某裝配式高層住宅項目智能建造技術研究

劉承靈 張 攀 董雁軍 米宗寶 劉 陽

（中國建筑第四工程局有限公司，陜西 西安 710000）

三一云城一期項目位于陜西省灃西新城創新港片區，總投資17.2億元，總建筑面積19.65萬m2，11棟高層住宅，地上17～25 層，最大建筑高度79.15m，結構形式為雙面疊合空腔剪力墻體系，合同工期1071d，按照《裝配式建筑評價標準》（GB/T51129-2017）評價得分50%～60%，建成為在陜首個全面應用SPCS 裝配式體系且裝配率達到50%的項目。

本項目采用SPCS3.0技術體系，為陜西地區首個應用該技術的項目，主要包含預制外墻、預制內墻、預制樓梯、預制疊合板、預制飄窗，預制部品部件種類廣、數量多，具有較高的研究和示范價值。

項目建設秉承數字化、工業化、智能化、低碳化理念，通過裝配式技術及智能建造管理技術使得構件生產產業工人及現場作業人員減少50%，現場設有智能建造管理平臺館，進行了項目人員、物資、設備、安全、質量、環境等全要素的實時動態管控，基于裝配式特點，還在預制構件一件一碼設計、生產、安裝、澆筑全周期的物聯追蹤方面進行了創新研究。

1 裝配式工程智能建造

1.1 智能正向建模設計

現階段傳統住宅項目一般由主體設計單位進行建筑、結構等專業設計，提交建設單位后委托專業裝配式深化設計單位進行預制構件拆分深化，原結構設計方案極大限制了后續裝配式拆分深化，導致預制構件標準化程度很難得到提升。

本項目針對上述痛點，改變傳統設計模式，招標階段即明確設計管理要求，由主體設計單位和裝配式深化單位采用PKPM軟件進行同平臺交互設計，深化設計單位基于部品部件標準化對結構剪力墻、梁柱節點以及精裝點位等提出需求。主體結構采用PKPM 軟件設計，出具平法施工電子圖供外部單位審圖以及下發的同時，導出BIM模型數據，然后采用三一筑工科技股份有限公司與中國建筑科學研究院聯合打造的PKPM+SPCS 智能深化設計軟件，消除了不同軟件平臺之間的數據兼容偏差，進行同平臺精準的自動拆分、快速深化、合規計算、智能優化、一鍵圖表、數據支持，讓裝配式建筑設計更輕松，也確保構件藍圖、模型與構件實體一致。該技術的應用也為后續預制構件自動化生產和實時物聯追蹤、智能化吊裝管理奠定了基礎，如圖1所示。

圖1 基于智能正向建模設計的數據交互

1.2 預制構件自動化生產

本項目預制構件自動化生產的基礎包括三大必要條件，首先是應用的SPCS雙面疊合空腔剪力墻體系采用不出筋設計，實現了構件模臺模具的標準化和輕量化；其次是正向建模設計導出的預制構件生產數據，為構件自動生產賦予了靈魂；最后就是借助三一集團自身強悍的機械裝備底蘊，配置了一大批自動化生產裝配。

基于標準化構件生產數據以及自動化生產設備，以制造智能工業4.0的思維重新定義打造了PC數字工廠并產品化推廣應用，打通了PC工廠從訂單到交付的全流程在線化、自動化、輕量化，降低了PC工廠運營信息化系統的技術門檻和成本，提升了管理效率，管理人員減少50%以上。筑享云智能駕駛艙使各工廠的開工及運營情況得到了有效監控，保證了工廠正常有序的運營。

配備自動拆布模機器人，通過SPCI-MES系統下發圖紙任務，機器人自動布模，生產能力可以達到每小時6 個模臺；配備自動劃線+激光融合質檢機器人，依據BIM模型數據，將圖紙以1:1的比例重現到模臺，配合激光自動質檢，確保預埋件精準無遺漏；配備自動涂油機器人，進行模臺面自動清理并涂布脫模劑；配備柔性網片生產/輸送/投放系統，采用SPCI+RMES 系統自動交互，自動解析構件數據，計算鋼筋需求，驅動鋼筋設備自動生產和投放；配備混凝土自動調度系統，可以對攪拌站、魚雷罐、布料機進行聯動智能控制，依據模型，實現無人化智能精準布料，減少混凝土余料；配備高精度自動翻轉機，通過SPCI+PMES 系統自動匹配兩模臺對應關系，驅動翻轉機完成翻轉、對齊、合模，振動+搖晃式振搗作業。此外，還有鋼筋自動綁扎機器人、液壓助力機器人、自動裝卸運輸車、自動堆垛式養護窯等。

