIS（地理信息系統(tǒng)）的鋼結(jié)構(gòu)全生命周期管理平臺。

中鐵建工北京豐臺站BIM及信息化中心負責人董無窮介紹，該平臺以三維模型為載體，包括項目總覽、智慧工地、進度管理、安全管理、質(zhì)量管理等模塊，覆蓋鋼結(jié)構(gòu)從設(shè)計、深化設(shè)計、工廠加工、物流運輸、現(xiàn)場安裝到結(jié)構(gòu)交驗共6個階段和16個環(huán)節(jié)的施工管理，實現(xiàn)了豐臺站主體鋼結(jié)構(gòu)全生命周期質(zhì)量可追溯。

“我們?yōu)榇蠹s1萬多根主要構(gòu)件、7萬多條焊縫進行了唯一編號，讓它們都擁有了‘身份證’。管理人員通過使用手機管理平臺APP軟件，掃描構(gòu)件上張貼的二維碼達到對每一根構(gòu)件了如指掌，包括尺寸、材質(zhì)、規(guī)格、重量等一系列‘身份’信息，管理人員可精確安排施工?！倍瓱o窮說。

在鋼構(gòu)件焊接和探傷環(huán)節(jié)，一線作業(yè)人員通過掃碼、拍照、上傳三步，就可將施工人員、作業(yè)時間、現(xiàn)場照片等質(zhì)量信息與構(gòu)件自動關(guān)聯(lián)，真正讓鋼結(jié)構(gòu)精細化管理下沉到每一名焊工、每一條焊縫，也為工程積累了寶貴的施工大數(shù)據(jù)。

此外，應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)全生命周期管理平臺對工廠階段的套料管理，還降低了鋼材耗損，按豐臺站近20萬噸鋼結(jié)構(gòu)用量測算，可直接減少約3600噸二氧化碳排放。

豐臺站工程具有構(gòu)件種類多、單體構(gòu)件大、鋼筋混凝土節(jié)點復(fù)雜等特點，董無窮說，工人以前沒干過如此復(fù)雜的工程，如果用傳統(tǒng)的CAD二維圖表達，他們需要花很長時間理解鋼筋布置形狀及關(guān)系。一旦鋼筋綁錯，或施工順序有誤，既降低施工效率，耽誤工期，也會對工程質(zhì)量產(chǎn)生影響。

“針對站房混凝土結(jié)構(gòu)的40多個復(fù)雜節(jié)點，我們利用BIM技術(shù)建立了細化到鋼筋的模型，再把工藝和施工順序做成3D動畫形式，用可視化、直觀化表達方式對作業(yè)人員技術(shù)交底，相比于二維的圖文形式，更容易讓工人理解，避免了窩工、返工情況。”董無窮說。

施工高峰期，在豐臺站現(xiàn)場共有22臺塔吊交叉林立，在部分區(qū)域同時還有3臺移動履帶吊穿梭吊裝，爭分奪秒搶抓進度。如此密集的履帶吊、塔吊緊湊作業(yè)，一旦吊臂“打架”，便會釀成安全事故。

“如何不發(fā)生碰撞，確保不同塔吊之間、塔吊與履帶吊這些移動的大家伙作業(yè)安全？這要歸功于我們研發(fā)的群塔防碰撞與吊鉤可視化系統(tǒng)?！倍瓱o窮說，該系統(tǒng)依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及衛(wèi)星定位系統(tǒng)，能實時采集每臺塔吊和履帶吊的運行狀態(tài)。

在塔吊駕駛室屏幕上，實時顯示機械運行狀態(tài)的各項數(shù)據(jù)，有吊裝作業(yè)時，視頻畫面會將吊鉤周圍情況清晰向司機呈現(xiàn)，解決了吊鉤在不同施工區(qū)域穿插運行帶來視線盲區(qū)等難題，而這一切的畫面和聲音均被時刻記錄著，并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至后臺，這是塔吊的黑匣子。一旦塔吊運行觸發(fā)碰撞預(yù)警和報警的規(guī)則，系統(tǒng)會立即采取警告提示甚至降速、停機的操作。相較于以前用對講機遠距離指揮，信號不清晰的狀況，智能系統(tǒng)對司機的安全保障更強，也提高了工程吊裝效率。

項目部建設(shè)的三維智慧工地平臺還集成了其他功能模塊，如高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)、深基坑自動監(jiān)測系統(tǒng)、大體積混凝土監(jiān)測系統(tǒng)、環(huán)境在線監(jiān)測系統(tǒng)和人員管理系統(tǒng)等，管理人員可基于BIM三維界面查看和管理，提高了施工現(xiàn)場管控及響應(yīng)能力。

