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新型客运枢纽智能建造技术研究与实践

2024-07-19 13 上传者：管理员

摘要：在新型客运枢纽建设中，通过贯彻管理标准化、建设一体化、数据协同化的管理模式，利用信息化技术搭建数字化管控平台，实现多层级、多维度、全过程的数据互联。同时，在BIM深化仿真应用、BIM+三维扫描技术、智能化装备施工、智能化原材加工等领域进行深入探索，建立以BIM为基础、智能建造为手段的客运枢纽管理体系，为全面实现高效、智能、绿色、低碳等管理目标奠定了坚实的基础。该研究与应用实践可为类似新型客运枢纽的智能化建设提供参考。

关键词：
BIM
三维激光扫描
客运枢纽
智能建造
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随着高铁建设的迅速推进，我国客运枢纽建设迎来快速发展阶段，站城融合的综合性交通枢纽越来越多，且呈现体量大、结构复杂等特点，其对建设施工的集成化、智能化、一体化提出了更高要求。智能建造是工程建造领域的发展方向，是新形势下铁路工程建设发展的必然趋势[1]。在国务院印发的《中国制造2025》中，把智能制造作为国家战略的主攻方向[2]。鉴于此，在新型客运枢纽建设中，开展智能建造技术应用的研究与探索，是提升客运枢纽建设效率、质量和安全性的重要途径。

1、客运枢纽建设管理模式

1.1管理体系化

1.1.1项目标准化

铁路建设项目标准化管理是打造世界一流现代化铁路综合枢纽的重要抓手，具有先进性、科学性、统一性、文化性。各参建单位务必推进铁路建设项目标准化管理，认真贯彻落实“畅通融合、绿色温馨、经济艺术、智能便捷”的站房建设理念和“精心、精细、精致、精品”的站房建设要求[3]，全面争创优质铁路精品客站工程。

一是督促施工单位制定作业标准，引导施工企业主动制定、实施先进标准，提升作业标准；二是组织推广应用先进作业标准[4]，按照“标准建设、试验先行、样板引路”要求，组织施工单位对照标准，落实项目管理团队、工装设备、技术支撑和专业化队伍等资源配置；三是加强作业标准执行检查落实，加强关键工序、关键作业标准的落实情况，检查作业标准人员、材料、设备的配备情况。

1.1.2制度标准化

制度是项目管理的核心抓手：一是健全完善专家治理论证制度，坚持走“专家指导、专家治理、专家论证”之路，发挥站房管理部门核心作用，组织成立对应专业的技术攻关组；二是健全完善重大方案编制评审制度，科学预测质量安全问题，认真落实国家、中国国家铁路集团有限公司（简称国铁集团）建设工程有关重大方案工作要求，确保重大方案的可行性、经济性、实用性；三是统筹完善各阶段质量管理制度，积极协调铁路规划、设计、建设、运维等各个阶段的管理行为与技术要求，严格控制运维风险、积极整合维修资源，提高管理效率；四是进一步完善“一图四表”质量安全风险的管理制度，按照分层管控原则，将责任层层分解落实，强化风险管控；五是健全完善“三全”检查制度，即对全员、全过程、全项目施工现场的检查，不断提升施工现场管理水平。

1.1.3组织标准化

全力整合参建单位技术优势资源，形成9个专业引领小组。结合建设实践，系统总结《站房前期工作指南》《站房安全质量现场检查手册》等一系列成果，为全路站房建设管理提供制度借鉴；完成国铁集团交办的《站房工程突发事件应急预案》编制；组织起草规范标准、培训教材等资料，推动形成更高层次的专业化成果。

通过集中培训、现场实践、岗位交流等方式，全面提升人员综合素质，培养出一批高素质的带头专家、专业管理人才。

1.2建设一体化

1.2.1建维一体化

随着工业4.0时代到来，智能化、数字化成为主流发展方向。其中，智慧车站是铁路智能化的重要组成部分。以BIM技术为抓手、数字孪生为手段，在客站结构等工程的建造施工、运维管理等方面，全面实现智能化、数字化管理；在列车调度、客流引导等方面，全面实现便捷化、高效化管理，提升客站管理水平。

建立建维一体化综合视频监控系统[5]，开展基于AI识别的铁路客站人数统计系统，嵌入式视频监控系统的AI人头检测摄像头硬件处理系统，以及基于客站客流量的信息报表、预警以及综合应用系统的研究。

1.2.2建营一体化

聚焦“交通强国、铁路先行”，深化“强基达标、提质增效”[6]，坚持以国铁集团、中国铁路广州局集团有限公司标准化、规范化建设评价体系为指标引领，以安全优质标准线建设为载体，基于“转观念、定标准、精设计、严管控、建精品”的工作思路，通过提前对接建设、运营2个标准，实现建设标准和管理标准总体统一，最大限度在建设期就为后期运营维管提供便利，全方位打造“建维一体”安全优质精品示范工程。

