北京星火站站房工程BIM+一體化156智慧建造技術(shù)研究

王 寧

(中鐵建設(shè)集團(tuán)有限公司 北京 100040)

1 工程概況

新建北京至沈陽客運(yùn)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(huán)之間，線路全長703 km，是我國“十三五”計(jì)劃的重要基礎(chǔ)設(shè)施，是聯(lián)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(guī)模為7臺(tái)15線，站房總建筑面積182 627.09 m2，站臺(tái)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(biāo)高約9.7 m，建成效果圖如圖1所示。

2 工程重難點(diǎn)分析

北京星火站單層面積較大，南北方向結(jié)構(gòu)長度約288.00 m，東西方向結(jié)構(gòu)長度約182.00 m，空間結(jié)構(gòu)復(fù)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(xié)調(diào)多，涵蓋征地拆遷、甲方、環(huán)保、水電供應(yīng)、居民協(xié)調(diào)、接口各專業(yè)，環(huán)境復(fù)雜；工程建筑面積182 627 m2，面積、體量大，開工時(shí)間比原計(jì)劃滯后3個(gè)月，工期緊，造型復(fù)雜，節(jié)點(diǎn)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(jié)構(gòu)體系，其中端部20 m為懸挑桁架，結(jié)構(gòu)工藝復(fù)雜；幕墻、鋼結(jié)構(gòu)、基坑、塔吊、機(jī)電施工等工種、管線穿插較多，安全隱患較大，實(shí)施困難等，不利于項(xiàng)目實(shí)施管理。

3 BIM+一體化156智慧建造平臺(tái)技術(shù)全過程應(yīng)用

3.1 各階段BIM應(yīng)用解決難題

3.1.1 施工準(zhǔn)備階段

施工準(zhǔn)備階段利用GIS場地踏勘，虛實(shí)結(jié)合，整合GIS信息、航拍實(shí)景模型以及站房BIM模型進(jìn)行工程記錄、進(jìn)度分析，并將建筑紅線、周邊地塊信息進(jìn)行標(biāo)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(jié)合現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)將信息錄入平臺(tái)系統(tǒng)對(duì)星火站周邊環(huán)境情況進(jìn)行輔助策劃，對(duì)現(xiàn)場場地布置、群塔布置、危險(xiǎn)源識(shí)別等進(jìn)行精準(zhǔn)模擬、測距、碰撞檢測，通過智慧建造平臺(tái)對(duì)方案實(shí)施進(jìn)行初步判斷，提高實(shí)施效率，減少了人力、物力消耗，有效規(guī)避了安全隱患，如圖2所示[3]。

圖2 智慧建造平臺(tái)+BIM精準(zhǔn)模擬、測量

3.1.3 場地布置

由于工程地處東四環(huán)與東五環(huán)之間，鐵路紅線用地有限，場地狹小，通過三維場布進(jìn)行模擬，合理布置辦公區(qū)、生活區(qū)、樣板展示區(qū)、材料堆放區(qū)等，充分利用現(xiàn)場平面，提高周轉(zhuǎn)料周轉(zhuǎn)效率，達(dá)到“四節(jié)一環(huán)”效果。

3.1.4 基礎(chǔ)底板施工

工程在高架層樓板上部拼裝鋼結(jié)構(gòu)桁架，需在上部行走吊車等重型吊裝設(shè)備，若設(shè)置后澆帶，必須在后澆帶澆筑完成后才能拼裝鋼結(jié)構(gòu)桁架，嚴(yán)重耽誤施工，造成工期滯后。

通過BIM模擬，方案對(duì)比選擇超長大體積混凝土跳倉法施工方案進(jìn)行跳倉法施工，將基礎(chǔ)底板劃分為9個(gè)施工段，共86個(gè)倉區(qū)。相鄰倉澆筑時(shí)間間隔不少于7 d，依次完成整個(gè)基礎(chǔ)底板混凝土澆筑工作。

3.1.5 裝修階段

通過BIM進(jìn)行各裝修節(jié)點(diǎn)深化，將建筑、結(jié)構(gòu)、材料信息錄入星火站裝飾裝修樣板區(qū)模型，對(duì)衛(wèi)生間樣板墻、頂、地對(duì)縫排版進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)對(duì)墻面及吊頂?shù)拿鎸雍突鶎幼龇ㄟM(jìn)行優(yōu)化。深化后，支持從模型導(dǎo)出工程量，可對(duì)優(yōu)化后的地磚和石材分樓層、分區(qū)域進(jìn)行工程量統(tǒng)計(jì)，輔助項(xiàng)目材料下料及材料成本核算，提高項(xiàng)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(yīng)控制在±1 mm范圍內(nèi)，同一面標(biāo)高偏差不大于3 mm?？紤]到施工安裝的質(zhì)量、安全性及可操作性，幕墻立柱在安裝之前對(duì)幕墻節(jié)點(diǎn)及安裝工藝進(jìn)行BIM設(shè)計(jì)及可視化交底。

