配圖:夕陽下的雄安站正在建設(shè)中。中鐵建工集團供圖
京雄城鐵的數(shù)個“第一”
■京雄城際鐵路創(chuàng)造的世界、中國第一
■世界第一條時速350公里列車下穿航站樓的高鐵
■世界第一個擁有全生命周期BIM三維檔案的車站——雄安站
■國內(nèi)首條高鐵與機場無縫換乘的線路
■國內(nèi)首條全過程運用鐵路BIM標(biāo)準設(shè)計的智能高鐵
■國內(nèi)首批5G信號全覆蓋的高鐵站——大興機場站、雄安站
■國內(nèi)首個人臉、身份證、護照、港澳通行證都可“刷”進站的高鐵站——大興機場站
■雄安站占地面積相當(dāng)于30個足球場,用鋼量幾乎等同于4艘遼寧艦
■雄安站鋼結(jié)構(gòu)焊絲能繞地球100圈
■雄安站執(zhí)行國家綠色建筑最高三星標(biāo)準
天安門向南46公里,北京大興國際機場像一只金鳳凰,展翅欲飛。作為鸞翼的重要血脈,92.4公里的京雄城際鐵路從這里延展開來,要在首都北京這座千年古城和河北雄安這座未來的“千年之城”之間,架起一座高速流動的橋梁。
71項智能化設(shè)計、首個5G高鐵站、10萬平方米光伏屋頂、全生命周期三維數(shù)字檔案、自然簡潔的裝飾風(fēng)格、鳳棲梧桐的文化元素……9月20日,京雄城際北京段開通前接受媒體探訪,線路全貌初顯,令人震撼。92.4公里,濃縮了千年時光,凝聚著中國智慧。它是世界眼光、國際標(biāo)準、中國特色、高點定位之下的智能高鐵新標(biāo)桿,也將成為復(fù)興路上中國鐵路高質(zhì)量發(fā)展的新樣板!
71項
從“肌體”到“骨骼”充滿智能元素
“鳳非梧桐不棲”。步入京雄城際鐵路大興機場站候車廳,地板上的特殊花紋映入眼簾。設(shè)計師為這個由四只鳳羽角對角拼接而成圖案取名“鳳棲梧桐”,結(jié)合站廳內(nèi)以鳳尾為主題的文化墻,盼望京津冀地區(qū)能“栽下梧桐樹,引得鳳凰來”。
車站主吊頂采用穿孔鋁板和整體式發(fā)光天棚,天棚設(shè)有4檔調(diào)節(jié)功能,可以根據(jù)運營需求分時段調(diào)整光照,節(jié)能降耗；穿孔吊頂則能提升車站空間感并吸收噪音,營造舒適的乘車環(huán)境。
從進站通道走過,墻面采用了背漆玻璃,與紅色色帶和弧形墻面一起營造出復(fù)興號動車組的外觀,乘客行在其間猶如走在復(fù)興號車廂里。“車廂”上裝飾的LED窗戶,還可以播放車次信息和視頻。
基于物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、BIM等前沿科技,京雄城際鐵路的智能化進一步升級,智能化設(shè)計多達71項。
刷臉進站更酷了——人臉、身份證、護照、港澳通行證,都可作為電子票“刷”進站。“我的車票我做主”!乘客可以在自助終端打印報銷憑證,自己補辦身份證件,自己辦理退票、改簽、變更等業(yè)務(wù)。找不到換乘口怎么辦?來掃一掃吧!多功能智能終端設(shè)備可以幫助乘客在站內(nèi)導(dǎo)航,并回答基本的求助問題。
這是國內(nèi)首次,高鐵與機場無縫換乘。“從城際鐵路出站后,100米之內(nèi)就能換登機牌。”中國鐵路設(shè)計集團有限公司京雄城際項目站場專業(yè)負責(zé)人朱紅鋒說,未來,城際鐵路公交化,高鐵換乘會像坐公交一樣方便。
