北京丰台站“智慧建造”的秘密

夕阳下的丰台站。图片|科技日报

历时三年半建设，北京丰台站在西南三环外拔地而起，看着这座全新的车站即将开通，6000多名中铁建工建设者心潮澎湃。

时间回到2018年，百年老站启动改建暨新站建设。建筑面积近40万平方米，相当于两个半故宫的规模，施工难题众多;采取独特的高速、普速双层车场重叠布置，建筑结构复杂……这些给中铁建工施工团队带来前所未有的挑战。

“若要驾驭这个‘超级工程’，必须通过科技创新，应用最先进的技术和设备，实现从‘制造’到‘智造’的跨越。”中铁建工集团北京丰台站改建工程总工程师许慧说，借助BIM、云计算、移动互联网、物联网等前沿信息技术和智能设备，让丰台站工程建造变得更“聪明”、更安全、更高效。

BIM（建筑信息模型）是一种利用信息技术和数字模型设计、施工、管理的方法，作为智慧建造重要手段之一为项目全过程精细化管理提供强大的数据支持和技术支撑。

丰台站钢结构总用钢量近20万吨，钢结构构件数量达1万根以上，钢筋用量14万吨，混凝土浇筑量达81万立方米。要想实现质量的实时可追溯管理，难度可想而知。中铁建工信息化团队自主研发了基于BIM+GIS（地理信息系统）的钢结构全生命周期管理平台。

中铁建工北京丰台站BIM及信息化中心负责人董无穷介绍，该平台以三维模型为载体，包括项目总览、智慧工地、进度管理、安全管理、质量管理等模块，覆盖钢结构从设计、深化设计、工厂加工、物流运输、现场安装到结构交验共6个阶段和16个环节的施工管理，实现了丰台站主体钢结构全生命周期质量可追溯。

“我们为大约1万多根主要构件、7万多条焊缝进行了唯一编号，让它们都拥有了‘身份证’。管理人员通过使用手机管理平台APP软件，扫描构件上张贴的二维码达到对每一根构件了如指掌，包括尺寸、材质、规格、重量等一系列‘身份’信息，管理人员可精确安排施工。”董无穷说。

在钢构件焊接和探伤环节，一线作业人员通过扫码、拍照、上传三步，就可将施工人员、作业时间、现场照片等质量信息与构件自动关联，真正让钢结构精细化管理下沉到每一名焊工、每一条焊缝，也为工程积累了宝贵的施工大数据。

此外，应用钢结构全生命周期管理平台对工厂阶段的套料管理，还降低了钢材耗损，按丰台站近20万吨钢结构用量测算，可直接减少约3600吨二氧化碳排放。

丰台站工程具有构件种类多、单体构件大、钢筋混凝土节点复杂等特点，董无穷说，工人以前没干过如此复杂的工程，如果用传统的CAD二维图表达，他们需要花很长时间理解钢筋布置形状及关系。一旦钢筋绑错，或施工顺序有误，既降低施工效率，耽误工期，也会对工程质量产生影响。

“针对站房混凝土结构的40多个复杂节点，我们利用BIM技术建立了细化到钢筋的模型，再把工艺和施工顺序做成3D动画形式，用可视化、直观化表达方式对作业人员技术交底，相比于二维的图文形式，更容易让工人理解，避免了窝工、返工情况。”董无穷说。

施工高峰期，在丰台站现场共有22台塔吊交叉林立，在部分区域同时还有3台移动履带吊穿梭吊装，争分夺秒抢抓进度。如此密集的履带吊、塔吊紧凑作业，一旦吊臂“打架”，便会酿成安全事故。

“如何不发生碰撞，确保不同塔吊之间、塔吊与履带吊这些移动的大家伙作业安全？这要归功于我们研发的群塔防碰撞与吊钩可视化系统。”董无穷说，该系统依托物联网技术及卫星定位系统，能实时采集每台塔吊和履带吊的运行状态。

