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，北京豐臺站在西南三環外拔地而起，看著這座全新的車站即將開通，6000多名中鐵建工建設者心潮澎湃。

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

“若要駕馭這個‘超級工程’，必須通過科技創新，應用最先進的技術和設備，實現從‘制造’到‘智造’的跨越。”中鐵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、移動互聯網、物聯網等前沿信息技術和智能設備，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和數字模型設計、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據支持和技術支撐。

豐臺站鋼結構總用鋼量近20萬噸，鋼結構構件數量達1萬根以上，鋼筋用量14萬噸，混凝土澆筑量達81萬立方米。要想實現質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了基于BIM+GIS（地理信息系統）的鋼結構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、質量管理等模塊，覆蓋鋼結構從設計、深化設計、工廠加工、物流運輸、現場安裝到結構交驗共6個階段和16個環節的施工管理，實現了豐臺站主體鋼結構全生命周期質量可追溯。

“我們為大約1萬多根主要構件、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，掃描構件上張貼的二維碼達到對每一根構件了如指掌，包括尺寸、材質、規格、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。

在鋼構件焊接和探傷環節，一線作業人員通過掃碼、拍照、上傳三步，就可將施工人員、作業時間、現場照片等質量信息與構件自動關聯，真正讓鋼結構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據。

此外，應用鋼結構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20萬噸鋼結構用量測算，可直接減少約3600噸二氧化碳排放。

豐臺站工程具有構件種類多、單體構件大、鋼筋混凝土節點復雜等特點，董無窮說，工人以前沒干過如此復雜的工程，如果用傳統的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，也會對工程質量產生影響。

“針對站房混凝土結構的40多個復雜節點，我們利用BIM技術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人員技術交底，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?！倍瓱o窮說。

施工高峰期，在豐臺站現場共有22臺塔吊交叉林立，在部分區域同時還有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，一旦吊臂“打架”，便會釀成安全事故。

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

在塔吊駕駛室屏幕上，實時顯示機械運行狀態的各項數據，有吊裝作業時，視頻畫面會將吊鉤周圍情況清晰向司機呈現，解決了吊鉤在不同施工區域穿插運行帶來視線盲區等難題，而這一切的畫面和聲音均被時刻記錄著，并通過網絡傳輸至后臺，這是塔吊的黑匣子。一旦塔吊運行觸發碰撞預警和報警的規則，系統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，如高清視頻監控系統、深基坑自動監測系統、大體積混凝土監測系統、環境在線監測系統和人員管理系統等，管理人員可基于BIM三維界面查看和管理，提高了施工現場管控及響應能力。

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備，如無人機、智能自動鋼筋剪切機器人、三維掃描儀、VR 設備等，讓建筑工地從傳統的人工作業變成人與機器人協同施工，相比于單純的人工操作，大幅提高了施工精度。據測算，施工效率提升2 倍以上。

北京豐臺站還引入了眾多智能設備，如無人機、智能自動鋼筋剪切機器人、三維掃描儀、VR設備等，讓建筑工地從傳統的人工作業變成人與機器人協同施工，相比于單純的人工操作，大幅提高了施工精度。據測算，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，現場拍照，手動建立模型，工作量巨大?，F在利用無人機，僅用一周時間就完成了站房周邊6平方公里范圍的現狀建筑、地形采集和數據處理?！倍瓱o窮說，而三維掃描儀對每一幢建筑物、構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。

跟傳統全站儀不同，放線機器人能實現“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，現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。傳統基坑監測主要靠人用全站儀，每天采集大量點位，效率低、數據響應不及時。豐臺站采用了基坑智能化監測系統，全天24小時自動監測包括基坑沉降、水平位移等數據，“一旦累計變化值或實時速率值超出預警值，我們可第一時間收到報警信息，采取相應的控制手段，確保基坑安全?！倍瓱o窮說。

漫步在車站內，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，東瞰麗澤商務區，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，這是設計中的又一個創新，采用了一項神奇的導光管技術，即雙模式無電照明系統平板型采光器，俗稱“導光管”，在樓下看，猶如一盞盞燈光。

“設計團隊在頂層地面，采用特殊制作的‘導光管’裝置，把自然光、太陽光引到候車大廳室內進行照明，從黎明到黃昏，甚至是陰天或雨天，系統導入室內的光線仍然十分充足?！北本┴S臺站項目總工程師馬輝說，200余個導光管，為高10米的候車大廳提供了自然光線照明，采用導光管技術預計整體節能率可達到10%以上，每年可節省用電量約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。設置了基于北斗統一時空基準的監測體系，對自然環境情況和玻璃幕墻、易銹蝕鋼構件等結構健康實時、連續、不間斷進行監測;對車站客運管理、旅客服務、客運設備、應急指揮等業務進行了深度融合，包括智能管控服務、數據分析與AI服務、客運管理與指揮客站應急指揮、智能音視頻分析等，實現車站智能運營和管理。

◎ 來源|綜合人民網、科技日報