智能建造在白云站施工管理中的应用

智能建造在白云站施工管理中的应用

宋耀,姚方桦

中铁建工集团第五建设有限公司

摘要：大型站房通常具有大空间、大跨度、造型复杂，基坑开挖深等特点，整体施工和管理难度大，基于BIM的三维可视和自动监测设备的不间断的监测，可以有效的进行施工全过程的预防监管，而基于智能设备的使用，如建筑机器人等也可以缩短工体，减少成本。本文结合工程重难点，详细阐述了智能建造技术在大型站房施工中的应用与效果，以期为类似工程提供借鉴。

关键词：BIM技术；自动监测；建筑机器人

一、项目概况

1、工程背景

新建广州白云站（棠溪站）位于广州市白云区京广线上，车站南距广州站约5km，总规模为11台24线，白云站综合交通枢纽建筑总规模45.3万平米。

2、工程重难点及信息化应用的需求

白云站工程工期紧，工程从2020年10月10日开始，2023年12月31日要完成整体工程的建设，夜间施工频繁，机械设备种类多，临近既有线，传统的监管手段不足以应对24小时全方位覆盖的管理，同时工程质量要求高，需要智能化的管理手段加强对质量的管控，因而项目在进度、质量、安全管理上都存在这对信息化技术的客观需求。

二、信息化技术在施工中的应用

（1）BIM技术协调周边交通疏解

新建广州白云站站房，东侧为一体化东广场地铁12及24号线，西侧为一体化西广场地铁8及22号线，白云站进场施工前，一体化工程已开展深基坑施工，因此，交通疏解及临时设施的策划是本工程的策划重难点。

1、仿真模拟，项目利用BIM技术进行通行车辆的仿真模拟，协助进行施组方案编写优化。

1号道路交通仿真结果分析

2、结合现场情况，编制详尽的、针对性的实施性施工组织设计，合理规划施工组织，在场外设置临时道路和市政道路相接，在场内设置下穿铁轨的涵洞等措施，整个施工过程共进行4次道路改迁。

（2）智能网格管理助力进度管控

新建广州白云站工期紧，任务重，体量巨大，合同额为67.8亿元，其中白云站基坑土方开挖约260万方，混凝土浇筑量约130万立方，钢结构总重11.8万吨，钢筋用量15万吨，且受既有京广线影响，总体施工拟分两期施工，以E轴线为分界线（一期基坑边距既有京广铁路约70m），分界线以西为倒边一期，分界线以东为倒边二期，开工日期为2020年10月10日开工，计划竣工日期为2023年12月31日，共计39个月，工期非常紧张，进度管理是本工程的一个重难点。

针对进度管理实行工作任务清单制，将生产任务层层分解，责任到人，与此同时，根据设计图纸后浇带的设置，提出实行网格化管理的思路。

为优化工期和控制工程进度，项目采用了跳仓法+网格化管理相结合的方式，优化工期，依据清单化的管理思路，将站房施工进行网格化划分，运用网格单元进行跳仓法施工，白云站一期划每层分为47块网格，二期划每层划分为75块网格，每块网格再细分至各个工序，根据工期大节点要求，倒排工期，将工期细化至每一个网格单元、每一道工序，通过每天安排专人采用无人机技术进行航拍，采集每个网格单元的施工进度情况，与计划工期进行对比，并以此形成了一项软件著作权。

（3）焊机机器人保证钢结构焊接质量

在钢结构方面，白云站钢结构总重11.8万吨，造型多样，除了钢管钢结构柱和钢梁外，还有三维曲面造型的钢结构屋面，包含南北侧波浪形“彩带”和东西侧光谷“花瓣”，其中屋面桁架最大跨度64m，花瓣悬臂梁最大悬挑28m，大体量和复杂的结构是本工程施工的重难点