為了營造舒適的出行環(huán)境,建設(shè)者們首次在車站2臺6線最中間的2條軌道建設(shè)了隔墻,相當(dāng)于在站內(nèi)形成一個隧道。“列車從中間軌道高速通過不停車,隔墻能將噪音降低。”中國鐵路設(shè)計集團有限公司京雄城際項目環(huán)保專業(yè)負責(zé)人牟忠霞說。
京雄城際鐵路從大興機場站穿行而出,為了最大限度減少對現(xiàn)有城市的切割,鐵路在全程高架中奔向雄安站。這里將在2020年初完成站房主體結(jié)構(gòu)施工,當(dāng)年年底前可投入使用。
這是一座5G信號全覆蓋的高鐵站。一部10G視頻,4G下載需15分鐘,5G僅需9秒；4K、8K直播、VR、AR游戲可以在這里照進現(xiàn)實了。未來,5G可能完全顛覆現(xiàn)在的乘車體驗。
這是一座被10萬平方米光伏屋頂覆蓋的車站。巨大的橢圓形屋頂就是能量收集場,利用太陽能將電力源源不斷輸送出去。屋頂中間被一條寬15米的縫隙分成兩半,在車站內(nèi)形成一道“光谷”。
“光谷將京雄、京港臺臺場與津雄臺場的站臺自然分割開來,還能夠解決橋下候車廳的采光問題。光谷下方,我們設(shè)計了室外景觀庭院,將自然光線和崇尚綠色的理念引入站內(nèi)。”中國鐵設(shè)建筑院總工程師陶然說。
寬120米、深300米的地面候車廳,大膽嘗試了整體清水混凝土裝飾。裸露的混凝土結(jié)構(gòu)在自然光中呈現(xiàn)出獨特的空間美學(xué),令車站內(nèi)部寬敞通透,讓人直觀感受到建構(gòu)一體的理念。
這是一座擁有全生命周期三維數(shù)字檔案的建筑。“過去建鐵路站點要給國家交二維圖紙,雄安站我們采用了BIM‘陪伴式’設(shè)計,工程完工后,將移交全生命周期的三維數(shù)字檔案。”陶然說。
“這意味著整個建筑的每個細節(jié)都可追溯。”中國鐵設(shè)京雄城際項目四電專業(yè)負責(zé)人任超說,比如一個螺釘壞了,維修人員可以查詢到這個釘是哪個廠家生產(chǎn)、如何安裝的,確保正確維護。一些重要設(shè)備和節(jié)點,安裝了感應(yīng)設(shè)備,可以就健康狀況自己發(fā)出“警報”。
京雄城際鐵路的智能基因不僅存在于“肌體”,更深入“骨骼”?；贐IM和GIS等技術(shù),在沒有開工之前,設(shè)計人員已經(jīng)用數(shù)字模擬出了整條鐵路,每個點都能與現(xiàn)實吻合。
勘測階段,設(shè)計師們大規(guī)模運用激光雷達測繪技術(shù)和遙感技術(shù),通過三維協(xié)同等技術(shù)提升了工作效率,減輕了技術(shù)人員的現(xiàn)場工作強度。
在大興機場站施工過程中,關(guān)鍵工序每天可達上百人施工,如何讓每個工人知道自己該干什么、怎么干?中鐵北京工程局北京公司利用BIM技術(shù),對工人進行可視化交底,讓他們直觀看到重點部位甚至細節(jié)部位的施工安排和管線排布情況。
BIM技術(shù)還幫助建設(shè)者加快了施工進度。無砟軌道施工工期緊,作業(yè)空間小,物資運輸難,施工計劃以“小時”為單位。為了幫助工人準確理解施工方案,項目部利用BIM技術(shù)進行4D施工進度模擬,計算出每個工序相隔不超過2個小時,一個循環(huán)不超過16小時的最佳施工方案。正常6個月的施工工期,以平均1天完成3天工作量的速度進行,工期整整縮短了3個月。
在鋪軌階段,基于北斗衛(wèi)星和GIS技術(shù),一張定位“大網(wǎng)”為鋪軌作業(yè)提供全流程智能化服務(wù)。鋪軌機身前后方安裝攝像頭,實時傳輸線路上機車運行畫面和行駛速度。
