配圖:夕陽下的雄安站正在建設中。中鐵建工集團供圖
京雄城鐵的數個「第一」
■京雄城際鐵路創造的世界、中國第一
■世界第一條時速350公裡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
■國內首條高鐵與機場無縫換乘的線路
■國內首條全過程運用鐵路BIM標準設計的智能高鐵
■國內首批5G信號全覆蓋的高鐵站——大興機場站、雄安站
■國內首個人臉、身份證、護照、港澳通行證都可「刷」進站的高鐵站——大興機場站
■雄安站佔地面積相當於30個足球場,用鋼量幾乎等同於4艘遼寧艦
■雄安站鋼結構焊絲能繞地球100圈
■雄安站執行國家綠色建築最高三星標準
天安門向南46公裡,北京大興國際機場像一隻金鳳凰,展翅欲飛。作為鸞翼的重要血脈,92.4公裡的京雄城際鐵路從這裡延展開來,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項智能化設計、首個5G高鐵站、10萬平方米光伏屋頂、全生命周期三維數字檔案、自然簡潔的裝飾風格、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公裡,濃縮了千年時光,凝聚著中國智慧。它是世界眼光、國際標準、中國特色、高點定位之下的智能高鐵新標杆,也將成為復興路上中國鐵路高質量發展的新樣板!
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帘。設計師為這個由四隻鳳羽角對角拼接而成圖案取名「鳳棲梧桐」,結合站廳內以鳳尾為主題的文化牆,盼望京津冀地區能「栽下梧桐樹,引得鳳凰來」。
車站主吊頂採用穿孔鋁板和整體式發光天棚,天棚設有4檔調節功能,可以根據運營需求分時段調整光照,節能降耗；穿孔吊頂則能提升車站空間感並吸收噪音,營造舒適的乘車環境。
從進站通道走過,牆面採用了背漆玻璃,與紅色色帶和弧形牆面一起營造出復興號動車組的外觀,乘客行在其間猶如走在復興號車廂裡。「車廂」上裝飾的LED窗戶,還可以播放車次信息和視頻。
基於物聯網、人工智慧、大數據、雲計算、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列印報銷憑證,自己補辦身份證件,自己辦理退票、改籤、變更等業務。找不到換乘口怎麼辦?來掃一掃吧!多功能智能終端設備可以幫助乘客在站內導航,並回答基本的求助問題。
這是國內首次,高鐵與機場無縫換乘。「從城際鐵路出站後,100米之內就能換登機牌。」中國鐵路設計集團有限公司京雄城際項目站場專業負責人朱紅鋒說,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境,建設者們首次在車站2臺6線最中間的2條軌道建設了隔牆,相當於在站內形成一個隧道。「列車從中間軌道高速通過不停車,隔牆能將噪音降低。」中國鐵路設計集團有限公司京雄城際項目環保專業負責人牟忠霞說。
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有城市的切割,鐵路在全程高架中奔向雄安站。這裡將在2020年初完成站房主體結構施工,當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遊戲可以在這裡照進現實了。未來,5G可能完全顛覆現在的乘車體驗。
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採光問題。光谷下方,我們設計了室外景觀庭院,將自然光線和崇尚綠色的理念引入站內。」中國鐵設建築院總工程師陶然說。
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。裸露的混凝土結構在自然光中呈現出獨特的空間美學,令車站內部寬敞通透,讓人直觀感受到建構一體的理念。
這是一座擁有全生命周期三維數字檔案的建築。「過去建鐵路站點要給國家交二維圖紙,雄安站我們採用了BIM『陪伴式』設計,工程完工後,將移交全生命周期的三維數字檔案。」陶然說。
「這意味著整個建築的每個細節都可追溯。」中國鐵設京雄城際項目四電專業負責人任超說,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、如何安裝的,確保正確維護。一些重要設備和節點,安裝了感應設備,可以就健康狀況自己發出「警報」。
京雄城際鐵路的智能基因不僅存在於「肌體」,更深入「骨骼」。基於BIM和GIS等技術,在沒有開工之前,設計人員已經用數字模擬出了整條鐵路,每個點都能與現實吻合。
勘測階段,設計師們大規模運用雷射雷達測繪技術和遙感技術,通過三維協同等技術提升了工作效率,減輕了技術人員的現場工作強度。
在大興機場站施工過程中,關鍵工序每天可達上百人施工,如何讓每個工人知道自己該幹什麼、怎麼幹?中鐵北京工程局北京公司利用BIM技術,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部位的施工安排和管線排布情況。
BIM技術還幫助建設者加快了施工進度。無砟軌道施工工期緊,作業空間小,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,基於北鬥衛星和GIS技術,一張定位「大網」為鋪軌作業提供全流程智能化服務。鋪軌機身前後方安裝攝像頭,實時傳輸線路上機車運行畫面和行駛速度。
BIM技術還被用於實現安全管理。進入中鐵建工集團雄安站施工場地,智能門禁系統把住第一道安全關。任何人通過這個門禁系統,都要實名驗證、軌跡追蹤。通過監測系統,工地還實現了對塔吊、深基坑等施工設備、環境的安全監測。
為了確保安全培訓不再是「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。通過模擬現場施工環境,在容易出現安全問題的地方以動畫和遊戲的形式進行現實演示,寓教於樂,形象生動地展示了現場易出現的安全問題。
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中遭遇了多種難題。
這是世界首次,列車要以350公裡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?