建星火站全項(xiàng)目精裝修BIM+VR虛擬仿真場景，實(shí)現(xiàn)快速材質(zhì)切換，方案比選。

3.1.6 屋面施工

除對(duì)屋面裝修節(jié)點(diǎn)深化外，對(duì)屋面施工難點(diǎn)進(jìn)行BIM輔助策劃。屋面鋼結(jié)構(gòu)部分包括鋼管柱、夾層鋼框架、支座節(jié)點(diǎn)、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(jié)構(gòu)影響及屋蓋桁架截面及重量大，鋼結(jié)構(gòu)施工難度相當(dāng)大[4]。

通過BIM建模對(duì)鋼結(jié)構(gòu)施工節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)吊裝區(qū)域進(jìn)行機(jī)械布置并進(jìn)行模擬吊裝施工、桁架預(yù)拼裝、吊裝碰撞檢測等，并對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行演示交底，降低了加工錯(cuò)誤率、安全隱患，提高了施工、安裝效率。

3.1.7 機(jī)電排布

由于星火站面積大，出站層、站臺(tái)、高架層層高較高，風(fēng)管、水管、橋架等安裝難度大，專業(yè)多，電、風(fēng)、水、消防、弱電、精裝修，單位交叉作業(yè)多，冷熱源機(jī)房、空調(diào)機(jī)房、消防泵房、變配電室、綜合監(jiān)控室、配電間的管線安裝需要各個(gè)專業(yè)配合。

施工前，通過將機(jī)房內(nèi)各專業(yè)圖紙進(jìn)行優(yōu)化，然后綜合深化，采用 BIM技術(shù)對(duì)其設(shè)備、管線進(jìn)行三維立體布置，細(xì)化節(jié)點(diǎn)，保證了施工質(zhì)量和施工效果[5]。

3.2 一體化156智慧建造平臺(tái)信息化應(yīng)用

針對(duì)北京星火站項(xiàng)目特點(diǎn)及工程重難點(diǎn)，自主研發(fā)星火站156智能建造系統(tǒng)，創(chuàng)新融合BIM+GIS、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)云平臺(tái)，5大設(shè)備終端(大屏端、電腦端、手機(jī)端、物聯(lián)端、微信端)的多維度應(yīng)用體系[6]。智能建造系統(tǒng)與項(xiàng)目管理系統(tǒng)深度融合，形成智能進(jìn)度、智能勞務(wù)、智能物料、智能場區(qū)、智能監(jiān)控、智能調(diào)度6大智能管理應(yīng)用場景，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一接入、統(tǒng)一管理和統(tǒng)一應(yīng)用[7]。首次實(shí)現(xiàn)面向智慧工地的“BIM+GIS+IOT+OA”集成性平臺(tái)，基于BIM技術(shù)的“5D+四級(jí)節(jié)點(diǎn)管理模式”，將人、機(jī)、料、時(shí)間與BIM結(jié)合管理，深度應(yīng)用，如圖3所示[8-9]。

圖3 156智慧建造平臺(tái)

3.2.1 智能進(jìn)度管理

針對(duì)進(jìn)度管理，創(chuàng)新推出節(jié)點(diǎn)管理，將四級(jí)節(jié)點(diǎn)亮燈管理與BIM相結(jié)合、現(xiàn)場“人機(jī)料”的信息與BIM進(jìn)行結(jié)合管理、時(shí)間進(jìn)度與BIM模型結(jié)合的全方位聯(lián)動(dòng)數(shù)據(jù)分析，小到每個(gè)構(gòu)建都有時(shí)間維度與節(jié)點(diǎn)管理。節(jié)點(diǎn)分區(qū)域與BIM模型掛接，提供綠、黃、紅燈報(bào)警機(jī)制，輔以現(xiàn)場施工照片，直觀展示各節(jié)點(diǎn)計(jì)劃完成情況如圖4所示。