BIM技術(shù)還被用于實現(xiàn)安全管理。進入中鐵建工集團雄安站施工場地,智能門禁系統(tǒng)把住第一道安全關(guān)。任何人通過這個門禁系統(tǒng),都要實名驗證、軌跡追蹤。通過監(jiān)測系統(tǒng),工地還實現(xiàn)了對塔吊、深基坑等施工設(shè)備、環(huán)境的安全監(jiān)測。
為了確保安全培訓(xùn)不再是“紙上談兵”,中鐵北京工程局北京公司項目部建立了全集團首家VR安全體驗館。通過模擬現(xiàn)場施工環(huán)境,在容易出現(xiàn)安全問題的地方以動畫和游戲的形式進行現(xiàn)實演示,寓教于樂,形象生動地展示了現(xiàn)場易出現(xiàn)的安全問題。
一種信念
攻堅克難,在一次次涅槃中重生
作為支撐北京新兩翼展翅高飛的“動脈線”,實施千年大計的“起跑線”,京雄城際在追求高品質(zhì)中遭遇了多種難題。
這是世界首次,列車要以350公里的時速下穿機場航站樓,如何在高速震動中保證航站樓的安全?
“我們的挑戰(zhàn)是無先例可循。”中國鐵設(shè)京雄城際隧道專業(yè)負責(zé)人葉少敏說。為了最大限度減少震動,建設(shè)者不僅在列車軌道和軌道之間放置了減震墊,還將航站樓變成一個奇幻世界:在相當(dāng)于地下6層樓的地方,9664根鋼筋混凝土灌注樁配合1232個減震墊,讓整個建筑成為世界最大的單體隔震建筑。
高鐵穿越航站樓,走的是一條約12公里的隧道,這條隧道需要下穿永興河。“正常工期要60多天,但我們必須在40天內(nèi)完工!否則一旦遇到汛期強降雨,河水可能通過隧道倒灌入機場,后果不堪設(shè)想。”回想起當(dāng)時的情景,中鐵北京工程局北京公司京雄項目二標(biāo)副總工程師劉立新仍然感到后怕。
項目總工程師余茂東堅持通過優(yōu)化施工方案爭取時間。比如,在拱頂涂膜防水施工前一個月,多次召集廠家、技術(shù)員等召開研討會,通過大量試驗改進施工方法,最終整個工期縮短了34.5小時。經(jīng)過現(xiàn)場800余名工作人員晝夜不間斷努力,隧道完工時距離7月主汛期僅剩5天。
隧道建成,設(shè)計師們最擔(dān)心的是出現(xiàn)“變化”。隧道所處地段處于京津冀沉降漏斗區(qū),沉降情況每年變化,且漏斗區(qū)外圈沉降小,中間沉降大,這對建設(shè)百年工程提出巨大挑戰(zhàn)。
“我們搜集了過去30年這個地區(qū)的區(qū)域沉降情況,模擬計算出百年內(nèi)差異沉降對隧道結(jié)構(gòu)的影響。”葉少敏說,一般的高鐵山嶺隧道幾公里才建一條沉降縫,但這里大約五六十米就需要建一條。為了持續(xù)監(jiān)測隧道安全,建設(shè)者在隧道內(nèi)埋設(shè)了800個光纖感測元件,35萬米的數(shù)據(jù)傳輸光纖,作為隧道的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”,通過技術(shù)手段構(gòu)建了一條上萬個節(jié)點組成的數(shù)字隧道,“沉降錯位1毫米就能感知并實現(xiàn)報警”。
在雄安站,20000多名建設(shè)者同樣不眠不休,要為雄安新區(qū)打造一座經(jīng)得起歷史檢驗的綜合交通樞紐。京雄、京港臺、津雄鐵路等多條軌道交通和地面公交、出租車等將在這里實現(xiàn)立體換乘。