「我們的挑戰是無先例可循。」中國鐵設京雄城際隧道專業負責人葉少敏說。為了最大限度減少震動,建設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:在相當於地下6層樓的地方,9664根鋼筋混凝土灌注樁配合1232個減震墊,讓整個建築成為世界最大的單體隔震建築。
高鐵穿越航站樓,走的是一條約12公裡的隧道,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,後果不堪設想。」回想起當時的情景,中鐵北京工程局北京公司京雄項目二標副總工程師劉立新仍然感到後怕。
項目總工程師餘茂東堅持通過優化施工方案爭取時間。比如,在拱頂塗膜防水施工前一個月,多次召集廠家、技術員等召開研討會,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。經過現場800餘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,設計師們最擔心的是出現「變化」。隧道所處地段處於京津冀沉降漏鬥區,沉降情況每年變化,且漏鬥區外圈沉降小,中間沉降大,這對建設百年工程提出巨大挑戰。
「我們搜集了過去30年這個地區的區域沉降情況,模擬計算出百年內差異沉降對隧道結構的影響。」葉少敏說,一般的高鐵山嶺隧道幾公裡才建一條沉降縫,但這裡大約五六十米就需要建一條。為了持續監測隧道安全,建設者在隧道內埋設了800個光纖感測元件,35萬米的數據傳輸光纖,作為隧道的「神經網絡」,通過技術手段構建了一條上萬個節點組成的數字隧道,「沉降錯位1毫米就能感知並實現報警」。
在雄安站,20000多名建設者同樣不眠不休,要為雄安新區打造一座經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、計程車等將在這裡實現立體換乘。
「雄安站站場總規模為11臺19線,佔地面積相當於30個足球場。用鋼量達27萬噸,幾乎等同於4個遼寧艦。」中國鐵設雄安站總負責人鍾京說。
鋼結構施工,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,雄安站鋼結構焊縫共計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,鋼結構分段重量最大達36噸,給運輸、安裝等也帶來了難題。
為解決這些難題,建設者分段運輸、分段安裝,還在距離項目施工現場1公裡的地方建了一座佔地19480平方米的智能化數控鋼筋加工廠。總工程師王巖帶領BIM技術團隊,通過三維可視化模擬,對主要施工階段的交通組織、大型設備配置、材料堆場、臨建設施使用等進行科學規劃,確保施工有序進行。
建設的另一個難點是清水混凝土施工。這種工法並不鮮見,但要在寬120米、深300米的候車廳內整體使用,每道工序都要精益求精。
「要確保鋼筋原材無任何鏽蝕及汙漬,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。據介紹,雄安站布設的電纜長度超過100萬米,如何布線給設計人員提出了挑戰。
「十幾個專業的管線要在逼仄的空間裡找地方,經常打架。而且電纜很粗,轉彎半徑很小,如果用二維圖進行設計,施工單位在實際操作中可能發現實施不了,需要返工。」陶然說,BIM的三維設計優勢幫助我們解決了整個難題。雖然增加了設計工作量,但提高了設計精度,節約了建設時間和成本。
京雄城際設計、建設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。
大興機場站開工後,餘茂東前後花費近3個月時間優化車站地下結構、混凝土配合比、水泥人造石等10餘項施工方案,每次優化方案都需要大量匯報、解釋工作。
這個挑戰設計師們也感受頗深。雄安站是站城一體的設計,需要統籌鐵路、軌道、公交、人防和地方業主的多種需求。設計方案10個月內已經溝通了幾十次,現在仍在協調。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,投資怎麼劃分?管理怎麼劃分?更深層的問題是,鐵路站房和城市融合,需要打破現有建設模式,實現統一規劃、統一設計、統一建設。
「我們的方案都是在反反覆覆中找到了最佳路徑。」餘茂東說,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,經歷涅槃、突破自我,拿出經得起歷史檢驗的作品。
30分鐘
以中國速度成就雄安質量、樣板工程
今天,從北京城區到白洋澱要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帶到雄安新區。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杆、鐵路高質量發展的新樣本,不能用單一經濟維度來衡量,還要兼顧生態效益、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,體現在京雄鐵路建設過程的點點滴滴。