1.3数据协同化

1.3.1数据采集

(1）通过人工录入方式，采集电子沙盘、工程概览、进度管理、安全管理等相关数据。将数据通过互联网上传至平台服务器，供站房工程信息化建设管理系统使用。

(2）通过各业务系统，自动推送数据至站房工程信息化建设管理系统，如工程进度动态、安全质量业务、环保监测、投资管理业务、设计管理、技术资料、监理管理等业务数据。

(3）通过视频终端、无人机等，采集数据并传输至站房工程信息化建设管理系统，实现数据实时动态展现。

1.3.2数据标准

由BIM组与设计组进行图纸、标准、参数化沟通，为后期项目模型参数化作准备。BIM组、设计组与相应专家进行多次讨论，平衡实际应用与Revit软件本身功能，编写《构件属性表》。相关数据标准见图1。

2、智能建造技术应用

2.1统一的数字化管控

2.1.1多元数据融合调度指挥系统

智慧客站BIM建设管理平台是在调研全路各个大型站房枢纽信息化管理成效后，基于新型客运枢纽需求，在借鉴其他站房优秀成果的基础上定制研发的（见图2）。作为首个铁路局集团公司级管理平台，为实现多层级项目管理，将在建项目安全、质量、进度等数据集成于统一的数字化管控平台。基于该平台统一呈现各单位子应用系统数据，创新性地深度运用无人机、巡检机器人、小程序等，识别生成室内外720°高精度全景、现场机器人巡检视频、问题库闭环等管理数据，集成钢结构健康监测、电子档案等数据，形成多平台、多维度、全过程数据互联，档案资料一键组卷移交，实现无纸化、数字化、智能化管理，最终实现真正意义上的铁路客站工程数字化交付应用。

图1数据标准

图2智慧客站BIM建设管理平台界面

2.1.2客站工程系统看板

基于BIM技术展示客站工程投资、进度、质量、安全、监测、施工现场等建造和管理业务建设全景图，实现多个项目管理，对预警数据、工程调度、重难点施工状态进行实时提示[7]，将多方面信息资源兼蓄并容，运用大数据挖掘技术，实现按地理空间坐标体系进行的数据管理、可视化展示、工程建设信息统计分析，优化工程项目信息管理，为客站工程建设管理与决策提供多层次、多功能的信息服务，打造可感知的虚体建造现场。建设内容具体涵盖以下几个方面：

(1）建设业务展示。

基于虚拟仿真技术模拟施工过程，直观地反映项目设计、施工成果，为建设过程管理提供数据支持；依托BIM技术，串联各专业、各维度数据，进行宏观大尺度分析预测。

(2）实时预警提示。

利用BIM的可视化、一体化、参数化特性，在施工阶段集成和实时呈现工程建设过程中各专业的预警数据、工程调度任务及重难点施工状态，提高非专业人员管理能力，推动项目施工管控精细化，显著提升项目管理效率。

(3）建设业务虚拟现场。

建立BIM应用体系和关键技术，融合投资、质量、安全、进度、监测和施工现场等业务场景，结合漫游、VR等技术，打造虚拟施工现场。

2.1.3钢结构全生命周期管控系统

建立钢结构全生命周期管理平台，打通钢结构工程全生命周期管理数据链，以构件为单位，将钢结构管理分为设计、深化、生产、运输、安装、交验6个阶段（见图3）。所有阶段的过程资料均与三维模型相关联，实现钢结构BIM全生命周期智能建造新模式[8]。

2.2智慧化BIM应用

为加强对施工质量和深化精度的管理工作，在辅助设计、节点建模、施工方案论证、复杂溶洞地质仿真、管综路由深化、砌体造型深化、钢结构施工方案优化、幕墙、装饰、膜结构施工与设计等方面进行积极的BIM技术应用。

图3钢结构全生命周期管理平台界面

2.2.1复杂溶洞地质仿真

复杂的地质问题是现场施工的常见难点，如溶洞见洞率高等。依据超前钻资料，应用BIM技术建立地质详勘模型，详细展示地质构造并进行三维可视化交底，指导处理溶洞施工，同时对溶洞注浆工程量进行统计。

2.2.2管综路由深化

基于BIM深化模型进行管综优化排布，提高净空、减少碰撞，并进行施工模拟。出具管线综合布置图、各专业施工图、安装详图、支吊架定位图等，同时进行漫游审查等辅助现场施工，提升了机电工程施工的质量和美观度（见图4）。

图4管综路由深化

2.3 BIM+三维激光扫描技术

三维激光扫描技术通过高效率、高精度、非接触式的主动测量方式[9]，可在多种恶劣观测条件下进行外业扫描，快速获取目标表面三维坐标数据，形成海量三维激光点云。利用所获得的高密度点云生成三角网，构建数字BIM模型（见图5）。

图5 BIM+三维激光扫描技术

利用BIM+三维激光扫描技术进行正向或逆向应用，可显著提升现场的高精度测量、放线等工作效率。在项目设计、施工、运维管理等全生命周期，均能够高效、完整地记录施工现场的复杂情况，并与BIM模型进行对比分析。该技术应用为工程质量检查、问题诊断、进度监控、变更管理等提供了有力的技术支持。通过数据的精确获取和实时分析，及时发现、解决问题，确保项目顺利进行。

