智能建造與建筑工業化協同發展實踐應用*

惲燕春，阮玲波，丁 泓

(1.寶業集團股份有限公司，浙江 紹興 312000；2.上海紫寶住宅工業有限公司，上海 200041)

0 引言

2020年7月3日，住房和城鄉建設部等13部委聯合發布《關于推動智能建造與建筑工業化協同發展的指導意見》，指出：目前建筑業生產方式較粗放，存在資源浪費、環境污染、質量通病、安全隱患、效率低下等問題，與較高質量發展要求有很大差距。我國將逐年建立健全智能建造與建筑工業化協同發展的政策體系和產業體系，提升建筑工業化、數字化、智能化水平，全面提升產業基礎、技術裝備、科技創新能力及建筑安全質量水平，實現建筑業的轉型升級。

1 建筑工業化項目

1.1 工程概況

青浦區盈浦街道觀云路南側23-01地塊項目以工業化建筑為實施主體，以全過程BIM應用為基礎，全方位實踐智能建造，與工業化有機融合，實現項目各方面的效益提升。

該項目位于上海市青浦區，用地面積3.8萬m2，總建筑面積9.47萬m2，其中地上建筑面積6.08萬m2，主要由10棟裝配式建筑組成，其中1～7號樓為住宅，9～11號樓為公共建筑，各建筑單體預制率為45%。

1.2 工業化結構體系

項目主體結構采用工業化形式，住宅部分采用疊合板式混凝土剪力墻結構體系，主要構件類型有雙面疊合夾芯保溫剪力墻、疊合樓板、疊合梁、疊合陽臺、預制樓梯。

疊合夾芯保溫墻板由2層60mm厚混凝土層、40mm厚保溫層及中間140mm厚現澆層組成，由單片不銹鋼桁架鋼筋連接；疊合樓板由60mm厚混凝土板和桁架鋼筋組成。疊合墻板和疊合樓板吊裝完成后，澆筑墻板空腔及樓板上層結構，形成整體。

疊合樓板采用大跨度密拼樓板體系，樓板間無300mm現澆段，拼縫處通過構造鋼筋連接，大大減少了構件數量，同時也可減少現場吊裝和節點處理等工作量；其不出筋設計可降低工廠生產難度，提升預制構件在生產、施工環節的效率和質量。

2 智能建造協同發展

智能建造實施方案主要從數字化設計、自動化生產、智慧化施工3個方向深入，實現數據的有效傳遞、應用和集成，智能建造流程如圖1所示。

圖1 智能建造流程

首先，各專業創建模型，在設計過程中發現缺陷并及時調整，通過協同平臺進行優化，進一步提升設計質量。實施虛擬建造，結合施工方案，模擬整個施工過程，提前發現施工階段可能存在的問題，以便及時調整設計和施工方案，獲得最優設計成果。

設計工作完成后，從模型中導出工廠自動化生產所需數據，傳輸至數字化管理平臺和中央控制系統，驅動生產設備運轉，實現預制構件自動化生產。

構件生產完成并通過質量驗收后，系統將生產信息同步至施工管理平臺，實現基于信息化模型的工程管控。通過平臺及時記錄施工進度、質量、安全等信息，及時發現進度滯后等相關問題，并深入分析原因，調整原始計劃，實現進度的有效把控。

2.1 數字化設計

2.1.1戶型設計

將數字化設計理念貫穿整個設計過程，創建各戶型模型及不同生活階段的可變戶型(見圖2)，利用BIM軟件的可視化功能，從模型中導出透視圖、軸視圖、渲染圖及漫游動畫等，使設計師及建設方能更加直觀地了解戶型。在軟件中模擬不同戶型的相互組合，最終得到合理的戶型分布。

圖2 各戶型模型

2.1.2性能分析

通過專業的性能分析軟件，模擬其在不同時節的日照和風環境，快速得到不同區域的日照時間和風速情況，在確保符合規范要求的同時，盡可能提升住戶體驗。

2.1.3外立面比選

通過建模，直觀展示其外立面效果，并對外立面材質進行模擬和比選，了解分析方案優缺點，盡可能提升其合理性、舒適性、美觀性。

2.1.4協同設計

在施工圖階段，通過BIM正向設計，進行建筑、結構、機電、精裝等多專業協同設計，在地下室空間進行管線綜合分析、多專業碰撞檢查、場地凈高控制等BIM工作，減少“錯漏碰缺”，優化設計成果，提升設計質量。創建模型后，直接導出各專業工程量信息，為后續施工結算提供有效依據。

