智慧建造技术在“工业上楼”工程项目中的实践运用

智能建造是以新一代信息技术、先进制造技术与工程建设领域深度融合为特征，以工业化建造和数字化建造为基础，以提升工程质量安全、效益和品质以及推动生产力升级和生产关系重塑为目标，实现工程项目全过程数字化、网络化、智能化的新型建造方式。发展智能建造是贯彻落实党中央、国务院决策部署的必然要求，对加快推动建设行业转型升级和高质量发展具有重要意义。深圳市于 2023 年 4 月 28 日正式印发了《深圳市智能建造试点城市建设工作方案》，并发布了深圳市智能建造技术目录，该目录主要涉及数字设计技术、智能生产技术、智能施工技术、智慧运维技术、建筑产业互联网平台技术、智能建造设备装备技术六部分内容。

工业上楼类工程通常以高层厂房为主，同时配套住宿、办公、研发及商业等设施，进而形成以高端制造为核心，集生态休闲、优质服务、品质生活于一体的“产城融合社区”。高层厂房通常单层面积大、标准化设计程度高，非常适合智能建造技术的大规模、多场景应用。本文以深圳市宝安区某在建工业上楼工程为案例，重点阐述通过采用一系列智能建造技术的运用，确保工程项目实现快速建造与绿色建造，助力打造高标准、高品质、高颜值工业上楼项目。

该工程位于深圳市宝安区，是深圳市 2023 年首个正式开建的工业上楼项目，项目总用地面积 8.8 万㎡，建筑面积 43万㎡，整体效果如图 1 所示。其中厂房建筑面积 26.5 万㎡，单体厂房建筑地上 12 层，建筑高度 65m。首层层高 8m，结构荷载 2.5 吨 /㎡；2~6 层层高 6m，其中2~3 层层高结构荷载 2 吨 /㎡，4~5 层荷载 1 吨 /㎡；7 层以上层高 4.5m，荷载 0.65 吨 /㎡。厂房标准层面积约 1.2 万 ㎡，纵向长度约 190m，横向宽度约120m。高层厂房如图2所示。另有研发配套用房、宿舍、商业约 9.5 万 ㎡，旨在打造国际一流的新一代生产生活生态相融合的制造业园区。

本项目研发配套用房（见图 3），建筑面积 2.96万㎡，地上 21层，建筑高度 96.3m，1~3层层高 5.4m，4 层及以上层高 4.2m，结构荷载 0.35 吨 /㎡，结构体系采用混凝土核心筒 + 外框钢结构，装配式评价中，钢柱为竖向构件，钢梁及钢筋桁架楼承板为水平构件，一体化板墙为内隔墙，总评分为 65.8 分，且绿色建筑评分为 86.4 分，满足国家绿色建筑三星级的评分要求。

3.1.1 采用自主可控 BIM 软件

BIM 技术通过数字化建模，将建筑各专业、各阶段信息集成到一个模型中，包括设计、材料、施工等。在工业上楼工程项目中，BIM 可以帮助建筑师和工程师更好地协同工作，进而提高设计质量，并且能够及早发现并解决问题，减少后期图纸改动和重复工作。本项目通过采用国产化自主研发可控的 BIM 图形平台 AECMate CORE（见图 4），基于高效图形引擎与高效数据库技术，具备建模算法与大体量几何空间的优化存储及显示等功能，可以快速实现项目的图形显示、几何参数化造型等。针对本工程跨阶段快速建模应用需求，利用 BIM 快速建模软件 AECMate RM（见图 5）可支持图纸信息的快速读取、图形智能分析与处理、模型深化与优化等功能，高效解决土建、机电模型快速生成问题。

3.1.2 构件库平台

通过采用国产自主研发的AECMate 资源库中的构件库平台（见图 6）进行 BIM 设计，为开展高效便利的设计提供 BIM 构件资源。通过采用建立的标准化、通用化构件资源库进一步提高设计工作效率，同时具备BIM 构件的管理、下载、复制、编辑等要求，能够满足工程竣工阶段 BIM 模型交付要求。在工业上楼工程项目中，高层厂房、宿舍等功能区设计标准化程度高，利用 BIM 构件库平台，实现项目数字化设计，做到项目的规范管理、各专业的应用协同。

3.1.3 面向制造和装配的设计

工业上楼项目通常会配套宿舍、研发配套用房等附属设施，而此类建筑需满足深圳市新建建筑工程装配式评分要求。本工程宿舍楼项目采用混凝土装配式，研发配套用房采用钢结构装配式，设计阶段通过采用 Revit、Tekla 等三维建模软件进行构件、部品部件的设计与深化，并根据深化设计图纸进行构件加工和现场安装，有效实现装配式建筑工程设计、生产、施工安装一体化全流程设计，图7~8 分别为配套宿舍装配式混凝土结构和研发配套用房装配式钢结构设计、加工及安装全流程。

3.1.4 基于 BIM 的设计协同平台

采用 CCBIM 平台（见图 9）、AECMate 集成平台（见图 10）进行设计协同管理工作，该平台以工程项目为核心，可实现多维度协同管理，具有图模会审、轻量化浏览、在线批注、日志集中管理等功能，能够准确表达设计意图，并对工程设计过程中的更改或修定进行实时显示。可通过 BIM 三维模型高效进行多专业协同，提升整体工作效率，实现信息的互通、互用、互享与增值。在工业上楼项目中，通过设计协同管理，加强了各专业的互联互动，能解决传统设计的沟通协调效率低的问题，更好地实现方案设计的设计效果要求。