“雄安站站場總規(guī)模為11臺19線,占地面積相當(dāng)于30個足球場。用鋼量達27萬噸,幾乎等同于4個遼寧艦。”中國鐵設(shè)雄安站總負責(zé)人鐘京說。
鋼結(jié)構(gòu)施工,焊接是重要工序。中鐵建工集團雄安站項目部黨支部書記王星運介紹,雄安站鋼結(jié)構(gòu)焊縫共計32萬條,總長度約800千米,需焊絲7700噸,僅焊絲連起來就能繞地球100圈。
“焊接施工要求很高,每條焊縫都要來回焊接100多次才能完成。”王星運說,鋼板厚度最大80毫米,鋼結(jié)構(gòu)分段重量最大達36噸,給運輸、安裝等也帶來了難題。
為解決這些難題,建設(shè)者分段運輸、分段安裝,還在距離項目施工現(xiàn)場1公里的地方建了一座占地19480平方米的智能化數(shù)控鋼筋加工廠?？偣こ處熗鯉r帶領(lǐng)BIM技術(shù)團隊,通過三維可視化模擬,對主要施工階段的交通組織、大型設(shè)備配置、材料堆場、臨建設(shè)施使用等進行科學(xué)規(guī)劃,確保施工有序進行。
建設(shè)的另一個難點是清水混凝土施工。這種工法并不鮮見,但要在寬120米、深300米的候車廳內(nèi)整體使用,每道工序都要精益求精。
“要確保鋼筋原材無任何銹蝕及污漬,每道模板接縫要精雕細刻,不能漏一點水泥漿,這樣才能保證清水混凝土的整體觀感效果。”中鐵建工集團雄安站項目部技術(shù)人員楊月新說。
簡單的空間帶來美的享受,但大量電纜、電線卻無處可藏了。據(jù)介紹,雄安站布設(shè)的電纜長度超過100萬米,如何布線給設(shè)計人員提出了挑戰(zhàn)。
“十幾個專業(yè)的管線要在逼仄的空間里找地方,經(jīng)常打架。而且電纜很粗,轉(zhuǎn)彎半徑很小,如果用二維圖進行設(shè)計,施工單位在實際操作中可能發(fā)現(xiàn)實施不了,需要返工。”陶然說,BIM的三維設(shè)計優(yōu)勢幫助我們解決了整個難題。雖然增加了設(shè)計工作量,但提高了設(shè)計精度,節(jié)約了建設(shè)時間和成本。
京雄城際設(shè)計、建設(shè)階段可謂步步有艱險、時時遇難題。但有一件事情,讓參建各單位都覺得難。
大興機場站開工后,余茂東前后花費近3個月時間優(yōu)化車站地下結(jié)構(gòu)、混凝土配合比、水泥人造石等10余項施工方案,每次優(yōu)化方案都需要大量匯報、解釋工作。
這個挑戰(zhàn)設(shè)計師們也感受頗深。雄安站是站城一體的設(shè)計,需要統(tǒng)籌鐵路、軌道、公交、人防和地方業(yè)主的多種需求。設(shè)計方案10個月內(nèi)已經(jīng)溝通了幾十次,現(xiàn)在仍在協(xié)調(diào)。陶然說,站城一體的綜合交通樞紐我國還剛剛起步,需要摸著石頭過河。比如,投資怎么劃分?管理怎么劃分?更深層的問題是,鐵路站房和城市融合,需要打破現(xiàn)有建設(shè)模式,實現(xiàn)統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一設(shè)計、統(tǒng)一建設(shè)。
“我們的方案都是在反反復(fù)復(fù)中找到了最佳路徑。”余茂東說,京雄城際鐵路引入的鳳凰文化讓我想到了涅槃重生,這是不怕流血、向死而生的豪情。鐵路人也要有這種勁頭,經(jīng)歷涅槃、突破自我,拿出經(jīng)得起歷史檢驗的作品。