1、项目部前期结合专业队伍应用BIM技术对钢结构从柱角埋件到钢结构屋面进行全方位优化，结合混凝土结构的承重，以及钢结构及吊装机械的自重对钢结构整体施工方案及行车路线进行组织模拟，在钢结构整体提升前，进行提升方案的三维模拟。

2、本工程主体结构大量采用钢骨柱、钢骨梁等结构。劲性钢柱、钢骨梁采用的截面较大且钢板厚度较厚，钢柱现场对接焊缝的焊接质量要求高，且易产生变形，为保证焊接质量，项目采用轨道式智能焊接机器人、钢构爬壁焊接机器人，通过检测的坡口参数自动生成可靠的焊接规范，最后通过生成的焊接规范完成多层多道的自动化焊接，焊缝成形美观，一次无损检测合格率可达99.5%，焊接功效为手工操作的1.5倍。

（4）智能监测技术助力安全管控

白云站站房及相关工程受既有京广线影响，以E轴线为分界线（一期基坑边距既有京广铁路约70m）分两期施工，整体采用倒边施工方法，一期工程主体结构施工距离京广线较远，暂不涉及（邻近）营业线施，待一期承轨层及高架层主体结构施工完成后，移交工作面给站前单位进行施工，同时完成一期站房Ⅲ、Ⅳ股道区域承轨层装饰装修、高架层及17m上盖平台结构上盖，待改迁既有京广铁路至新建Ⅲ、Ⅳ线并开通后，做好Ⅲ、Ⅳ股道营业线施工防护，立即开始二期工程施工。不同单位交叉施工、倒边施工及（邻近）营业线施工，是本工程的重难点

针对安全管理，采用BIM建模进行铁路营业线防护设施的超前谋划及实施，同时引进智慧工地相关的安全管理模块，实行AI智能监测，约束人的不安全行为，控制物的不安全状态，同时针对安全管理开发专门的小程序，具体如下：

1、针对营业线施工管理，项目部通过前期策划，利用BIM技术进行仿真模拟，通过可视化方案效果，最终确定营业线施工防护设施的实施方案，如轨道上方设置钢结构防护棚，站台两侧设置定型化物理隔离和智能预警设备，跨越设定的管控红线实现自动的报警功能。

2、设备管理方面，利用传感器进行塔吊等设备进行监控、利用AI识别摄像头对工人未带安全帽、未穿反光衣、抽烟等人员聚集情况进行识别，通过疫情防控系统，识别进出场工人的疫情信息，保证设备和人员安全。

（5）建筑机器人应用

白云站工程体量大、工期紧，通过施组策划拟高峰时期投入现场施工的作业人员总人数达5000至6000人，随着劳动力的老龄化及日渐短缺，白云站项目积极推广智能建造机器人的应用，在一期工程施工过程中，多道工序使用智能机器人投入施工现场代替传统人工施工，通过使用智能机器人，能有效节省人工，且能大大降低人工劳动强度，提高工作效率，节省工期，同时施工精度高，能保证施工质量，从而产生经济效益。智能机器人的使用使施工操作实现标准化、机械化、智能化，能实现高精度、高质量控制施工。

经统计，白云站一期已使用的5款混凝土结构智能机器人及3款钢结构相关智能机器人，混凝土组合机器人同时使用，可节省人工4人（传统一个混凝土班组11人，使用混凝土机器人后，一个混凝土班组人员减少为7人），人工费用节省约4*400*300=48万元（按每人工资300/d，施工时长为200个工日计算），而使用智能机器人设备增加费约21.5万元，故每使用一组机器人可节省费用26.5万元，施工质量控制有所提升。使用焊接机器人，人工数量不减少，但因为焊接机器人工作效率比人工焊接效率高约1.5倍，都为节点目标的实现创造了条件。

三、结语

白云站项目在施工阶段，利用BIM技术、智能建造及机器人等技术，加强了多工期、安全、质量的管控，并取得了一定的效果，具有一定的推广性。