某装配式高层住宅项目智能建造技术研究

刘承灵 张 攀 董雁军 米宗宝 刘 阳

（中国建筑第四工程局有限公司，陕西 西安 710000）

三一云城一期项目位于陕西省沣西新城创新港片区，总投资17.2亿元，总建筑面积19.65万m2，11栋高层住宅，地上17～25 层，最大建筑高度79.15m，结构形式为双面叠合空腔剪力墙体系，合同工期1071d，按照《装配式建筑评价标准》（GB/T51129-2017）评价得分50%～60%，建成为在陕首个全面应用SPCS 装配式体系且装配率达到50%的项目。

本项目采用SPCS3.0技术体系，为陕西地区首个应用该技术的项目，主要包含预制外墙、预制内墙、预制楼梯、预制叠合板、预制飘窗，预制部品部件种类广、数量多，具有较高的研究和示范价值。

项目建设秉承数字化、工业化、智能化、低碳化理念，通过装配式技术及智能建造管理技术使得构件生产产业工人及现场作业人员减少50%，现场设有智能建造管理平台馆，进行了项目人员、物资、设备、安全、质量、环境等全要素的实时动态管控，基于装配式特点，还在预制构件一件一码设计、生产、安装、浇筑全周期的物联追踪方面进行了创新研究。

1 装配式工程智能建造

1.1 智能正向建模设计

现阶段传统住宅项目一般由主体设计单位进行建筑、结构等专业设计，提交建设单位后委托专业装配式深化设计单位进行预制构件拆分深化，原结构设计方案极大限制了后续装配式拆分深化，导致预制构件标准化程度很难得到提升。

本项目针对上述痛点，改变传统设计模式，招标阶段即明确设计管理要求，由主体设计单位和装配式深化单位采用PKPM软件进行同平台交互设计，深化设计单位基于部品部件标准化对结构剪力墙、梁柱节点以及精装点位等提出需求。主体结构采用PKPM 软件设计，出具平法施工电子图供外部单位审图以及下发的同时，导出BIM模型数据，然后采用三一筑工科技股份有限公司与中国建筑科学研究院联合打造的PKPM+SPCS 智能深化设计软件，消除了不同软件平台之间的数据兼容偏差，进行同平台精准的自动拆分、快速深化、合规计算、智能优化、一键图表、数据支持，让装配式建筑设计更轻松，也确保构件蓝图、模型与构件实体一致。该技术的应用也为后续预制构件自动化生产和实时物联追踪、智能化吊装管理奠定了基础，如图1所示。

图1 基于智能正向建模设计的数据交互

1.2 预制构件自动化生产

本项目预制构件自动化生产的基础包括三大必要条件，首先是应用的SPCS双面叠合空腔剪力墙体系采用不出筋设计，实现了构件模台模具的标准化和轻量化；其次是正向建模设计导出的预制构件生产数据，为构件自动生产赋予了灵魂；最后就是借助三一集团自身强悍的机械装备底蕴，配置了一大批自动化生产装配。

基于标准化构件生产数据以及自动化生产设备，以制造智能工业4.0的思维重新定义打造了PC数字工厂并产品化推广应用，打通了PC工厂从订单到交付的全流程在线化、自动化、轻量化，降低了PC工厂运营信息化系统的技术门槛和成本，提升了管理效率，管理人员减少50%以上。筑享云智能驾驶舱使各工厂的开工及运营情况得到了有效监控，保证了工厂正常有序的运营。

配备自动拆布模机器人，通过SPCI-MES系统下发图纸任务，机器人自动布模，生产能力可以达到每小时6 个模台；配备自动划线+激光融合质检机器人，依据BIM模型数据，将图纸以1:1的比例重现到模台，配合激光自动质检，确保预埋件精准无遗漏；配备自动涂油机器人，进行模台面自动清理并涂布脱模剂；配备柔性网片生产/输送/投放系统，采用SPCI+RMES 系统自动交互，自动解析构件数据，计算钢筋需求，驱动钢筋设备自动生产和投放；配备混凝土自动调度系统，可以对搅拌站、鱼雷罐、布料机进行联动智能控制，依据模型，实现无人化智能精准布料，减少混凝土余料；配备高精度自动翻转机，通过SPCI+PMES 系统自动匹配两模台对应关系，驱动翻转机完成翻转、对齐、合模，振动+摇晃式振捣作业。此外，还有钢筋自动绑扎机器人、液压助力机器人、自动装卸运输车、自动堆垛式养护窑等。

