北京星火站站房工程BIM+一体化156智慧建造技术研究

2021-07-10王宁

铁道建筑技术 2021年5期

王宁

(中铁建设集团有限公司北京 100040)

1 工程概况

新建北京至沈阳客运专线星火站站房工程(以下简称北京星火站)位于北京市东北部四五环之间，线路全长703 km，是我国“十三五”计划的重要基础设施，是联系北京与东北三省的重要通道，也是振兴东北三省的重要纽带。

北京星火站车站规模为7台15线，站房总建筑面积182 627.09 m2，站台雨棚61 786.63 m2。中央站房主体部分分为3层，其中地上2层，地下为1层，建筑檐口高度37 m，站房屋面最高处46.3 m，雨棚屋面标高约9.7 m，建成效果图如图1所示。

2 工程重难点分析

北京星火站单层面积较大，南北方向结构长度约288.00 m，东西方向结构长度约182.00 m，空间结构复杂，功能多。工程临近红线，场地狭小；临近既有线路，涉及外部协调多，涵盖征地拆迁、甲方、环保、水电供应、居民协调、接口各专业，环境复杂；工程建筑面积182 627 m2，面积、体量大，开工时间比原计划滞后3个月，工期紧，造型复杂，节点多，局部采用清水混凝土+清水装饰面施工，屋面采用钢管混凝土柱+空间钢桁架结构体系，其中端部20 m为悬挑桁架，结构工艺复杂；幕墙、钢结构、基坑、塔吊、机电施工等工种、管线穿插较多，安全隐患较大，实施困难等，不利于项目实施管理。

3 BIM+一体化156智慧建造平台技术全过程应用

3.1 各阶段BIM应用解决难题

3.1.1 施工准备阶段

施工准备阶段利用GIS场地踏勘，虚实结合，整合GIS信息、航拍实景模型以及站房BIM模型进行工程记录、进度分析，并将建筑红线、周边地块信息进行标注，辅助工程策划[1-2]。

3.1.2 施工阶段

通过BIM模型1∶1建模，结合现场实测数据将信息录入平台系统对星火站周边环境情况进行辅助策划，对现场场地布置、群塔布置、危险源识别等进行精准模拟、测距、碰撞检测，通过智慧建造平台对方案实施进行初步判断，提高实施效率，减少了人力、物力消耗，有效规避了安全隐患，如图2所示[3]。

图2 智慧建造平台+BIM精准模拟、测量

3.1.3 场地布置

由于工程地处东四环与东五环之间，铁路红线用地有限，场地狭小，通过三维场布进行模拟，合理布置办公区、生活区、样板展示区、材料堆放区等，充分利用现场平面，提高周转料周转效率，达到“四节一环”效果。

3.1.4 基础底板施工

工程在高架层楼板上部拼装钢结构桁架，需在上部行走吊车等重型吊装设备，若设置后浇带，必须在后浇带浇筑完成后才能拼装钢结构桁架，严重耽误施工，造成工期滞后。

通过BIM模拟，方案对比选择超长大体积混凝土跳仓法施工方案进行跳仓法施工，将基础底板划分为9个施工段，共86个仓区。相邻仓浇筑时间间隔不少于7 d，依次完成整个基础底板混凝土浇筑工作。

3.1.5 装修阶段

通过BIM进行各装修节点深化，将建筑、结构、材料信息录入星火站装饰装修样板区模型，对卫生间样板墙、顶、地对缝排版进行优化，同时对墙面及吊顶的面层和基层做法进行优化。深化后，支持从模型导出工程量，可对优化后的地砖和石材分楼层、分区域进行工程量统计，辅助项目材料下料及材料成本核算，提高项目成本控制管理水平。

幕墙横梁在安装过程中，横梁两端的高低应控制在±1 mm范围内，同一面标高偏差不大于3 mm。考虑到施工安装的质量、安全性及可操作性，幕墙立柱在安装之前对幕墙节点及安装工艺进行BIM设计及可视化交底。

建星火站全项目精装修BIM+VR虚拟仿真场景，实现快速材质切换，方案比选。

3.1.6 屋面施工

除对屋面装修节点深化外，对屋面施工难点进行BIM辅助策划。屋面钢结构部分包括钢管柱、夹层钢框架、支座节点、屋盖桁架安装等部分组成，总工程量近1.1万t，由于周边混凝土结构影响及屋盖桁架截面及重量大，钢结构施工难度相当大[4]。