在塔吊驾驶室屏幕上，实时显示机械运行状态的各项数据，有吊装作业时，视频画面会将吊钩周围情况清晰向司机呈现，解决了吊钩在不同施工区域穿插运行带来视线盲区等难题，而这一切的画面和声音均被时刻记录着，并通过网络传输至后台，这是塔吊的黑匣子。一旦塔吊运行触发碰撞预警和報警的规则，系统会立即采取警告提示甚至降速、停机的操作。相较于以前用对讲机远距离指挥，信号不清晰的状况，智能系统对司机的安全保障更强，也提高了工程吊装效率。

项目部建设的三维智慧工地平台还集成了其他功能模块，如高清视频监控系统、深基坑自动监测系统、大体积混凝土监测系统、环境在线监测系统和人员管理系统等，管理人员可基于BIM三维界面查看和管理，提高了施工现场管控及响应能力。

北京丰台站。图片| 科技日报

北京丰台站还引入了众多智能设备，如无人机、智能自动钢筋剪切机器人、三维扫描仪、VR 设备等，让建筑工地从传统的人工作业变成人与机器人协同施工，相比于单纯的人工操作，大幅提高了施工精度。据测算，施工效率提升2 倍以上。

北京丰台站还引入了众多智能设备，如无人机、智能自动钢筋剪切机器人、三维扫描仪、VR设备等，让建筑工地从传统的人工作业变成人与机器人协同施工，相比于单纯的人工操作，大幅提高了施工精度。据测算，施工效率提升2倍以上。

在丰台站，无人机的作用并不是拍视频，而是主要用于模型建立，“这些工作以前需要派人员去勘测点位，现场拍照，手动建立模型，工作量巨大。现在利用无人机，仅用一周时间就完成了站房周边6平方公里范围的现状建筑、地形采集和数据处理。”董无穷说，而三维扫描仪对每一幢建筑物、构筑物的最小采集尺寸精确到毫米，弥补了无人机局部建模精度不高的短板，共同为工程留下宝贵的三维资料。

跟传统全站仪不同，放线机器人能实现“指哪儿打哪儿”，放线员在BIM模型中点击要测量或放线的点位，机器人会自动进行照准。以前两个人完成的放线任务，现在只需要一个人就能完成，而且精度更有保障。

丰台站工程基坑深度最深达14米到18米，距既有地铁10号线和铁路线很近。传统基坑监测主要靠人用全站仪，每天采集大量点位，效率低、数据响应不及时。丰台站采用了基坑智能化监测系统，全天24小时自动监测包括基坑沉降、水平位移等数据，“一旦累计变化值或实时速率值超出预警值，我们可第一时间收到报警信息，采取相应的控制手段，确保基坑安全。”董无穷说。

漫步在车站内，最大的感受就是通透敞亮。

站在23米层的高铁站台上，西望西山;透过玻璃幕墙，东瞰丽泽商务区，还能远眺中国尊。进站大厅和候车大厅，柔和的阳光透过间隔分布的采光天窗带倾泻而下，495米长的中央光庭使空间感大幅提升。

俯瞰进站大厅。图片| 科技日报

车站内充分运用自然光源，站台顶部的透光带“点亮”了整个站台。不仅是车站顶层，在候车大厅，自然光源也透过顶层站台许多“灯”倾泻而下。

原来，这是设计中的又一个创新，采用了一项神奇的导光管技术，即双模式无电照明系统平板型采光器，俗称“导光管”，在楼下看，犹如一盏盏灯光。

“設计团队在顶层地面，采用特殊制作的‘导光管’装置，把自然光、太阳光引到候车大厅室内进行照明，从黎明到黄昏，甚至是阴天或雨天，系统导入室内的光线仍然十分充足。”北京丰台站项目总工程师马辉说，200余个导光管，为高10米的候车大厅提供了自然光线照明，采用导光管技术预计整体节能率可达到10%以上，每年可节省用电量约95万度电，减少碳排放900余吨。

北京丰台站还有一个智能客站大脑。设置了基于北斗统一时空基准的监测体系，对自然环境情况和玻璃幕墙、易锈蚀钢构件等结构健康实时、连续、不间断进行监测;对车站客运管理、旅客服务、客运设备、应急指挥等业务进行了深度融合，包括智能管控服务、数据分析与AI服务、客运管理与指挥客站应急指挥、智能音视频分析等，实现车站智能运营和管理。

◎ 来源|综合人民网、科技日报