湖南师范大学附属星沙云谷实验学校项目成功打造 365智能建造整体解决方案

2020年7月，住建部等13部门联合印发了《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》，掀起了智能建造的发展浪潮。智能建造，不仅是建筑业的一次革命，更是新质生产力发展的重要引擎！

为响应时代发展的浪潮，三一筑工依托三一“全球建机三强”和工业物联网的优势，创新打造了三一智能建造解决方案（SPCS 365 ），即通过智能建造“平台协同、BIM孪生、创新应用” 3大场景，实现大众化建筑“结构安全成本优、低碳智慧好快省” 6个维度的目标，赋能建筑全生命周期投资与策划、规划与设计、生产与供应、施工与交付、运营与消纳 5个阶段。目前该整体解决方案已经在北京、长沙等全国各地广泛应用，均取得令人满意的效果。

近期，继长沙首个智能建造项目——云谷嘉苑项目之后，三一筑工再次成功打造了湖南师范大学附属星沙云谷实验学校智能建造项目，获得了广泛的关注。

一、项目概况

湖南师范大学附属星沙云谷实验学校项目占地面积 6.12 万㎡，总建筑面积 4.69万㎡，其中地上计容面积 3.87 万㎡，地上不计容面积 0.31 万㎡，地下建筑面积 0.51 万㎡，为混凝土框架结构，由1#中学综合楼、2#小学教学楼、3-1#食堂、风雨操场、3-2#实验楼、4#报告厅、5#南大门、6#垃圾站、连廊、地下车库组成，该项目鸟瞰图详见图1。

图1 项目鸟瞰效果图

本项目全面实施了“平台协同、BIM孪生、创新应用” 3大智能建造场景，即使用筑享云平台，实现全角色、全要素、全周期实时在线协同。使用BIM技术，提高设计精度，一模到底、实现BIM动态孪生。再次，还全面推动四新应用，包括空腔墙柱新材料、等效异构新技术、面内作业新工艺以及工模夹具+PC生产线+智能化电动化工程机械新装备。

在建筑工业化应用方面，本项目采用装配式建筑方式进行建造，1#中学教学楼与综合楼、2#小学教学楼、3-1#食堂、风雨操场、3-2#实验楼、4#报告厅均采用SPCS空腔柱装配式建造体系，其外墙均采用ALC板材，应用面积达80%以上，项目装配率达到50%，体现了装配式住宅项目“建筑工业化”的高超水准。

以1#中学教学楼为例，SPCS预制构件和ALC板材布置图详见图2。

图2 SPCS预制构件和ALC板材布置图

在高装配率的基础上，项目按照三一筑工编制的全过程智能建造方案，全面实施智能建造全过程应用场景，包含投资与策划、规划与设计、生产与采购、施工与交付、运营与消纳五大阶段。应用筑享云平台，基于信息共享、数据驱动、业务协同、交易撮合的平台能力，实现项目“全生命周期、全角色、全要素”在线协同，实时动态全局最优。接下来我们依次详细介绍智能建造场景五个阶段。

（一）投资与策划阶段

本项目基于三一筑工自主研发的筑享云平台，邀请项目各相关方，应用SPCP/D项目计划与数据管理模块（见图3），在线协同编制项目计划，任务实时沟通，同时对项目全过程文档和数据实时进行管理，并对项目数据进行多层级看板分析，动态反馈，实时预警，助力项目全生命周期投资决策、平台策划。

图3 筑享云SPCP/D项目计划与数据管理模块

（二）规划与设计阶段

本项目基于筑享云平台，依次按照平台线上计划驱动、项目线下本地设计、设计数据平台交换、设计成果动态评审的方式进行定制设计和全程仿真。

在技术体系选型上，本项目采用SPCS技术路线，即“空腔墙柱+等效异构+工模夹具+面内作业”。

其中空腔墙柱是指采用SPCS空腔墙或SPCS空腔柱，实现现场减少绑钢筋、支模板、搭脚手架工作量。空腔墙柱的构件形式详见(图4——a 空腔墙，b空腔柱 )。本项目所有楼栋结构形式均为框架结构，所以只采用空腔柱（见图5）。

（a）空腔墙

（b）空墙柱

图4 空腔墙柱示意图

图5 空腔柱现场实景图

等效异构是指采用受力性能等同现浇结构的连接方式进行结构组合，保证结构整体安全。连接方式详见（图6——a 空腔墙，b空腔柱）。空腔柱安装现场实景图详见(图7——a方柱、b圆柱）。等效异构的连接方式，有效规避了传统套筒灌浆实心墙体系对中难、灌浆难、检测难、防水难等一系列痛点问题，实现结构整体安全等同现浇。

（a）空腔墙

（b）空墙柱

图6 等效异构示意图

（a）方柱

（b）圆柱

图7 空腔柱现场安装现场实景图

工模夹具是指采用三一筑工自研的轻量化、高品质、高周转的工模技术体系，实现工模夹具快拼快装，提高施工效率。

面内作业是指采用SPCS预制外墙，匹配相应安全措施，可免去外脚手架搭设，实现安全高效施工。其中框架结构相应的配套工模技术和面内作业相关技术措施详见图8。

图8 工模夹具与面内作业技术

该技术路线的核心思想之一就是全面应用竖向结构装配式技术，全面取消水平结构叠合板。因为水平结构装配式得分效率更低（见表1），需要用更多高成本的大量预制来满足装配式得分项，总体成本较高。而采用竖向装配式结构技术，可以实现用少量预制，就可以轻松得分，这样成本更经济。