圖4 智能進(jìn)度管理

3.2.2 智能勞務(wù)管理

利用智能勞務(wù)管理，對(duì)現(xiàn)場3 000余人進(jìn)行了在線安全教育及考評(píng)，完成了每天2 000余人的人臉識(shí)別實(shí)名制考勤管理。對(duì)下班高峰期采取嚴(yán)進(jìn)寬出策略，通過群體識(shí)別技術(shù)，確保了大批量人員快速出場。結(jié)合工程情況，全面分析用工量是否充足，專業(yè)工種是否匹配到位，預(yù)防勞務(wù)人員過?；虿蛔愕那闆r，實(shí)現(xiàn)了工程與用工需求合理對(duì)應(yīng)，杜絕了用工風(fēng)險(xiǎn)、實(shí)現(xiàn)了“0”惡意討薪，如圖5所示。

圖5 智能勞務(wù)管理

3.2.3 智能物料管理

通過平臺(tái)填報(bào)用料申請，每日完成30余條材料申請計(jì)劃、50余筆進(jìn)場過磅驗(yàn)收，實(shí)現(xiàn)了混凝土、鋼筋、周轉(zhuǎn)料等主要物資供應(yīng)商的在線協(xié)同[10]?，F(xiàn)場每天完成過磅120余次，所有的材料都實(shí)現(xiàn)了二維碼識(shí)別和一次發(fā)放。取消了材料計(jì)劃、用料申請、現(xiàn)場收料、限額發(fā)料單等傳統(tǒng)的紙質(zhì)單據(jù)。收發(fā)料數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，避免了飛單現(xiàn)象，如圖6所示[11]。

圖6 智能物料管理

3.2.4 智能場區(qū)管理

智能場區(qū)包括施工現(xiàn)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(xiàn)場機(jī)械設(shè)備管理、二維碼圖紙查詢等功能。跟隨項(xiàng)目進(jìn)度完成臨設(shè)BIM模型、結(jié)構(gòu)樣板展示區(qū)、精裝修樣板區(qū)、設(shè)備機(jī)房樣板區(qū)等，通過對(duì)大型設(shè)備掃描，自動(dòng)生成大型設(shè)備臺(tái)賬，并可通過二維碼掃描，觀看MR混合圖紙。

3.2.5 智能監(jiān)控管理

星火站共計(jì)設(shè)置18臺(tái)塔吊監(jiān)控，8個(gè)基坑監(jiān)測點(diǎn)位，34個(gè)電子巡更點(diǎn)位，實(shí)時(shí)監(jiān)測群塔運(yùn)作，并自動(dòng)對(duì)塔吊進(jìn)行防碰撞或降檔處理?；颖O(jiān)測智能監(jiān)測模塊，對(duì)基坑的沉降，位移，傾斜進(jìn)行全方位觀測，當(dāng)出現(xiàn)異常波動(dòng)值，基坑監(jiān)測系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警、手機(jī)短信提醒。在項(xiàng)目執(zhí)行過程中共計(jì)發(fā)生各類問題預(yù)警210余次，發(fā)現(xiàn)50余個(gè)安全隱患，30余個(gè)質(zhì)量問題，并進(jìn)行閉環(huán)整改，如圖7所示。

圖7 智能監(jiān)控管理

3.2.6 智能調(diào)度管理

包括視頻監(jiān)控、車輛定位、安全隱患、質(zhì)量檢查、會(huì)簽、審批等功能，方便項(xiàng)目管理人員對(duì)施工工作環(huán)節(jié)進(jìn)行科學(xué)組織和合理調(diào)配。通過調(diào)度指揮協(xié)調(diào)功能，協(xié)助完成現(xiàn)場視頻會(huì)議200余次，可以在視屏中進(jìn)行事項(xiàng)標(biāo)注、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、問題排查等，同時(shí)可以通過可視對(duì)講系統(tǒng)，直接與項(xiàng)目視頻對(duì)話、面對(duì)面進(jìn)行溝通，如圖8所示[12]。

圖8 智能調(diào)度管理

4 結(jié)束語

針對(duì)工期緊、規(guī)模大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、屋面跨度大、鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件重、多專業(yè)工種交叉施工等難題，北京星火站項(xiàng)目工程通過BIM+一體化156智慧建造平臺(tái)技術(shù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了高效、精細(xì)化管理，攻克了施工難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了人、機(jī)、料、法、環(huán)協(xié)同管理，保質(zhì)保量完成了各節(jié)點(diǎn)工期目標(biāo)，凸顯了綠色、信息化建設(shè)優(yōu)勢。