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(xiàng)目位于陜西省灃西新城創(chuàng)新港片區(qū)，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(jié)構(gòu)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(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T51129-2017）評(píng)價(jià)得分50%～60%，建成為在陜首個(gè)全面應(yīng)用SPCS 裝配式體系且裝配率達(dá)到50%的項(xiàng)目。

本項(xiàng)目采用SPCS3.0技術(shù)體系，為陜西地區(qū)首個(gè)應(yīng)用該技術(shù)的項(xiàng)目，主要包含預(yù)制外墻、預(yù)制內(nèi)墻、預(yù)制樓梯、預(yù)制疊合板、預(yù)制飄窗，預(yù)制部品部件種類廣、數(shù)量多，具有較高的研究和示范價(jià)值。

項(xiàng)目建設(shè)秉承數(shù)字化、工業(yè)化、智能化、低碳化理念，通過裝配式技術(shù)及智能建造管理技術(shù)使得構(gòu)件生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)工人及現(xiàn)場作業(yè)人員減少50%，現(xiàn)場設(shè)有智能建造管理平臺(tái)館，進(jìn)行了項(xiàng)目人員、物資、設(shè)備、安全、質(zhì)量、環(huán)境等全要素的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)管控，基于裝配式特點(diǎn)，還在預(yù)制構(gòu)件一件一碼設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝、澆筑全周期的物聯(lián)追蹤方面進(jìn)行了創(chuàng)新研究。

1 裝配式工程智能建造

1.1 智能正向建模設(shè)計(jì)

現(xiàn)階段傳統(tǒng)住宅項(xiàng)目一般由主體設(shè)計(jì)單位進(jìn)行建筑、結(jié)構(gòu)等專業(yè)設(shè)計(jì)，提交建設(shè)單位后委托專業(yè)裝配式深化設(shè)計(jì)單位進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件拆分深化，原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案極大限制了后續(xù)裝配式拆分深化，導(dǎo)致預(yù)制構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化程度很難得到提升。

本項(xiàng)目針對(duì)上述痛點(diǎn)，改變傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式，招標(biāo)階段即明確設(shè)計(jì)管理要求，由主體設(shè)計(jì)單位和裝配式深化單位采用PKPM軟件進(jìn)行同平臺(tái)交互設(shè)計(jì)，深化設(shè)計(jì)單位基于部品部件標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)結(jié)構(gòu)剪力墻、梁柱節(jié)點(diǎn)以及精裝點(diǎn)位等提出需求。主體結(jié)構(gòu)采用PKPM 軟件設(shè)計(jì)，出具平法施工電子圖供外部單位審圖以及下發(fā)的同時(shí)，導(dǎo)出BIM模型數(shù)據(jù)，然后采用三一筑工科技股份有限公司與中國建筑科學(xué)研究院聯(lián)合打造的PKPM+SPCS 智能深化設(shè)計(jì)軟件，消除了不同軟件平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)兼容偏差，進(jìn)行同平臺(tái)精準(zhǔn)的自動(dòng)拆分、快速深化、合規(guī)計(jì)算、智能優(yōu)化、一鍵圖表、數(shù)據(jù)支持，讓裝配式建筑設(shè)計(jì)更輕松，也確保構(gòu)件藍(lán)圖、模型與構(gòu)件實(shí)體一致。該技術(shù)的應(yīng)用也為后續(xù)預(yù)制構(gòu)件自動(dòng)化生產(chǎn)和實(shí)時(shí)物聯(lián)追蹤、智能化吊裝管理奠定了基礎(chǔ)，如圖1所示。

圖1 基于智能正向建模設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)交互

1.2 預(yù)制構(gòu)件自動(dòng)化生產(chǎn)

本項(xiàng)目預(yù)制構(gòu)件自動(dòng)化生產(chǎn)的基礎(chǔ)包括三大必要條件，首先是應(yīng)用的SPCS雙面疊合空腔剪力墻體系采用不出筋設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了構(gòu)件模臺(tái)模具的標(biāo)準(zhǔn)化和輕量化；其次是正向建模設(shè)計(jì)導(dǎo)出的預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為構(gòu)件自動(dòng)生產(chǎn)賦予了靈魂；最后就是借助三一集團(tuán)自身強(qiáng)悍的機(jī)械裝備底蘊(yùn)，配置了一大批自動(dòng)化生產(chǎn)裝配。

基于標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，以制造智能工業(yè)4.0的思維重新定義打造了PC數(shù)字工廠并產(chǎn)品化推廣應(yīng)用，打通了PC工廠從訂單到交付的全流程在線化、自動(dòng)化、輕量化，降低了PC工廠運(yùn)營信息化系統(tǒng)的技術(shù)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(yùn)營情況得到了有效監(jiān)控，保證了工廠正常有序的運(yùn)營。

