1.课题来源与背景

本项目所依托新建大临铁路，也称“大临线”，是中国云南省境内一条连接大理白族自1州与临沧市的国铁Ⅰ级电气化铁路，也是滇西、滇中地区联系清水河口岸的便捷通道。项目自2015年12月6日开工建设，2020年12月30日通车运营。北起大理站，南至临沧站，全长201km。全线共设置19座车站，其中4站办理客运业务；设计速度为160km/h。全线共设桥梁69座，隧道35座，其中10km以上的长大隧道4座，全线桥隧占线路总长的87.25%；需新建接触网支柱、桥钢柱等7000余根，架设接触网、敷设通信光缆和高低压线路近1600km，建设通信铁塔26座，变配电所17座，在此背景下，“铁路站后工程数字化施工与安全管控关键技术研究”的概念应运而生。

 2.研究目的与意义

随着铁路施工管理人员专业素质的不断提升与管理理论不断更新，我国施工管理水平有所提高，但是传统的管理方式仍然使大多数工程经常出现工期延误、质量问题、安全事故等现象。所以通过数字化工地的实施，以提高铁路站后施工工地管理水平是有迫切需求的。本项目的研究对铁路站后工程数字化施工如何进行有效的安全管理具有指导意义，并对施工进度管理提供理论指导和经验启示，有助于施工单位采用科学的方法，运用有效的策略有针对性地改进现有的进度管理方法，以保证项目如期交付。因此，研究铁路站后工程数字化施工与安全管控关键技术，提高铁路电气化建设项目管理水平，不但是铁路建设的需要，而且也是国家经济和社会发展的迫切需求。

3.主要研究内容有4个方面：

（1）智能化站后工程施工安全管控

在工程施工中，安全施工管控始终为核心，通过搭建多站后工程施工安全远程培训管理系统及基于机器学习的施工安全检测及监控系统，有效的对各站点施工人员进行安全教育以及培训。利用电脑终端进行视频会议，同时确定会议模式下全场性收音以及授课模式下单点收音设备和布置方案，最大程度的为施工人员进行立体化安全教育，提高施工人员的安全意识。

（2）三维数字化施工管理

通过三维软件有针对性地还原安装调试现场，提高被交底人对现场环境的感知。BIM技术制作全景样板展示区，将实体展示区搬入移动平台，减少了实体展示区制作的材料浪费，使得样板展示区更为灵活，同时在数字样板中衔入可视化技术交底视频及施工方案，建立施工工艺样板库，对重要施工节点和部位进行工序工艺模拟，从而大面积展开施工作业提供技术支持，提前做到避免和消除工程质量缺陷隐患，最终为项目和企业带来良好的经济效益和社会效益。

（3）铁路施工工艺革新与工程机械研发

结合实际工况，针对新建大临铁路线路上的喀斯特地貌创新性的提出了喀斯特地貌牵引变电所地网施工方法；研究开发了一种深井离子接地极施工辅助装置及一种深井离子接地施工防坍塌装置，有效提高了离子接地极施工效率，保障了施工安全；在红豆山隧道内，应用了开发的一种便于移动的模块化隧道作业车，根据施工专业需求，进行模块化组装，有效提高隧道内两侧线缆支架及顶部接触网支吊柱施工效率。

 （4）站后工程施工智能化综合管控

针对大临铁路站后工程项目体量大、项目功能复杂，且工程施工技术要求高的实际工程情况，为实现在施工等各个环节更加高效与准确的协调，项目采用铁路站后工程施工信息化课题组研发搭建的智慧工地二维码管理系统实现施工项目现场管理信息共享与动态施工安全质量管理，生成随时可供扫描查询的二维码图集，项目概况、施工组织设计方案、技术交底及安全技术交底展示等静态信息一扫即知，对于施工现场安全与质量检查、设备施工指导等应用。

