智能建造与建筑工业化协同发展实践应用*

恽燕春，阮玲波，丁 泓

(1.宝业集团股份有限公司，浙江 绍兴 312000；2.上海紫宝住宅工业有限公司，上海 200041)

0 引言

2020年7月3日，住房和城乡建设部等13部委联合发布《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》，指出：目前建筑业生产方式较粗放，存在资源浪费、环境污染、质量通病、安全隐患、效率低下等问题，与较高质量发展要求有很大差距。我国将逐年建立健全智能建造与建筑工业化协同发展的政策体系和产业体系，提升建筑工业化、数字化、智能化水平，全面提升产业基础、技术装备、科技创新能力及建筑安全质量水平，实现建筑业的转型升级。

1 建筑工业化项目

1.1 工程概况

青浦区盈浦街道观云路南侧23-01地块项目以工业化建筑为实施主体，以全过程BIM应用为基础，全方位实践智能建造，与工业化有机融合，实现项目各方面的效益提升。

该项目位于上海市青浦区，用地面积3.8万m2，总建筑面积9.47万m2，其中地上建筑面积6.08万m2，主要由10栋装配式建筑组成，其中1～7号楼为住宅，9～11号楼为公共建筑，各建筑单体预制率为45%。

1.2 工业化结构体系

项目主体结构采用工业化形式，住宅部分采用叠合板式混凝土剪力墙结构体系，主要构件类型有双面叠合夹芯保温剪力墙、叠合楼板、叠合梁、叠合阳台、预制楼梯。

叠合夹芯保温墙板由2层60mm厚混凝土层、40mm厚保温层及中间140mm厚现浇层组成，由单片不锈钢桁架钢筋连接；叠合楼板由60mm厚混凝土板和桁架钢筋组成。叠合墙板和叠合楼板吊装完成后，浇筑墙板空腔及楼板上层结构，形成整体。

叠合楼板采用大跨度密拼楼板体系，楼板间无300mm现浇段，拼缝处通过构造钢筋连接，大大减少了构件数量，同时也可减少现场吊装和节点处理等工作量；其不出筋设计可降低工厂生产难度，提升预制构件在生产、施工环节的效率和质量。

2 智能建造协同发展

智能建造实施方案主要从数字化设计、自动化生产、智慧化施工3个方向深入，实现数据的有效传递、应用和集成，智能建造流程如图1所示。

图1 智能建造流程

首先，各专业创建模型，在设计过程中发现缺陷并及时调整，通过协同平台进行优化，进一步提升设计质量。实施虚拟建造，结合施工方案，模拟整个施工过程，提前发现施工阶段可能存在的问题，以便及时调整设计和施工方案，获得最优设计成果。

设计工作完成后，从模型中导出工厂自动化生产所需数据，传输至数字化管理平台和中央控制系统，驱动生产设备运转，实现预制构件自动化生产。

构件生产完成并通过质量验收后，系统将生产信息同步至施工管理平台，实现基于信息化模型的工程管控。通过平台及时记录施工进度、质量、安全等信息，及时发现进度滞后等相关问题，并深入分析原因，调整原始计划，实现进度的有效把控。

2.1 数字化设计

2.1.1户型设计

将数字化设计理念贯穿整个设计过程，创建各户型模型及不同生活阶段的可变户型(见图2)，利用BIM软件的可视化功能，从模型中导出透视图、轴视图、渲染图及漫游动画等，使设计师及建设方能更加直观地了解户型。在软件中模拟不同户型的相互组合，最终得到合理的户型分布。

图2 各户型模型

2.1.2性能分析

通过专业的性能分析软件，模拟其在不同时节的日照和风环境，快速得到不同区域的日照时间和风速情况，在确保符合规范要求的同时，尽可能提升住户体验。

2.1.3外立面比选

通过建模，直观展示其外立面效果，并对外立面材质进行模拟和比选，了解分析方案优缺点，尽可能提升其合理性、舒适性、美观性。

2.1.4协同设计

在施工图阶段，通过BIM正向设计，进行建筑、结构、机电、精装等多专业协同设计，在地下室空间进行管线综合分析、多专业碰撞检查、场地净高控制等BIM工作，减少“错漏碰缺”，优化设计成果，提升设计质量。创建模型后，直接导出各专业工程量信息，为后续施工结算提供有效依据。

2.1.5土建装修一体化

项目在设计之初引入精装单位，在施工图阶段完成内装深化设计，由装配式深化单位整合土建和精装的预留预埋(见图3)，同时反映在PC构件上，在工厂一起生产加工，避免后期二次开槽，破坏主体结构，同时减少现场湿作业，减少材料浪费和环境污染。