配備自動(dòng)拆布模機(jī)器人，通過SPCI-MES系統(tǒng)下發(fā)圖紙任務(wù)，機(jī)器人自動(dòng)布模，生產(chǎn)能力可以達(dá)到每小時(shí)6 個(gè)模臺(tái)；配備自動(dòng)劃線+激光融合質(zhì)檢機(jī)器人，依據(jù)BIM模型數(shù)據(jù)，將圖紙以1:1的比例重現(xiàn)到模臺(tái)，配合激光自動(dòng)質(zhì)檢，確保預(yù)埋件精準(zhǔn)無遺漏；配備自動(dòng)涂油機(jī)器人，進(jìn)行模臺(tái)面自動(dòng)清理并涂布脫模劑；配備柔性網(wǎng)片生產(chǎn)/輸送/投放系統(tǒng)，采用SPCI+RMES 系統(tǒng)自動(dòng)交互，自動(dòng)解析構(gòu)件數(shù)據(jù)，計(jì)算鋼筋需求，驅(qū)動(dòng)鋼筋設(shè)備自動(dòng)生產(chǎn)和投放；配備混凝土自動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)，可以對(duì)攪拌站、魚雷罐、布料機(jī)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)智能控制，依據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)無人化智能精準(zhǔn)布料，減少混凝土余料；配備高精度自動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)，通過SPCI+PMES 系統(tǒng)自動(dòng)匹配兩模臺(tái)對(duì)應(yīng)關(guān)系，驅(qū)動(dòng)翻轉(zhuǎn)機(jī)完成翻轉(zhuǎn)、對(duì)齊、合模，振動(dòng)+搖晃式振搗作業(yè)。此外，還有鋼筋自動(dòng)綁扎機(jī)器人、液壓助力機(jī)器人、自動(dòng)裝卸運(yùn)輸車、自動(dòng)堆垛式養(yǎng)護(hù)窯等。

1.3 施工現(xiàn)場與構(gòu)件廠互聯(lián)

施工現(xiàn)場設(shè)置智能建造管理平臺(tái)館，內(nèi)部設(shè)置裝配式施工管理區(qū)，接入PCM筑享云構(gòu)件管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場與構(gòu)件廠的互聯(lián)互通，主要體現(xiàn)在可以通過該平臺(tái)進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)需求計(jì)劃及指令下達(dá)、構(gòu)件生產(chǎn)質(zhì)量監(jiān)控、構(gòu)件庫存量查看、構(gòu)件發(fā)貨需求及訂單物流查詢等操作，如圖2 所示，便于構(gòu)件廠根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際進(jìn)度進(jìn)行構(gòu)件排產(chǎn)、物料庫存動(dòng)態(tài)調(diào)整，施工現(xiàn)場也可以實(shí)時(shí)掌握構(gòu)件生產(chǎn)狀態(tài)，及時(shí)下達(dá)催產(chǎn)、發(fā)貨準(zhǔn)備、發(fā)貨指令，如圖3所示。

圖2 PCM筑享云構(gòu)件管理系統(tǒng)

圖3 預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)及計(jì)劃分析看板

1.4 預(yù)制構(gòu)件信息集成物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

基于本文第1.1節(jié)的裝配式正向建模設(shè)計(jì)模型，項(xiàng)目建立裝配式工程施工預(yù)制構(gòu)件一件一碼易吊裝雙端平臺(tái)。

手機(jī)端方面，采用微信小程序的形式進(jìn)行輕量化處理，免去冗余APP 安裝，通過手機(jī)微信掃碼打開“筑享易吊裝”小程序，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場與構(gòu)件廠的高效協(xié)同、精準(zhǔn)傳達(dá)、過程留痕以及完整閉環(huán)。后臺(tái)對(duì)項(xiàng)目所有構(gòu)件賦予唯一性識(shí)別標(biāo)碼，通過“筑享易吊裝”小程序可以進(jìn)行所有預(yù)制構(gòu)件獨(dú)立的庫存查看、構(gòu)件進(jìn)場計(jì)劃提報(bào)、構(gòu)件物流信息查詢、構(gòu)件進(jìn)場后驗(yàn)收信息反饋、吊裝施工及驗(yàn)收完成后的作業(yè)閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)“像網(wǎng)購一樣進(jìn)行預(yù)制構(gòu)件下單、物流追蹤及質(zhì)量評(píng)價(jià)”，如圖4、圖5 所示。微信小程序的所有操作記錄會(huì)實(shí)時(shí)同步更新至數(shù)字工地PC端，對(duì)構(gòu)件庫內(nèi)構(gòu)件信息及狀態(tài)進(jìn)行更新，并對(duì)BIM模型進(jìn)行染色。