   4.关键技术及创新点

  （1） 面向高原地区多桥隧铁路站后工程施工安全管控模式

1）开发的多施工站点远程安全培训视频智慧管控系统，以音频、视频等方式为施工人员提供立体化安全教育。

2）物联网环境下隧道有害气体动态检测与智慧管控系统，对隧道内危险气体的实时监测，实现隧道安全生产预警和智能应急处理等功能，保障隧道施工安全。

 3）设计基于多源异构数据融合的开放式环境下安全施工监控系统，基于深度学习技术，构造深度卷积神经网络，实现对摄像头范围内施工人员的实时跟踪、安全帽佩戴检测及密度监测。极大提高了生产环境的安全性，为企业安全生产提供了重要保障。

（2）BIM驱动的三维数字化施工管理技术

1）通过利用BIM技术创建电缆、支架等模型,进行各专业之间及专业内部的碰撞检查,优化相应施工方案，减少施工阶段因设计错、漏、碰、缺而造成的损失和返工工作，提高施工质量和施工效率。

2）利用“BIM+VR”技术将施工中工艺工法操作等信息进行抽离与凝练,实现三维可视化施工交底，对施工质量有了更明确的把握，提高了施工效率。

3）通过现场构件粘贴二维码，从而实现项目零散信息即时采集，有效加强了施工过程中的项目资料管理。

4）将BIM技术大范围应用于铁路牵引变电工程中，通过建立、应用及传递建筑数字信息库来提高施工图设计和施工管理整体水平，有效论证了铁路牵引变电所工程建设应用BIM技术情况和实施的必要性。

（3）基于工法革新与机械研发的高效施工技术

1）采取埋设深井离子接地极降阻技术，通过深井接地极方法并更替接地极为镀锌钢管材料，实现变电所接地网接地电阻值的降低与降阻效果持久性的提升。

2）开发的刚性悬挂接触网垂直向上钻孔平台，通过简单操作旋转手柄，实现打孔电钻在隧道平面的精准定位与稳定打孔作业。

3）研发刚性接触网悬挂全自动智能定位钻孔设备，两个钻头同步作业，实现高效的钻孔效率。

（4）铁路电力能源智能化管控

1）通过搭建高铁供电远动间能源管理系统架构，实现用电信息采集、用电安全分析、故障预警与运维巡检等功能，对铁路电力系统供、配电用电安全提供了基础数据依据和管理指导作用。

2）研发的可溯源防伪的项目技术资料管理系统，通过链式存储技术参建主体、项目管理信息等数据集成并分布式存储，为建筑工程建设全过程产生的技术信息数据提供可追溯服务及数据防篡改保障。

5.技术经济指标先进性及取得的知识产权

共授权专利8项；登记软件著作权10项；公开发表学术论文7篇；研究成果符合科研创新发展规律和工程建设领域实际需求，有较高的实施性和应用价值。

6.应用情况及经济社会效益

（1）经济效益

课题成果分别在在新建大理至临沧站后四电及房建工程项目、新疆乌鲁木齐至将军庙段扩能改造项目、肃宁分公司肃宁北站馈八电缆分支箱大修项目进行了推广应用，形成良好的经济效益。在施工环境恶劣、施工人员能力素质差别大、施工设备管理难度大、施工工艺和安全要求高等以及信息集成化程度低等问题，构建了从安全施工管控到综合数据集成再到深化施工工法的信息化发展框架，提出了相应的创新方法，项目总计节约470万元。

（2）社会效益

课题成果分别在新建大理至临沧站后四电及房建工程项目、新疆乌鲁木齐至将军庙段扩能改造项目项目进行了推广应用，形成良好的社会效应。

7.推广应用前景

本成果以提升安全施工管控水平为核心，加强推进铁路建设信息综合集成大数据应用发展，全面深化工艺工法改革，以提高铁路建设现代化水平，在为工程质量提供有力保障的同时，树立良好的企业形象。同时，将推动铁路建设的发展，响应政府实施制造强国“中国制造2025”的战略行动纲领，配合一带一路建设、参与国际竞争的需要，为铁路站后“四电”建设的现代化发展提供模板。