北京豐臺站。圖片| 科技日報

北京豐臺站還引入了眾多智能設(shè)備，如無人機、智能自動鋼筋剪切機器人、三維掃描儀、VR 設(shè)備等，讓建筑工地從傳統(tǒng)的人工作業(yè)變成人與機器人協(xié)同施工，相比于單純的人工操作，大幅提高了施工精度。據(jù)測算，施工效率提升2 倍以上。

北京豐臺站還引入了眾多智能設(shè)備，如無人機、智能自動鋼筋剪切機器人、三維掃描儀、VR設(shè)備等，讓建筑工地從傳統(tǒng)的人工作業(yè)變成人與機器人協(xié)同施工，相比于單純的人工操作，大幅提高了施工精度。據(jù)測算，施工效率提升2倍以上。

在豐臺站，無人機的作用并不是拍視頻，而是主要用于模型建立，“這些工作以前需要派人員去勘測點位，現(xiàn)場拍照，手動建立模型，工作量巨大。現(xiàn)在利用無人機，僅用一周時間就完成了站房周邊6平方公里范圍的現(xiàn)狀建筑、地形采集和數(shù)據(jù)處理。”董無窮說，而三維掃描儀對每一幢建筑物、構(gòu)筑物的最小采集尺寸精確到毫米，彌補了無人機局部建模精度不高的短板，共同為工程留下寶貴的三維資料。

跟傳統(tǒng)全站儀不同，放線機器人能實現(xiàn)“指哪兒打哪兒”，放線員在BIM模型中點擊要測量或放線的點位，機器人會自動進行照準。以前兩個人完成的放線任務(wù)，現(xiàn)在只需要一個人就能完成，而且精度更有保障。

豐臺站工程基坑深度最深達14米到18米，距既有地鐵10號線和鐵路線很近。傳統(tǒng)基坑監(jiān)測主要靠人用全站儀，每天采集大量點位，效率低、數(shù)據(jù)響應(yīng)不及時。豐臺站采用了基坑智能化監(jiān)測系統(tǒng)，全天24小時自動監(jiān)測包括基坑沉降、水平位移等數(shù)據(jù)，“一旦累計變化值或?qū)崟r速率值超出預(yù)警值，我們可第一時間收到報警信息，采取相應(yīng)的控制手段，確?；影踩?。”董無窮說。

漫步在車站內(nèi)，最大的感受就是通透敞亮。

站在23米層的高鐵站臺上，西望西山;透過玻璃幕墻，東瞰麗澤商務(wù)區(qū)，還能遠眺中國尊。進站大廳和候車大廳，柔和的陽光透過間隔分布的采光天窗帶傾瀉而下，495米長的中央光庭使空間感大幅提升。

俯瞰進站大廳。圖片| 科技日報

車站內(nèi)充分運用自然光源，站臺頂部的透光帶“點亮”了整個站臺。不僅是車站頂層，在候車大廳，自然光源也透過頂層站臺許多“燈”傾瀉而下。

原來，這是設(shè)計中的又一個創(chuàng)新，采用了一項神奇的導(dǎo)光管技術(shù)，即雙模式無電照明系統(tǒng)平板型采光器，俗稱“導(dǎo)光管”，在樓下看，猶如一盞盞燈光。

“設(shè)計團隊在頂層地面，采用特殊制作的‘導(dǎo)光管’裝置，把自然光、太陽光引到候車大廳室內(nèi)進行照明，從黎明到黃昏，甚至是陰天或雨天，系統(tǒng)導(dǎo)入室內(nèi)的光線仍然十分充足?！北本┴S臺站項目總工程師馬輝說，200余個導(dǎo)光管，為高10米的候車大廳提供了自然光線照明，采用導(dǎo)光管技術(shù)預(yù)計整體節(jié)能率可達到10%以上，每年可節(jié)省用電量約95萬度電，減少碳排放900余噸。

北京豐臺站還有一個智能客站大腦。設(shè)置了基于北斗統(tǒng)一時空基準的監(jiān)測體系，對自然環(huán)境情況和玻璃幕墻、易銹蝕鋼構(gòu)件等結(jié)構(gòu)健康實時、連續(xù)、不間斷進行監(jiān)測;對車站客運管理、旅客服務(wù)、客運設(shè)備、應(yīng)急指揮等業(yè)務(wù)進行了深度融合，包括智能管控服務(wù)、數(shù)據(jù)分析與AI服務(wù)、客運管理與指揮客站應(yīng)急指揮、智能音視頻分析等，實現(xiàn)車站智能運營和管理。

◎ 來源|綜合人民網(wǎng)、科技日報