基于无人机倾斜摄影、逆向实景建模等技术，在施工现场对钢结构进行变形监测，将自动算法与人工配准相结合[10]，对倾斜摄影密集点云和三维激光点云进行配准，得到高精度的融合点云模型。目前，完成无人机航飞350期次、倾斜摄影350期次，大幅提升了施工管理效率和智慧化应用水平。

2.4智能化装备施工

国家“十四五”规划《建筑业信息化发展纲要》中明确提出，“加快推动建筑业信息化发展；大力发展建筑业信息化应用，实施智能建筑、新型人际交往空间等‘智慧建筑’项目”。积极推广自动化装备应用，取代施工过程中的繁重劳力及危险作业，可提升项目标准化施工水平。智能化装备主要包括：智能随动布料机器人、地面抹平机器人、地面整平机器人、三维激光扫描机器人、地面抹光机器人、焊接机器人、巡检机器人、自动放线机器人等（见图6）。

相比传统的施工方式，智能化装备能够通过视觉、声音、传感器等多种方式感知周围环境，实现自主导航、自主控制等重要功能，有效减少建筑工人操作时间，提升建筑施工效率和质量。对于精度要求较高的工艺，还能够显著减少人为误差。以巡检机器人为例，已巡检3 200余次，完成安全预警900余次。

图6智能化装备

2.5智能化原材加工

2.5.1智能化钢筋集中加工

通过优选智能化设备，可直接避免或减少人工生产导致的误差，实现钢筋加工设备标准化。机械自动作业效率高、加工精度高，并有效利用废料、节约原材，大幅提升了钢筋加工效率。采用全自动套丝机、全自动滚焊机、钢筋笼自动滚焊机、五机头数控弯箍机等多种智能化设备，从而达到“机械化换人、自动化减人、智能化无人”效果。

2.5.2智能化钢结构加工

基于先进的数字化技术和智能制造理念，为建筑项目在智能化钢结构加工领域的应用注入新的活力。通过数字化设计和BIM技术应用，实现结构元件的精准建模与设计，提升了整体建筑质量。自动化设备和机器人的广泛应用，推进了钢结构生产、施工进程，提升了钢结构加工效率和项目经济效益。利用先进的检测、监控技术，及时发现、纠正生产中存在的问题。智能化钢结构加工系统的灵活性，使其能够满足不同项目的定制需求，并降低了成本；另外，自动化生产还能提高工作安全性，减少工人接触危险环境的机会；其数据化管理使生产过程更透明、可追踪，有助于优化工艺、提高整体生产效能。

3、结束语

随着我国客运枢纽建设飞速发展，智能建造技术在新型客运枢纽项目的应用已成为行业发展的重要趋势。基于客运枢纽智能建造技术实践，依托智能建造技术在施工、管理等方面的应用优势，建立数字化管控平台，在BIM深化仿真、智能化装备施工、智能化原材加工、BIM+三维激光扫描等方面深度应用，显著提升了项目管理效率、降低了能耗、增加了安全性。

利用智能建造技术，使客运枢纽建设项目的设计更精准、施工更高效、管理更智能，奠定了客运枢纽可持续发展的基础。然而，智能建造技术的发展与应用仍面临诸多挑战，如技术集成、人才培养、政策支持等方面仍存在一定问题。为此，需要继续加强研究，完善相关技术和人才培养，推动智能建造技术在客运枢纽建设中的广泛应用。

未来，随着人工智能、物联网、大数据等技术不断发展，智能建造技术应用将进一步完善和提升，未来客运枢纽智能建造具有更广阔的发展前景，可期待通过不断的技术创新与实践探索，为客运枢纽建设贡献更多智慧与力量，共同推动交通基础设施智能化发展，最终实现智能建筑与智慧城市愿景。

参考文献:

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[5]杨天骄.下一代铁路综合视频监控系统发展方向探讨[J].铁道通信信号,2020,56(6):28-32.

[6]陆东福.奋勇担当交通强国铁路先行历史使命努力开创新时代中国铁路改革发展新局面:在中国铁路总公司工作会议上的报告(摘要)[J].铁路计算机应用,2019,28(1):1-8.

[7]崔桐赫,郭祥,王焕松,等.基于BIM的站房网格化进度管理系统设计与应用[J].铁路技术创新,2023(1):7-14.

[8]曹少卫,严心军,董无穷,等.钢结构工程全生命周期管理平台在高铁站房工程中的研究与应用[C]//中国图学学会土木工程图学分会.第八届BIM技术国际交流会:工程项目全生命期协同应用创新发展论文集.北京:中铁建工集团有限公司建筑工程研究院,中铁建工集团有限公司北京分公司,2021.

[9]张平.倾斜摄影和激光扫描技术在城市三维建模中的融合应用研究[J].城市勘测,2018(4):99-103.