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北京豐臺站“智慧建造”的秘密

李博
2022年04月14日15:24 | 來源:人民網(wǎng)-北京頻道
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歷時三年半建設(shè),北京豐臺站在西南三環(huán)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(shè)者心潮澎湃。

時間回到2018年,百年老站啟動改建暨新站建設(shè)。建筑面積近40萬平方米,相當于兩個半故宮的規(guī)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(jié)構(gòu)復雜……這些給中鐵建工施工團隊帶來前所未有的挑戰(zhàn)。

“若要駕馭這個‘超級工程’,必須通過科技創(chuàng)新,應用最先進的技術(shù)和設(shè)備,實現(xiàn)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(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等前沿信息技術(shù)和智能設(shè)備,讓豐臺站工程建造變得更“聰明”,更安全,更高效。

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件帶“身份證” 質(zhì)量可追溯

BIM(建筑信息模型)是一種利用信息技術(shù)和數(shù)字模型設(shè)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(shù)據(jù)支持和技術(shù)支撐。

豐臺站鋼結(jié)構(gòu)總用鋼量近20萬噸,鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件數(shù)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(xiàn)質(zhì)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(fā)了基于BIM+GIS(地理信息系統(tǒng))的鋼結(jié)構(gòu)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(zhì)量管理等模塊,覆蓋鋼結(jié)構(gòu)從設(shè)計、深化設(shè)計、工廠加工、物流運輸、現(xiàn)場安裝和結(jié)構(gòu)交驗共6個階段和16個環(huán)節(jié)的施工管理,實現(xiàn)了豐臺站主體鋼結(jié)構(gòu)全生命周期質(zhì)量可追溯。

“我們?yōu)榇蠹s1萬多根主要構(gòu)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(gòu)件上張貼的二維碼達到對每一根構(gòu)件了如指掌,包括尺寸、材質(zhì)、規(guī)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。

焊工掃描鋼構(gòu)件二維碼。 中鐵建工供圖

在鋼構(gòu)件焊接和探傷環(huán)節(jié),一線作業(yè)人員通過掃碼、拍照、上傳三步,就可將施工人員、作業(yè)時間、現(xiàn)場照片等質(zhì)量信息與構(gòu)件自動關(guān)聯(lián),真正讓鋼結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)。

此外,應用鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)用量測算,可直接減少約3600噸二氧化碳排放。

BIM動畫模擬施工 工人一看就明白

豐臺站工程具有構(gòu)件種類多、單體構(gòu)件大、鋼筋混凝土節(jié)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(tǒng)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(guān)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(zhì)量產(chǎn)生影響。

“針對站房混凝土結(jié)構(gòu)的40多個復雜節(jié)點,我們利用BIM技術(shù)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(yè)人員技術(shù)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。”董無窮說。

數(shù)字眼盯安全 塔吊扎堆不“打架”

施工高峰期,在豐臺站現(xiàn)場共有22臺塔吊交叉林立,在部分區(qū)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(yè),一旦吊臂“打架”,便會釀成安全事故。

群塔防碰撞系統(tǒng)。 中鐵建工供圖

“如何不發(fā)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(yè)安全?這要歸功于我們研發(fā)的群塔防碰撞與吊鉤可視化系統(tǒng)。”董無窮說,該系統(tǒng)依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及衛(wèi)星定位系統(tǒng),能實時采集每臺塔吊和履帶吊的運行狀態(tài)。

在塔吊駕駛室屏幕上,實時顯示機械運行狀態(tài)的各項數(shù)據(jù),有吊裝作業(yè)時,視頻畫面會將吊鉤周圍情況清晰向司機呈現(xiàn),解決了吊鉤在不同施工區(qū)域穿插運行帶來視線盲區(qū)等難題,而這一切的畫面和聲音均被時刻記錄著,并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至后臺,這是塔吊的黑匣子。一旦塔吊運行觸發(fā)碰撞預警和報警的規(guī)則,系統(tǒng)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(tǒng)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(shè)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(jiān)控系統(tǒng)、深基坑自動監(jiān)測系統(tǒng)、大體積混凝土監(jiān)測系統(tǒng)、環(huán)境在線監(jiān)測系統(tǒng)和人員管理系統(tǒng)等,管理人員可基于BIM三維界面查看和管理,提高了施工現(xiàn)場管控及響應能力。

機器人幫忙干活 效率提升超2倍

北京豐臺站還引入了眾多智能設(shè)備,如無人機、智能自動鋼筋剪切機器人、三維掃描儀、VR設(shè)備等,讓建筑工地從傳統(tǒng)的人工作業(yè)變成人與機器人協(xié)同施工,相比于單純的人工操作,大幅提高了施工精度。據(jù)測算,施工效率提升2倍以上。

無人機建立的周邊模型。 中鐵建工供圖

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(xiàn)場拍照,手動建立模型,工作量巨大,F(xiàn)在利用無人機,僅用1周時間就完成了站房周邊6平方公里范圍的現(xiàn)狀建筑、地形采集和數(shù)據(jù)處理!倍瓱o窮說,而三維掃描儀對每一幢建筑物、構(gòu)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。

作業(yè)人員操控放線機器人。 中鐵建工供圖

跟傳統(tǒng)全站儀不同,放線機器人能實現(xiàn)“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(xiàn)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(tǒng)基坑監(jiān)測主要靠人用全站儀,每天采集大量點位,效率低、數(shù)據(jù)響應不及時。豐臺站采用了基坑智能化監(jiān)測系統(tǒng),全天24小時自動監(jiān)測包括基坑沉降、水平位移等數(shù)據(jù),“一旦累計變化值或?qū)崟r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;影踩!倍瓱o窮說。

(責編:鮑聰穎、高星)

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