2.1.5土建裝修一體化

項目在設計之初引入精裝單位，在施工圖階段完成內裝深化設計，由裝配式深化單位整合土建和精裝的預留預埋(見圖3)，同時反映在PC構件上，在工廠一起生產加工，避免后期二次開槽，破壞主體結構，同時減少現場濕作業，減少材料浪費和環境污染。

圖3 土建與精裝一體化

2.1.6深化設計

該項目采用工業化形式主結構、內裝、機電，本文以主結構PC為例闡述實施路徑，其他系統類似。

1)智能深化 項目中的預制構件設計均在三維設計軟件中進行，通過參數化快速創建構件模型，包括混凝土、鋼筋、預留預埋。應用專業深化軟件，設定與規范相匹配的各項標準，實現構件的自動拆分；通過自定義的企業級節點庫，快速設計細部節點。實時顯示各構件間的相互空間關系，從根本上避免構件碰撞，同時也可及時發現各種鋼筋干涉問題，并及時調整，降低現場施工難度。

2)一鍵出圖 基于正向設計思路，一鍵生成圖紙，可節省大量設計出圖時間，且除了構件各視圖，還包括相關鋼筋清單、預留預埋、節點大樣、設計說明等信息，可避免人為因素導致的圖紙質量問題。

3)生產數據 完成構件深化設計后，可直接導出構件深化圖紙，將三維模型傳輸至工廠，加強工人對構件的理解，提高構件的生產效率和質量。深化設計過程中可將可視化模型直接轉換成生產設備可識別的生產加工數據(ProgressXML及Unitechnik)，PC預制構件生產數據分級如圖4所示。數據清晰描述了整個構件，涵蓋構件尺寸、質量、鋼筋型號、預埋件規格和數量等三維信息，也包含項目名稱和樓棟等相關項目信息，為后續自動化生產和數字化管理提供數據基礎。

圖4 PC預制構件生產數據分級

2.2 自動化生產

2.2.1工廠數字化管理平臺

為保障工廠的高效生產管控，開發基于預制構件生產數據的管理平臺(見圖5)，主要包含研發設計、質量監管、企業協同、物資采購、生產計劃、市場業務、成品倉庫、成品物流八大模塊，實現精細化、數字化管理，為向施工端傳遞數據提供保障。

圖5 工廠數字管理平臺

2.2.2自動化生產流水線

數字化的生產加工是建筑工業化的重要組成部分，也是建筑業轉型升級的一個突破口。設計階段創建的生產數據可傳輸至工廠管理平臺(即ERP系統)，再傳輸至整個自動化流水線的管理核心——中央控制系統(即MES系統)，最后傳輸至不同工位，如模具工位、鋼筋工位、混凝土澆筑工位、養護窯等，實現模具自動放置、鋼筋自動綁扎、混凝土自動澆筑等工作，從而實現構件自動化生產，工廠自動化生產路線如圖6所示。自動化生產可提高構件生產效率，提升產品質量，降低人力成本。

圖6 工廠自動化生產路線

2.3 智慧化施工

2.3.1施工準備

施工前，預先進行虛擬建造，充分模擬整個建造過程，包括施工方案、場地動態、節點碰撞、進度、成本，如圖7所示，協助現場完成準備工作，做到進度、質量、成本可控。

圖7 智慧化施工

2.3.2智慧工地

項目正式實施后，通過應用施工管理平臺、智慧工地平臺、二維碼信息追蹤技術等，實現項目精細化管理，智慧工地功能系統如圖8所示。其中，施工管理平臺主要涉及進度、質量、安全、材料、人員及設備管理，詳細記錄并保存整個施工過程，保證項目順利開展。通過智能硬件感知設備，監控施工現場揚塵、噪聲等環境數據，做好文明施工；在有安全隱患的地方加裝監測系統，如基坑圍護監測、主結構安全監測、塔式起重機防碰撞監測等，保障施工安全。

圖8 智慧工地功能系統

2.4 數字化交付

智能建造涵蓋從設計到建成的每個階段，是一個動態過程，結合全過程項目管理，數據和信息不斷更新迭代，形成一套數字化交付成果，主要包括設計、采購、施工及項目管理相關資料和數據，為后續運維提供數據基礎。

3 結語

本項目從設計、生產、施工3個維度推進智能建造和建筑工業化的實施，以BIM模型為基礎，過程中集成各階段信息數據，從而實現數字化交付。項目最終實現加快15%工期進度，減少70%簽證變更，減少人員成本，避免返工90%以上，全面提升項目安全性，減少危險因素。

未來，智能建造技術在不斷完善、提升其建造階段應用水平的同時，還應努力向運維階段延伸，結合智慧運維平臺，有效監測、管理建筑在使用和維護過程中的能源消耗和二氧化碳排放，提升運維管理水平，最終實現智慧建筑、智慧園區，乃至智慧城市。