圖4 提報(bào)構(gòu)件進(jìn)場計(jì)劃

圖5 手機(jī)端狀態(tài)追蹤

PC 端方面，以數(shù)字孿生的形式接入項(xiàng)目數(shù)字工地平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)工程進(jìn)度的實(shí)時(shí)模型染色以及BIM 可視化展示，進(jìn)入數(shù)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(jìn)度（灰色為已生產(chǎn)；深灰色為已運(yùn)輸；綠色為已吊裝、已驗(yàn)收），點(diǎn)擊模型任意墻、柱、梁、板可以查看其構(gòu)件設(shè)計(jì)及生產(chǎn)信息、施工狀態(tài)、質(zhì)檢情況等。除了BIM 模型可視化展示外，還配有預(yù)制構(gòu)件庫信息庫，可以便捷查詢?nèi)我鈫误w、任意樓層、任意類型構(gòu)件的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、生產(chǎn)及施工狀態(tài)信息，如圖6～圖8所示。

圖6 SPCC數(shù)字工地平臺(tái)

圖7 數(shù)字孿生BIM工程進(jìn)度可視化看板

圖8 預(yù)制構(gòu)件庫信息庫

2 生產(chǎn)要素智能化管理

項(xiàng)目除了在裝配式工程施工方面應(yīng)用了智能正向設(shè)計(jì)、自動(dòng)化生產(chǎn)、施工現(xiàn)場與構(gòu)件廠互聯(lián)、預(yù)制構(gòu)件信息集成物聯(lián)等技術(shù)外，還集成傳統(tǒng)分包管理、物資管理、人員管理、進(jìn)度管理、安全管理、質(zhì)量管理、環(huán)境管理、設(shè)備等方面也集成打造了SPC 項(xiàng)管家智慧工地駕駛艙，如圖9所示。

圖9 SPM項(xiàng)管家數(shù)字工地駕駛艙

2.1 分包管理

所有分包單位通過云筑網(wǎng)集采平臺(tái)公開招標(biāo)，確保公正、透明；通過財(cái)務(wù)一體化平臺(tái)進(jìn)行分包工程款資金計(jì)劃以及各部門聯(lián)動(dòng)審批；采用云筑網(wǎng)勞務(wù)實(shí)名制系統(tǒng)進(jìn)行分包單位作業(yè)人員考勤管理。

2.2 物資管理

項(xiàng)目配備無人值守物料過磅驗(yàn)收系統(tǒng)；所有物資計(jì)劃、采購、領(lǐng)料通過企業(yè)供應(yīng)鏈服務(wù)平臺(tái)線上管理；所有物資招采、驗(yàn)收通過云筑集采平臺(tái)雙端（PC端+移動(dòng)端）聯(lián)合管理。

2.3 設(shè)備管理

所有塔式起重機(jī)安裝并接入塔吊防碰撞在線監(jiān)測系統(tǒng)；塔式起重機(jī)采用BIM技術(shù)通過安裝位置、安裝臂長、施工進(jìn)度多種方式結(jié)合進(jìn)行源頭防碰撞；所有塔式起重機(jī)安裝撿到位管理系統(tǒng)。

2.4 安全管理

通過自主研發(fā)的中國建筑智慧安全管理平臺(tái)進(jìn)行生產(chǎn)過程安全文明管理，涵蓋視頻監(jiān)控、危險(xiǎn)源識(shí)別、危大工程公示、危大工程驗(yàn)收、隱患排查治理、安全生產(chǎn)趨勢分析、安全指數(shù)評(píng)價(jià)等工作，實(shí)現(xiàn)智慧安全管理。

2.5 質(zhì)量管理

與安全管理類似，主要包括質(zhì)量目標(biāo)、質(zhì)量動(dòng)態(tài)公示、質(zhì)量在線驗(yàn)收及質(zhì)檢、質(zhì)量隱患排查治理、分包商工程質(zhì)量評(píng)價(jià)公示、實(shí)測實(shí)量合格率統(tǒng)計(jì)、質(zhì)量問題分析等。

3 結(jié)語

本項(xiàng)目通過對(duì)裝配式高層住宅項(xiàng)目智能建造技術(shù)的研究，一定程度上實(shí)現(xiàn)了智能建造與新型建筑工業(yè)化的協(xié)同發(fā)展，也據(jù)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(yè)化協(xié)同發(fā)展現(xiàn)場觀摩會(huì)。但主要局限于施工管理的智能化，在施工過程自動(dòng)化方面涉獵較少，僅采用了混凝土自動(dòng)找平等少量機(jī)器人設(shè)備，后續(xù)還將在裝配式施工過程研究應(yīng)用一些自動(dòng)化設(shè)備，達(dá)到降低勞動(dòng)力投入的目的，輔助和替代“危、繁、臟、重”的人工作業(yè)，提高工程建設(shè)機(jī)械化、智能化水平，改善施工現(xiàn)場勞動(dòng)力密集的現(xiàn)狀。