图3 土建与精装一体化

2.1.6深化设计

该项目采用工业化形式主结构、内装、机电，本文以主结构PC为例阐述实施路径，其他系统类似。

1)智能深化 项目中的预制构件设计均在三维设计软件中进行，通过参数化快速创建构件模型，包括混凝土、钢筋、预留预埋。应用专业深化软件，设定与规范相匹配的各项标准，实现构件的自动拆分；通过自定义的企业级节点库，快速设计细部节点。实时显示各构件间的相互空间关系，从根本上避免构件碰撞，同时也可及时发现各种钢筋干涉问题，并及时调整，降低现场施工难度。

2)一键出图 基于正向设计思路，一键生成图纸，可节省大量设计出图时间，且除了构件各视图，还包括相关钢筋清单、预留预埋、节点大样、设计说明等信息，可避免人为因素导致的图纸质量问题。

3)生产数据 完成构件深化设计后，可直接导出构件深化图纸，将三维模型传输至工厂，加强工人对构件的理解，提高构件的生产效率和质量。深化设计过程中可将可视化模型直接转换成生产设备可识别的生产加工数据(ProgressXML及Unitechnik)，PC预制构件生产数据分级如图4所示。数据清晰描述了整个构件，涵盖构件尺寸、质量、钢筋型号、预埋件规格和数量等三维信息，也包含项目名称和楼栋等相关项目信息，为后续自动化生产和数字化管理提供数据基础。

图4 PC预制构件生产数据分级

2.2 自动化生产

2.2.1工厂数字化管理平台

为保障工厂的高效生产管控，开发基于预制构件生产数据的管理平台(见图5)，主要包含研发设计、质量监管、企业协同、物资采购、生产计划、市场业务、成品仓库、成品物流八大模块，实现精细化、数字化管理，为向施工端传递数据提供保障。

图5 工厂数字管理平台

2.2.2自动化生产流水线

数字化的生产加工是建筑工业化的重要组成部分，也是建筑业转型升级的一个突破口。设计阶段创建的生产数据可传输至工厂管理平台(即ERP系统)，再传输至整个自动化流水线的管理核心——中央控制系统(即MES系统)，最后传输至不同工位，如模具工位、钢筋工位、混凝土浇筑工位、养护窑等，实现模具自动放置、钢筋自动绑扎、混凝土自动浇筑等工作，从而实现构件自动化生产，工厂自动化生产路线如图6所示。自动化生产可提高构件生产效率，提升产品质量，降低人力成本。

图6 工厂自动化生产路线

2.3 智慧化施工

2.3.1施工准备

施工前，预先进行虚拟建造，充分模拟整个建造过程，包括施工方案、场地动态、节点碰撞、进度、成本，如图7所示，协助现场完成准备工作，做到进度、质量、成本可控。

图7 智慧化施工

2.3.2智慧工地

项目正式实施后，通过应用施工管理平台、智慧工地平台、二维码信息追踪技术等，实现项目精细化管理，智慧工地功能系统如图8所示。其中，施工管理平台主要涉及进度、质量、安全、材料、人员及设备管理，详细记录并保存整个施工过程，保证项目顺利开展。通过智能硬件感知设备，监控施工现场扬尘、噪声等环境数据，做好文明施工；在有安全隐患的地方加装监测系统，如基坑围护监测、主结构安全监测、塔式起重机防碰撞监测等，保障施工安全。

图8 智慧工地功能系统

2.4 数字化交付

智能建造涵盖从设计到建成的每个阶段，是一个动态过程，结合全过程项目管理，数据和信息不断更新迭代，形成一套数字化交付成果，主要包括设计、采购、施工及项目管理相关资料和数据，为后续运维提供数据基础。

3 结语

本项目从设计、生产、施工3个维度推进智能建造和建筑工业化的实施，以BIM模型为基础，过程中集成各阶段信息数据，从而实现数字化交付。项目最终实现加快15%工期进度，减少70%签证变更，减少人员成本，避免返工90%以上，全面提升项目安全性，减少危险因素。

未来，智能建造技术在不断完善、提升其建造阶段应用水平的同时，还应努力向运维阶段延伸，结合智慧运维平台，有效监测、管理建筑在使用和维护过程中的能源消耗和二氧化碳排放，提升运维管理水平，最终实现智慧建筑、智慧园区，乃至智慧城市。