表1 装配式建筑评价标准（ GBT 51129-2017 ）得分表主体结构截取内容

在地下室结构方面，本项目采用了地下室空腔外墙，采用特殊的防水工艺（详见图9），实现了外墙防水。同时地下室还采用空腔柱构件，总体实现竖向结构预制“应做尽做”。

图9 地下室SPCS外墙防水构造

在设计工具方面，采用P/N/R+SPCS等正向BIM设计软件，解决行业BIM设计协同难、设计质量差、设计效率低等痛点，实现自动拆分、智能深化、一键图表等多项功能，让建筑设计更好更快更轻松，设计效率较传统深化设计软件提升40%以上。同时正向设计软件一键输出的模型数据可驱动灯塔工厂智能装备，实现PC构件智能化生产，进一步实现设计驱动全场景，详见图10。

图10 设计软件驱动全场景

（三）生产阶段

三一筑工自主研发的SPCI工业软件智能解析BIM设计数据，拉动筑享云平台的计划数据，完成自动拼模，并形成以模台为单位的生产任务，按照工艺路径数据驱动拆布模机器人、划线涂油一体机和视觉质检、智能布料、翻转合模、堆养等装备，实时联动智能钢筋、智能搅拌站，实现各类钢筋与混凝土的协同自动化生产，满足装配式部品部件JIT生产，模台利用率和产量较传统PC生产线提升50%，整线用工人数降低60%，生产节拍8-10min。（见图11）。

图11 SPCI驱动智能化设备，实现智能化生产

在构件管理方面，工厂利用PCM构件管理系统，基于一件一码的构件清单，根据施工现场要货需求，倒排生产计划、运输计划，对项目订单、构件生产、库存、发运进行全过程的管理和跟踪，使构件生产过程可控，交付进展可视，并确保生产与施工进度的精确衔接，实现计划驱动。PCM一件一码管控流程详见图12。

图12 PCM构件管理系统管控流程

此外，三一筑工自主研发的数字工厂驾驶舱，可锁定“人机料法环”要素指标和QCDS成效指标，做到工厂生产运营“一屏掌控天下”。

（四）施工与交付阶段

PC构件到场后，现场施工人员通过PCM施工端扫码验收。验收通过后，技术人员运用PCM施工端，扫码吊装。平台自动记录吊装状态，并关联至BIM模型，直观展示构件安装情况。

本项目所有楼栋为框架结构，应用SPCS空腔柱（见图13），再配合工模夹具和面内作业，在大幅减少绑钢筋、支模板、搭脚手架的基础上，进一步提高工效和施工安全性。构件空腔内浇筑同质混凝土并振捣，形成连续整体，等同现浇，结构安全不漏水。整个施工过程，可减少现场作业人员40%以上，并实现4-5天一层施工速度。

图13 空墙柱安装现场实景图。

本项目在地下室阶段采用了地下室空腔外墙，实现了高效安装，同时采用空腔柱，大幅减少绑钢筋、支模板、搭脚手架，地下施工速度整体提速50%以上。

在工程机械应用方面，本项目采用全球建机三强三一集团旗下多款智能化电动化工程机械系列，包括土石方机械系列、路面机械系列、混凝土机械系列、桩工机械系列、起重机械系列、三一重卡系列等（详见图14），实现了低碳化、少人化施工。目前三一集团电动化工程机械达30多款，在行业内率先全面打通“单机智能化-机群智能化-智慧施工”技术路径，低碳化、智能化创新成果不断，市场地位遥遥领先。

图14 三一多款智能化电动化工程机械系列

在装配式施工的基础上，本项目还采用多种智能机器人参与到施工及检测环节，助力现场高效施工、合理施工，其中包括的机器人类型有：四轮激光地面整平机、地面抹平机、建筑测量机器人、外骨骼机器人、BIM放样机器人、三维激光扫描仪等。

此外，三一筑工独立研发的数字工地驾驶舱，同样可以锁定“人机料法环”要素指标和QCDS成效指标，做到项目施工运营“一屏掌控天下”，详见图15。

图15 数字工地驾驶舱

当项目竣工交付后，筑享云平台可以实现BIM孪生交付，进而为智能家居、智慧社区提供后续数字运营支持。

本项目通过三大智能建造场景应用，赋能五个环节，最终实现了大众化建筑结构安全成本优、低碳智慧好快省。目前本项目建造成本每平方建筑面积较传统建造方式节约90元以上，获得了非常可观的经济收益和综合效益，继长沙首个智能建造项目（即云谷嘉苑项目）之后，再次全面成功打造了智能建造全场景，树立起长沙智能建造示范项目新标杆。

我们相信，智能制造的今天就是智能建造的明天，智能建造的发展趋势已经明确。三一筑工也将继续不断创新进取，为建筑行业智能建造发展贡献出更好的三一方案、更多的三一智慧和更强的三一力量，与合作伙伴携手并进，为全力实现“共筑智能建造新生态”这一宏伟目标而不懈奋斗！