1.3 施工现场与构件厂互联

施工现场设置智能建造管理平台馆，内部设置装配式施工管理区，接入PCM筑享云构件管理系统，实现施工现场与构件厂的互联互通，主要体现在可以通过该平台进行预制构件生产需求计划及指令下达、构件生产质量监控、构件库存量查看、构件发货需求及订单物流查询等操作，如图2 所示，便于构件厂根据现场实际进度进行构件排产、物料库存动态调整，施工现场也可以实时掌握构件生产状态，及时下达催产、发货准备、发货指令，如图3所示。

图2 PCM筑享云构件管理系统

图3 预制构件生产及计划分析看板

1.4 预制构件信息集成物联网技术

基于本文第1.1节的装配式正向建模设计模型，项目建立装配式工程施工预制构件一件一码易吊装双端平台。

手机端方面，采用微信小程序的形式进行轻量化处理，免去冗余APP 安装，通过手机微信扫码打开“筑享易吊装”小程序，实现施工现场与构件厂的高效协同、精准传达、过程留痕以及完整闭环。后台对项目所有构件赋予唯一性识别标码，通过“筑享易吊装”小程序可以进行所有预制构件独立的库存查看、构件进场计划提报、构件物流信息查询、构件进场后验收信息反馈、吊装施工及验收完成后的作业闭环，实现“像网购一样进行预制构件下单、物流追踪及质量评价”，如图4、图5 所示。微信小程序的所有操作记录会实时同步更新至数字工地PC端，对构件库内构件信息及状态进行更新，并对BIM模型进行染色。

图4 提报构件进场计划

图5 手机端状态追踪

PC 端方面，以数字孪生的形式接入项目数字工地平台，实现工程进度的实时模型染色以及BIM 可视化展示，进入数字孪生管理看板，可以通过染色后的模型直观查看主体施工进度（灰色为已生产；深灰色为已运输；绿色为已吊装、已验收），点击模型任意墙、柱、梁、板可以查看其构件设计及生产信息、施工状态、质检情况等。除了BIM 模型可视化展示外，还配有预制构件库信息库，可以便捷查询任意单体、任意楼层、任意类型构件的设计数据、生产及施工状态信息，如图6～图8所示。

图6 SPCC数字工地平台

图7 数字孪生BIM工程进度可视化看板

图8 预制构件库信息库

2 生产要素智能化管理

项目除了在装配式工程施工方面应用了智能正向设计、自动化生产、施工现场与构件厂互联、预制构件信息集成物联等技术外，还集成传统分包管理、物资管理、人员管理、进度管理、安全管理、质量管理、环境管理、设备等方面也集成打造了SPC 项管家智慧工地驾驶舱，如图9所示。

图9 SPM项管家数字工地驾驶舱

2.1 分包管理

所有分包单位通过云筑网集采平台公开招标，确保公正、透明；通过财务一体化平台进行分包工程款资金计划以及各部门联动审批；采用云筑网劳务实名制系统进行分包单位作业人员考勤管理。

2.2 物资管理

项目配备无人值守物料过磅验收系统；所有物资计划、采购、领料通过企业供应链服务平台线上管理；所有物资招采、验收通过云筑集采平台双端（PC端+移动端）联合管理。

2.3 设备管理

所有塔式起重机安装并接入塔吊防碰撞在线监测系统；塔式起重机采用BIM技术通过安装位置、安装臂长、施工进度多种方式结合进行源头防碰撞；所有塔式起重机安装捡到位管理系统。

2.4 安全管理

通过自主研发的中国建筑智慧安全管理平台进行生产过程安全文明管理，涵盖视频监控、危险源识别、危大工程公示、危大工程验收、隐患排查治理、安全生产趋势分析、安全指数评价等工作，实现智慧安全管理。

2.5 质量管理

与安全管理类似，主要包括质量目标、质量动态公示、质量在线验收及质检、质量隐患排查治理、分包商工程质量评价公示、实测实量合格率统计、质量问题分析等。

3 结语

本项目通过对装配式高层住宅项目智能建造技术的研究，一定程度上实现了智能建造与新型建筑工业化的协同发展，也据此取得了一定的成果，举办了2022年度西安市智能建造与新型建筑工业化协同发展现场观摩会。但主要局限于施工管理的智能化，在施工过程自动化方面涉猎较少，仅采用了混凝土自动找平等少量机器人设备，后续还将在装配式施工过程研究应用一些自动化设备，达到降低劳动力投入的目的，辅助和替代“危、繁、脏、重”的人工作业，提高工程建设机械化、智能化水平，改善施工现场劳动力密集的现状。