北京星火站站房工程BIM+一體化156智慧建造技術研究

王 寧

(中鐵建設集團有限公司 北京 100040)

1 工程概況

新建北京至沈陽客運專線星火站站房工程(以下簡稱北京星火站)位于北京市東北部四五環之間，線路全長703 km，是我國“十三五”計劃的重要基礎設施，是聯系北京與東北三省的重要通道，也是振興東北三省的重要紐帶。

北京星火站車站規模為7臺15線，站房總建筑面積182 627.09 m2，站臺雨棚61 786.63 m2。中央站房主體部分分為3層，其中地上2層，地下為1層，建筑檐口高度37 m，站房屋面最高處46.3 m，雨棚屋面標高約9.7 m，建成效果圖如圖1所示。

2 工程重難點分析

北京星火站單層面積較大，南北方向結構長度約288.00 m，東西方向結構長度約182.00 m，空間結構復雜，功能多。工程臨近紅線，場地狹小；臨近既有線路，涉及外部協調多，涵蓋征地拆遷、甲方、環保、水電供應、居民協調、接口各專業，環境復雜；工程建筑面積182 627 m2，面積、體量大，開工時間比原計劃滯后3個月，工期緊，造型復雜，節點多，局部采用清水混凝土+清水裝飾面施工，屋面采用鋼管混凝土柱+空間鋼桁架結構體系，其中端部20 m為懸挑桁架，結構工藝復雜；幕墻、鋼結構、基坑、塔吊、機電施工等工種、管線穿插較多，安全隱患較大，實施困難等，不利于項目實施管理。

3 BIM+一體化156智慧建造平臺技術全過程應用

3.1 各階段BIM應用解決難題

3.1.1 施工準備階段

施工準備階段利用GIS場地踏勘，虛實結合，整合GIS信息、航拍實景模型以及站房BIM模型進行工程記錄、進度分析，并將建筑紅線、周邊地塊信息進行標注，輔助工程策劃[1-2]。

3.1.2 施工階段

通過BIM模型1∶1建模，結合現場實測數據將信息錄入平臺系統對星火站周邊環境情況進行輔助策劃，對現場場地布置、群塔布置、危險源識別等進行精準模擬、測距、碰撞檢測，通過智慧建造平臺對方案實施進行初步判斷，提高實施效率，減少了人力、物力消耗，有效規避了安全隱患，如圖2所示[3]。

圖2 智慧建造平臺+BIM精準模擬、測量

3.1.3 場地布置

由于工程地處東四環與東五環之間，鐵路紅線用地有限，場地狹小，通過三維場布進行模擬，合理布置辦公區、生活區、樣板展示區、材料堆放區等，充分利用現場平面，提高周轉料周轉效率，達到“四節一環”效果。

3.1.4 基礎底板施工

工程在高架層樓板上部拼裝鋼結構桁架，需在上部行走吊車等重型吊裝設備，若設置后澆帶，必須在后澆帶澆筑完成后才能拼裝鋼結構桁架，嚴重耽誤施工，造成工期滯后。

通過BIM模擬，方案對比選擇超長大體積混凝土跳倉法施工方案進行跳倉法施工，將基礎底板劃分為9個施工段，共86個倉區。相鄰倉澆筑時間間隔不少于7 d，依次完成整個基礎底板混凝土澆筑工作。

3.1.5 裝修階段

通過BIM進行各裝修節點深化，將建筑、結構、材料信息錄入星火站裝飾裝修樣板區模型，對衛生間樣板墻、頂、地對縫排版進行優化，同時對墻面及吊頂的面層和基層做法進行優化。深化后，支持從模型導出工程量，可對優化后的地磚和石材分樓層、分區域進行工程量統計，輔助項目材料下料及材料成本核算，提高項目成本控制管理水平。

幕墻橫梁在安裝過程中，橫梁兩端的高低應控制在±1 mm范圍內，同一面標高偏差不大于3 mm。考慮到施工安裝的質量、安全性及可操作性，幕墻立柱在安裝之前對幕墻節點及安裝工藝進行BIM設計及可視化交底。

建星火站全項目精裝修BIM+VR虛擬仿真場景，實現快速材質切換，方案比選。

3.1.6 屋面施工

除對屋面裝修節點深化外，對屋面施工難點進行BIM輔助策劃。屋面鋼結構部分包括鋼管柱、夾層鋼框架、支座節點、屋蓋桁架安裝等部分組成，總工程量近1.1萬t，由于周邊混凝土結構影響及屋蓋桁架截面及重量大，鋼結構施工難度相當大[4]。

通過BIM建模對鋼結構施工節點進行設計，對吊裝區域進行機械布置并進行模擬吊裝施工、桁架預拼裝、吊裝碰撞檢測等，并對作業人員進行演示交底，降低了加工錯誤率、安全隱患，提高了施工、安裝效率。

