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(dāng)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(tuán)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(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，實現(xiàn)從‘制造’到‘智造’的跨越。”中鐵建工集團(tuán)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。
鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件帶“身份證”質(zhì)量可追溯
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(xì)化管理提供強(qiáng)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(dá)1萬根以上，鋼筋用量14萬噸，混凝土澆筑量達(dá)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(tuán)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(fù)責(zé)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(jìn)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)場安裝和結(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(jìn)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(jī)管理平臺APP軟件，掃描構(gòu)件上張貼的二維碼達(dá)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。”董無窮說。
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(xì)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。
BIM動畫模擬施工工人一看就明白
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(dá)，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(xì)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(dá)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。
數(shù)字眼盯安全塔吊扎堆不“打架”
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(jìn)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)。”董無窮說，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(jī)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(jī)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(jī)的操作。相較于以前用對講機(jī)遠(yuǎn)距離指揮，信號不清晰的狀況，智能系統(tǒng)對司機(jī)的安全保障更強(qiáng)，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。
機(jī)器人幫忙干活效率提升超2倍
北京豐臺站還引入了眾多智能設(shè)備，如無人機(jī)、智能自動鋼筋剪切機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)，僅用1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(bǔ)了無人機(jī)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(jī)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(jī)器人會自動進(jìn)行照準(zhǔn)。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(dá)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。