1.3 施工現場與構件廠互聯

施工現場設置智能建造管理平臺館，內部設置裝配式施工管理區，接入PCM筑享云構件管理系統，實現施工現場與構件廠的互聯互通，主要體現在可以通過該平臺進行預制構件生產需求計劃及指令下達、構件生產質量監控、構件庫存量查看、構件發貨需求及訂單物流查詢等操作，如圖2 所示，便于構件廠根據現場實際進度進行構件排產、物料庫存動態調整，施工現場也可以實時掌握構件生產狀態，及時下達催產、發貨準備、發貨指令，如圖3所示。

圖2 PCM筑享云構件管理系統

圖3 預制構件生產及計劃分析看板

1.4 預制構件信息集成物聯網技術

基于本文第1.1節的裝配式正向建模設計模型，項目建立裝配式工程施工預制構件一件一碼易吊裝雙端平臺。

手機端方面，采用微信小程序的形式進行輕量化處理，免去冗余APP 安裝，通過手機微信掃碼打開“筑享易吊裝”小程序，實現施工現場與構件廠的高效協同、精準傳達、過程留痕以及完整閉環。后臺對項目所有構件賦予唯一性識別標碼，通過“筑享易吊裝”小程序可以進行所有預制構件獨立的庫存查看、構件進場計劃提報、構件物流信息查詢、構件進場后驗收信息反饋、吊裝施工及驗收完成后的作業閉環，實現“像網購一樣進行預制構件下單、物流追蹤及質量評價”，如圖4、圖5 所示。微信小程序的所有操作記錄會實時同步更新至數字工地PC端，對構件庫內構件信息及狀態進行更新，并對BIM模型進行染色。

圖4 提報構件進場計劃

圖5 手機端狀態追蹤

PC 端方面，以數字孿生的形式接入項目數字工地平臺，實現工程進度的實時模型染色以及BIM 可視化展示，進入數字孿生管理看板，可以通過染色后的模型直觀查看主體施工進度（灰色為已生產；深灰色為已運輸；綠色為已吊裝、已驗收），點擊模型任意墻、柱、梁、板可以查看其構件設計及生產信息、施工狀態、質檢情況等。除了BIM 模型可視化展示外，還配有預制構件庫信息庫，可以便捷查詢任意單體、任意樓層、任意類型構件的設計數據、生產及施工狀態信息，如圖6～圖8所示。

圖6 SPCC數字工地平臺

圖7 數字孿生BIM工程進度可視化看板

圖8 預制構件庫信息庫

2 生產要素智能化管理

項目除了在裝配式工程施工方面應用了智能正向設計、自動化生產、施工現場與構件廠互聯、預制構件信息集成物聯等技術外，還集成傳統分包管理、物資管理、人員管理、進度管理、安全管理、質量管理、環境管理、設備等方面也集成打造了SPC 項管家智慧工地駕駛艙，如圖9所示。

圖9 SPM項管家數字工地駕駛艙

2.1 分包管理

所有分包單位通過云筑網集采平臺公開招標，確保公正、透明；通過財務一體化平臺進行分包工程款資金計劃以及各部門聯動審批；采用云筑網勞務實名制系統進行分包單位作業人員考勤管理。

2.2 物資管理

項目配備無人值守物料過磅驗收系統；所有物資計劃、采購、領料通過企業供應鏈服務平臺線上管理；所有物資招采、驗收通過云筑集采平臺雙端（PC端+移動端）聯合管理。

2.3 設備管理

所有塔式起重機安裝并接入塔吊防碰撞在線監測系統；塔式起重機采用BIM技術通過安裝位置、安裝臂長、施工進度多種方式結合進行源頭防碰撞；所有塔式起重機安裝撿到位管理系統。

2.4 安全管理

通過自主研發的中國建筑智慧安全管理平臺進行生產過程安全文明管理，涵蓋視頻監控、危險源識別、危大工程公示、危大工程驗收、隱患排查治理、安全生產趨勢分析、安全指數評價等工作，實現智慧安全管理。

2.5 質量管理

與安全管理類似，主要包括質量目標、質量動態公示、質量在線驗收及質檢、質量隱患排查治理、分包商工程質量評價公示、實測實量合格率統計、質量問題分析等。

3 結語

本項目通過對裝配式高層住宅項目智能建造技術的研究，一定程度上實現了智能建造與新型建筑工業化的協同發展，也據此取得了一定的成果，舉辦了2022年度西安市智能建造與新型建筑工業化協同發展現場觀摩會。但主要局限于施工管理的智能化，在施工過程自動化方面涉獵較少，僅采用了混凝土自動找平等少量機器人設備，后續還將在裝配式施工過程研究應用一些自動化設備，達到降低勞動力投入的目的，輔助和替代“危、繁、臟、重”的人工作業，提高工程建設機械化、智能化水平，改善施工現場勞動力密集的現狀。