——綠色是前提。「雄安站是一座綠色建築。」鍾京說,光伏屋頂收集的能源,能夠滿足車站用電的20%；雄安站執行了國家綠色建築最高的三星標準,新材料、新技術的應用幫助站房在展現現代感的同時更加綠色、環保。
車站中央的「光谷」不僅能為建築提供採光,節約電能,還增加了空間通風。「在這裡,乘客的感覺和其他高鐵站是極為不同的。」陶然說,整個建築更加開放,雨棚沒有吊頂,清水混凝土裝飾能讓人看到外露的建築肌理,創造了人和建築對話的空間。
綠色理念也體現在施工中。雄安站的施工現場,熱火朝天又井然有序。來來回回的灑水車不斷將路面浸溼,避免揚塵。圍繞著施工場地,自動噴淋裝置不停地噴出水霧——智能環保動態監測、揚塵監測及自動噴淋,為綠色施工提供了保障。從雄安站項目部到施工現場,「暢通融合、綠色溫馨、經濟藝術、智能便捷」的標語隨處可見。
在大興機場站建設中,項目部每天灑水5次,重點部位、裸露土方幾乎100%苫蓋。施工結束後,項目部用23個小時將5個廠家70個貨櫃、85個板房清理乾淨,配合了機場的建設進度。
——人文是核心。人文的核心是重視人,尊重人,關心人,愛護人。在京雄城際鐵路的設計中,設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21萬平方公裡、1.1億人口的土地,持續注入人流、物流、信息流。
「屆時,雄安新區能夠與北京、天津形成半小時交通圈,便利沿線群眾出行,也提高了雄安新區對周邊的輻射能力,有助於京津冀地區打造世界級城市群。」中國鐵設運輸規劃院副總工程師陳波說。
「高質量發展是關於人的事情。」中國城市規劃設計研究院總規劃師朱子瑜指出,營造出高品質的空間,才能吸引人、留住人、留住心。
雄安新區正在尋求以不偏不倚的中國傳統智慧留住人們的心,京雄城際鐵路放大了源於其中的科技元素。
從高空俯瞰,毗鄰白洋澱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水文化,寓意為清泉源頭,風吹漣漪。」陶然說。
按照雄安城市規劃的要求,京雄城際鐵路在雄安建設了全國第一個全地下的牽引變電所。「難題是設備、高壓電網需要通風散熱,且地下空間逼仄不利於大型設備安裝。」任超說,我們專門設計了一個吊裝通道,讓設備坐「電梯」抵達地下站房。為了減輕後期維護人員壓力,建設者在這個變電所的各項設備上安裝了感應器材,讓它成為一個智能化、無人值守的變電站。
——精品是目標。在京雄城際鐵路建設全過程,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標準設計的智能高鐵。「京雄城際的智能化是全方位的,是建設初期至開通運營全過程的系統建設,各項智能化技術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展拓展了思路。」任超說,通過京雄城際智能化建設,推進我國高鐵智能化技術標準進一步完善,能夠確保智能化技術落地應用更加穩定。
「攀登永無止境。我們必須在柱子裡多埋幾根管線,多預留接線通道,給未來留下接入空間。」任超說,人們已經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密集、技術領先的行業。
雄安站是世界第一條擁有全生命周期BIM三維檔案的車站。後期維護時,工作人員只需調閱資料,便可根據檔案找到最佳方案。
施工工藝大量創新。大興機場站地面採用了水泥人造石,它的工藝比傳統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準高、偏差控制嚴,一個環節不到位都可能造成水泥人造石開裂、收縮、空鼓。餘茂東組織技術人員反覆進行試驗,經過30天的數據採集、計算分析,終於找到一套最佳工藝,實現了技術突破。
項目結束前,中鐵北京工程局北京公司京雄城際項目部申請專利發明14項,形成全標段綜合施工總結一冊,為我國鐵路創新發展做出了積極貢獻。
「京雄城際設計團隊近300人,為了這個工程傾盡全力。但這不是我們創造的奇蹟,是偉大的時代、祖國的發展,造就了這個奇蹟。」中國鐵設京雄城際項目總體設計師肖銳說。
「快、快、快!近30年,中國鐵路發展讓世人驚訝。」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公裡到近3萬公裡,高鐵營業裡程居世界之首。從引進國外機車到自主研發復興號,技術進步已領跑世界。每小時350公裡,是目前世界上高鐵運營的最高速度。剛剛過去的暑運,全國鐵路旅客發送量超7億人次,相當於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、智能養護維修、智能服務等方面大力推進技術創新和管理創新,全面提升中國高鐵智能化水平,讓人民群眾有更多獲得感,為世界高鐵建設發展提供中國方案。（記者丁靜、關桂峰）