通过BIM建模对钢结构施工节点进行设计，对吊装区域进行机械布置并进行模拟吊装施工、桁架预拼装、吊装碰撞检测等，并对作业人员进行演示交底，降低了加工错误率、安全隐患，提高了施工、安装效率。

3.1.7 机电排布

由于星火站面积大，出站层、站台、高架层层高较高，风管、水管、桥架等安装难度大，专业多，电、风、水、消防、弱电、精装修，单位交叉作业多，冷热源机房、空调机房、消防泵房、变配电室、综合监控室、配电间的管线安装需要各个专业配合。

施工前，通过将机房内各专业图纸进行优化，然后综合深化，采用 BIM技术对其设备、管线进行三维立体布置，细化节点，保证了施工质量和施工效果[5]。

3.2 一体化156智慧建造平台信息化应用

针对北京星火站项目特点及工程重难点，自主研发星火站156智能建造系统，创新融合BIM+GIS、物联网、云计算等新技术，实现一个云平台，5大设备终端(大屏端、电脑端、手机端、物联端、微信端)的多维度应用体系[6]。智能建造系统与项目管理系统深度融合，形成智能进度、智能劳务、智能物料、智能场区、智能监控、智能调度6大智能管理应用场景，实现数据的统一接入、统一管理和统一应用[7]。首次实现面向智慧工地的“BIM+GIS+IOT+OA”集成性平台，基于BIM技术的“5D+四级节点管理模式”，将人、机、料、时间与BIM结合管理，深度应用，如图3所示[8-9]。

图3 156智慧建造平台

3.2.1 智能进度管理

针对进度管理，创新推出节点管理，将四级节点亮灯管理与BIM相结合、现场“人机料”的信息与BIM进行结合管理、时间进度与BIM模型结合的全方位联动数据分析，小到每个构建都有时间维度与节点管理。节点分区域与BIM模型挂接，提供绿、黄、红灯报警机制，辅以现场施工照片，直观展示各节点计划完成情况如图4所示。

图4 智能进度管理

3.2.2 智能劳务管理

利用智能劳务管理，对现场3 000余人进行了在线安全教育及考评，完成了每天2 000余人的人脸识别实名制考勤管理。对下班高峰期采取严进宽出策略，通过群体识别技术，确保了大批量人员快速出场。结合工程情况，全面分析用工量是否充足，专业工种是否匹配到位，预防劳务人员过剩或不足的情况，实现了工程与用工需求合理对应，杜绝了用工风险、实现了“0”恶意讨薪，如图5所示。

图5 智能劳务管理

3.2.3 智能物料管理

通过平台填报用料申请，每日完成30余条材料申请计划、50余笔进场过磅验收，实现了混凝土、钢筋、周转料等主要物资供应商的在线协同[10]。现场每天完成过磅120余次，所有的材料都实现了二维码识别和一次发放。取消了材料计划、用料申请、现场收料、限额发料单等传统的纸质单据。收发料数据更加准确，避免了飞单现象，如图6所示[11]。

图6 智能物料管理

3.2.4 智能场区管理

智能场区包括施工现场虚拟化漫游、航拍影像记录、各阶段施工及材料样板间制作、现场机械设备管理、二维码图纸查询等功能。跟随项目进度完成临设BIM模型、结构样板展示区、精装修样板区、设备机房样板区等，通过对大型设备扫描，自动生成大型设备台账，并可通过二维码扫描，观看MR混合图纸。

3.2.5 智能监控管理

星火站共计设置18台塔吊监控，8个基坑监测点位，34个电子巡更点位，实时监测群塔运作，并自动对塔吊进行防碰撞或降档处理。基坑监测智能监测模块，对基坑的沉降，位移，倾斜进行全方位观测，当出现异常波动值，基坑监测系统自动报警、手机短信提醒。在项目执行过程中共计发生各类问题预警210余次，发现50余个安全隐患，30余个质量问题，并进行闭环整改，如图7所示。

图7 智能监控管理

3.2.6 智能调度管理

包括视频监控、车辆定位、安全隐患、质量检查、会签、审批等功能，方便项目管理人员对施工工作环节进行科学组织和合理调配。通过调度指挥协调功能，协助完成现场视频会议200余次，可以在视屏中进行事项标注、风险预警、问题排查等，同时可以通过可视对讲系统，直接与项目视频对话、面对面进行沟通，如图8所示[12]。