30分鐘
以中國速度成就雄安質(zhì)量、樣板工程
今天,從北京城區(qū)到白洋淀要87分鐘；未來,高速列車只需30多分鐘就能將乘客從北京城區(qū)帶到雄安新區(qū)。中國速度壓縮了京雄之間的時空距離,也成就了連接千年古城與“千年大計”的京雄城際。
專家們認為,京雄城際作為我國智能高鐵的新標(biāo)桿、鐵路高質(zhì)量發(fā)展的新樣本,不能用單一經(jīng)濟維度來衡量,還要兼顧生態(tài)效益、社會效益和文化價值。這些觀點化為綠色京雄、人文京雄、精品京雄的追求,體現(xiàn)在京雄鐵路建設(shè)過程的點點滴滴。
——綠色是前提。“雄安站是一座綠色建筑。”鐘京說,光伏屋頂收集的能源,能夠滿足車站用電的20%；雄安站執(zhí)行了國家綠色建筑最高的三星標(biāo)準,新材料、新技術(shù)的應(yīng)用幫助站房在展現(xiàn)現(xiàn)代感的同時更加綠色、環(huán)保。
車站中央的“光谷”不僅能為建筑提供采光,節(jié)約電能,還增加了空間通風(fēng)。“在這里,乘客的感覺和其他高鐵站是極為不同的。”陶然說,整個建筑更加開放,雨棚沒有吊頂,清水混凝土裝飾能讓人看到外露的建筑肌理,創(chuàng)造了人和建筑對話的空間。
綠色理念也體現(xiàn)在施工中。雄安站的施工現(xiàn)場,熱火朝天又井然有序。來來回回的灑水車不斷將路面浸濕,避免揚塵。圍繞著施工場地,自動噴淋裝置不停地噴出水霧——智能環(huán)保動態(tài)監(jiān)測、揚塵監(jiān)測及自動噴淋,為綠色施工提供了保障。從雄安站項目部到施工現(xiàn)場,“暢通融合、綠色溫馨、經(jīng)濟藝術(shù)、智能便捷”的標(biāo)語隨處可見。
在大興機場站建設(shè)中,項目部每天灑水5次,重點部位、裸露土方幾乎100%苫蓋。施工結(jié)束后,項目部用23個小時將5個廠家70個集裝箱、85個板房清理干凈,配合了機場的建設(shè)進度。
——人文是核心。人文的核心是重視人,尊重人,關(guān)心人,愛護人。在京雄城際鐵路的設(shè)計中,設(shè)計師們特別提出了鳳凰文化。“鳳凰其色五彩,身具五德。”“是鳥也,飲食自然,自歌自舞,見則天下安寧。”設(shè)計者們希望這種祥瑞之鳥,能夠賦予京雄城際獨特的能量,給京津冀約21萬平方公里、1.1億人口的土地,持續(xù)注入人流、物流、信息流。
“屆時,雄安新區(qū)能夠與北京、天津形成半小時交通圈,便利沿線群眾出行,也提高了雄安新區(qū)對周邊的輻射能力,有助于京津冀地區(qū)打造世界級城市群。”中國鐵設(shè)運輸規(guī)劃院副總工程師陳波說。
“高質(zhì)量發(fā)展是關(guān)于人的事情。”中國城市規(guī)劃設(shè)計研究院總規(guī)劃師朱子瑜指出,營造出高品質(zhì)的空間,才能吸引人、留住人、留住心。
雄安新區(qū)正在尋求以不偏不倚的中國傳統(tǒng)智慧留住人們的心,京雄城際鐵路放大了源于其中的科技元素。
從高空俯瞰,毗鄰白洋淀的雄安站狀似荷葉上的一滴露珠。“我們按照水文化,把站房的整體造型做成橢圓形,用藍色漸變的形式呼應(yīng)水文化,寓意為清泉源頭,風(fēng)吹漣漪。”陶然說。