3.1.7 機電排布

由于星火站面積大，出站層、站臺、高架層層高較高，風管、水管、橋架等安裝難度大，專業多，電、風、水、消防、弱電、精裝修，單位交叉作業多，冷熱源機房、空調機房、消防泵房、變配電室、綜合監控室、配電間的管線安裝需要各個專業配合。

施工前，通過將機房內各專業圖紙進行優化，然后綜合深化，采用 BIM技術對其設備、管線進行三維立體布置，細化節點，保證了施工質量和施工效果[5]。

3.2 一體化156智慧建造平臺信息化應用

針對北京星火站項目特點及工程重難點，自主研發星火站156智能建造系統，創新融合BIM+GIS、物聯網、云計算等新技術，實現一個云平臺，5大設備終端(大屏端、電腦端、手機端、物聯端、微信端)的多維度應用體系[6]。智能建造系統與項目管理系統深度融合，形成智能進度、智能勞務、智能物料、智能場區、智能監控、智能調度6大智能管理應用場景，實現數據的統一接入、統一管理和統一應用[7]。首次實現面向智慧工地的“BIM+GIS+IOT+OA”集成性平臺，基于BIM技術的“5D+四級節點管理模式”，將人、機、料、時間與BIM結合管理，深度應用，如圖3所示[8-9]。

圖3 156智慧建造平臺

3.2.1 智能進度管理

針對進度管理，創新推出節點管理，將四級節點亮燈管理與BIM相結合、現場“人機料”的信息與BIM進行結合管理、時間進度與BIM模型結合的全方位聯動數據分析，小到每個構建都有時間維度與節點管理。節點分區域與BIM模型掛接，提供綠、黃、紅燈報警機制，輔以現場施工照片，直觀展示各節點計劃完成情況如圖4所示。

圖4 智能進度管理

3.2.2 智能勞務管理

利用智能勞務管理，對現場3 000余人進行了在線安全教育及考評，完成了每天2 000余人的人臉識別實名制考勤管理。對下班高峰期采取嚴進寬出策略，通過群體識別技術，確保了大批量人員快速出場。結合工程情況，全面分析用工量是否充足，專業工種是否匹配到位，預防勞務人員過剩或不足的情況，實現了工程與用工需求合理對應，杜絕了用工風險、實現了“0”惡意討薪，如圖5所示。

圖5 智能勞務管理

3.2.3 智能物料管理

通過平臺填報用料申請，每日完成30余條材料申請計劃、50余筆進場過磅驗收，實現了混凝土、鋼筋、周轉料等主要物資供應商的在線協同[10]。現場每天完成過磅120余次，所有的材料都實現了二維碼識別和一次發放。取消了材料計劃、用料申請、現場收料、限額發料單等傳統的紙質單據。收發料數據更加準確，避免了飛單現象，如圖6所示[11]。

圖6 智能物料管理

3.2.4 智能場區管理

智能場區包括施工現場虛擬化漫游、航拍影像記錄、各階段施工及材料樣板間制作、現場機械設備管理、二維碼圖紙查詢等功能。跟隨項目進度完成臨設BIM模型、結構樣板展示區、精裝修樣板區、設備機房樣板區等，通過對大型設備掃描，自動生成大型設備臺賬，并可通過二維碼掃描，觀看MR混合圖紙。

3.2.5 智能監控管理

星火站共計設置18臺塔吊監控，8個基坑監測點位，34個電子巡更點位，實時監測群塔運作，并自動對塔吊進行防碰撞或降檔處理。基坑監測智能監測模塊，對基坑的沉降，位移，傾斜進行全方位觀測，當出現異常波動值，基坑監測系統自動報警、手機短信提醒。在項目執行過程中共計發生各類問題預警210余次，發現50余個安全隱患，30余個質量問題，并進行閉環整改，如圖7所示。

圖7 智能監控管理

3.2.6 智能調度管理

包括視頻監控、車輛定位、安全隱患、質量檢查、會簽、審批等功能，方便項目管理人員對施工工作環節進行科學組織和合理調配。通過調度指揮協調功能，協助完成現場視頻會議200余次，可以在視屏中進行事項標注、風險預警、問題排查等，同時可以通過可視對講系統，直接與項目視頻對話、面對面進行溝通，如圖8所示[12]。

圖8 智能調度管理

4 結束語

針對工期緊、規模大、結構復雜、屋面跨度大、鋼結構構件重、多專業工種交叉施工等難題，北京星火站項目工程通過BIM+一體化156智慧建造平臺技術應用，實現了高效、精細化管理，攻克了施工難點，實現了人、機、料、法、環協同管理，保質保量完成了各節點工期目標，凸顯了綠色、信息化建設優勢。