按照雄安城市規(guī)劃的要求,京雄城際鐵路在雄安建設(shè)了全國第一個全地下的牽引變電所。“難題是設(shè)備、高壓電網(wǎng)需要通風(fēng)散熱,且地下空間逼仄不利于大型設(shè)備安裝。”任超說,我們專門設(shè)計了一個吊裝通道,讓設(shè)備坐“電梯”抵達地下站房。為了減輕后期維護人員壓力,建設(shè)者在這個變電所的各項設(shè)備上安裝了感應(yīng)器材,讓它成為一個智能化、無人值守的變電站。
——精品是目標(biāo)。在京雄城際鐵路建設(shè)全過程,鐵路人不斷追求精益求精。
京雄城際是我國第一條全過程運用鐵路BIM標(biāo)準設(shè)計的智能高鐵。“京雄城際的智能化是全方位的,是建設(shè)初期至開通運營全過程的系統(tǒng)建設(shè),各項智能化技術(shù)在與京雄城際鐵路深度碰撞融合過程中,也為中國鐵路智能化的發(fā)展拓展了思路。”任超說,通過京雄城際智能化建設(shè),推進我國高鐵智能化技術(shù)標(biāo)準進一步完善,能夠確保智能化技術(shù)落地應(yīng)用更加穩(wěn)定。
“攀登永無止境。我們必須在柱子里多埋幾根管線,多預(yù)留接線通道,給未來留下接入空間。”任超說,人們已經(jīng)在考慮由機器人施工、機械手臂維護機房了。未來,鐵路可能會變成技術(shù)密集、技術(shù)領(lǐng)先的行業(yè)。
雄安站是世界第一條擁有全生命周期BIM三維檔案的車站。后期維護時,工作人員只需調(diào)閱資料,便可根據(jù)檔案找到最佳方案。
施工工藝大量創(chuàng)新。大興機場站地面采用了水泥人造石,它的工藝比傳統(tǒng)水磨石增加十幾道工序,且流程嚴苛。水泥、骨料、石粉等原材料的選用標(biāo)準高、偏差控制嚴,一個環(huán)節(jié)不到位都可能造成水泥人造石開裂、收縮、空鼓。余茂東組織技術(shù)人員反復(fù)進行試驗,經(jīng)過30天的數(shù)據(jù)采集、計算分析,終于找到一套最佳工藝,實現(xiàn)了技術(shù)突破。
項目結(jié)束前,中鐵北京工程局北京公司京雄城際項目部申請專利發(fā)明14項,形成全標(biāo)段綜合施工總結(jié)一冊,為我國鐵路創(chuàng)新發(fā)展做出了積極貢獻。
“京雄城際設(shè)計團隊近300人,為了這個工程傾盡全力。但這不是我們創(chuàng)造的奇跡,是偉大的時代、祖國的發(fā)展,造就了這個奇跡。”中國鐵設(shè)京雄城際項目總體設(shè)計師肖銳說。
“快、快、快!近30年,中國鐵路發(fā)展讓世人驚訝。”45歲的陶然出生在鐵路邊,成長為鐵路人,他最深的感慨是目睹鐵路巨變——從0公里到近3萬公里,高鐵營業(yè)里程居世界之首。從引進國外機車到自主研發(fā)復(fù)興號,技術(shù)進步已領(lǐng)跑世界。每小時350公里,是目前世界上高鐵運營的最高速度。剛剛過去的暑運,全國鐵路旅客發(fā)送量超7億人次,相當(dāng)于全中國一半的人乘火車出行……
下一步,中國鐵路將在智能化的快車道上繼續(xù)奔跑。中國國家鐵路集團有限公司董事長陸東福說,中國鐵路將在智能建造、智能裝備、智能運營、智能養(yǎng)護維修、智能服務(wù)等方面大力推進技術(shù)創(chuàng)新和管理創(chuàng)新,全面提升中國高鐵智能化水平,讓人民群眾有更多獲得感,為世界高鐵建設(shè)發(fā)展提供中國方案。（記者丁靜、關(guān)桂峰）