3.2 智能生产

3.2.1 智能工厂数字化管理

本工程采用企业自主研发的数字化管理平台（见图 11），将钢结构施工全过程划分为深化设计、材料管理、构件制造、项目安装四大阶段及若干工序；以工序流程化管理为基础，应用物联网、BIM 等信息技术，对工厂制造的钢构件实现全生命周期内的数字化管控与精益化管理，实现钢结构工厂加工的数字化，助力项目履约。

3.2.2 钢结构部品部件智能生产

本工程钢构件生产厂采用全球首条重型 H 型钢智能生产线，使用智能化的设备，如自动焊接机器人（见图 12）、自动运输机器人（见图13）、智能化切割下料等。整个产品类型涵盖 H 型、十字型、箱型、圆管、桁架、异型、桥梁、绿建等所有钢结构产品。产线具备全自动化生产、信息化管理、CPS 融合的柔性智能制造技术，智能下料中心将全自动切割机、钢板加工中心、程控行车、全自动电平车等设备和实体库存进行统一控制、调配、管理、监控和数据采集，实现“无人化”下料。与此同时，制造厂内还建设有能像系统和钢结构全生命期管理平台，分别对设备能耗以及钢构件加工流程进行全过程的管控。

3.3 智能施工

3.3.1 数字化管理平台

针对本工程工期紧，立体交叉作业多、管理协调难度大等特点，将人、机、料、法、环作为关键要素，搭建了智慧化、立体式远程指挥中心。指挥中心以“实时 + 及时”为建设理念，将实时数据与实时画面用于支撑科学决策，并采用即时会议系统支撑施工现场高效沟通。指挥中心主要由数字化管理驾驶舱（见图 14）、实时视频会议系统等组成，依托智慧屏进行各项核心数据显示，在项目建设过程中发挥了“大脑”的作用，提升项目组对工程建设项目质量、安全、进度、物资、成本的综合管控能力，有效实现工程建设管控的可视化、精细化、智能化。

3.3.2 施工安全监测

由于工业上楼项目体量大，施工作业人数常超过上千人，施工安全管理难度大，通过智能化的安全系统进行实时监测是大势所趋。为确保建设工程项目施工过程中的安全监测，项目应用 AI 安全监测与预警系统、智能预警螺母监控系统、钢丝绳监测、智能广播、智能语音提示等系统，监测数据对接工地数字化管理平台，根据相关规范要求指标作出相应量化评价和预警，强化施工现场安全监测。

AI 安全监测与预警系统主要依靠 AI 算法库，其主要包括安全带智能监测、反光衣智能监测、抽烟行为识别、智能人脸识别、人员聚集监测识别、陌生人识别、安全帽识别、重点区域保护识别以及火焰检测识别等，如表 1所示。通过网络化的监测预警系统对项目进行实时的全方位监测，确保作业人员生命，保障项目平稳施工。

智能预警螺母监控系统（见图 15）则是将智能预警螺母装在高强螺母后面，当高强螺母松动退丝时会触动预警螺母背面传感器，预警螺母即启动预警，将预警信号传输给监控主机，监控主机启动本地预警并把预警信息上传至云平台，实现施工现场与企业的联动管理。

塔吊运行监测管理系统是基于传感器技术、数据融合处理、嵌入式技术数据采集技术、无线传感网络与远程数据通信技术，在塔吊不同部位分别安装风速传感器、吊重传感器、回转传感器、变幅传感器、人脸识别系统等，通过先进的硬件技术结合云系统管理，高效率地实现建筑塔机单机运行和群塔干涉作业防碰撞的实时安全监控与声光预警报警功能。项目通过吊钩可视化解决盲区作业，减少带病作业，确保安全作业。汇总分析塔吊工效、司机违规操作，便于塔吊维保，塔司规范，确保安全作业。从技术手段上保障了对塔机使用过程和行为的及时监管，切实预警、控制设备运行过程中的危险因素和安全隐患，有效地防范和减少了塔机安全生产事故发生。

智能安全帽是近几年智慧工地常采用的安全措施，其主要功能包括危险救援、静默报警、跌落报警、语音对讲、脱帽报警等功能，采用 4G 技术进行信息传输，让现场作业体验感大幅提升，结合智慧监管平台，能更加全面、实时、精准地了解施工现场前端作业情况，实现前端作业更安全、后端管理更高效。

3.3.3 施工质量监测

本工程在施工质量监测方面使用了楼板厚度检测仪、数字超声探伤仪等智能仪器监测楼板、钢结构的质量，实现数据实时传导工地数字化管理平台，并对监测数据进行处理、存储与分析，根据相关规范要求指标作出相应量化评价和预警，实现对实测实量工作的远程管理，及时纠偏项目存在的质量问题，提升施工过程质量管理水平，保障高质量完成建设任务。解决施工过程质量检测效率低下、现场人工测量精度较低、传统质量检测数据难以共通等问题。

3.3.4 施工环境监测

在项目现场出入口安装扬尘噪声监测设备（见图 16），主要由传感器、数据采集器和数据分析组成。传感器负责采集环境中的扬尘噪声数据，数据采集器将采集到的数据传输至数据分析软件进行处理和分析。通过实时监测和数据分析，以数字化的方式反映施工现场风速、风向、温度、湿度、TSP、PM10、PM2.5、噪声等的实时数据，数据通过网络在“智慧工地”平台实时显示与预警，结合喷淋降尘系统，从而减少噪音扰民和工地扬尘造成的环境污染。

3.3.5 绿色施工

绿色施工是建筑施工周期中的一个重要环节，是实现建筑领域资源节约和节能减排的关键环节。在保证施工质量、施工安全等基本要求的前提下，最大限度地节约资源利用与减少环境污染，实现四节一环保（节能、节地、节水、节材和环境保护）。本项目通过使用太阳能灯杆（见图 17）将高效风机与多晶硅太阳能板组合储电，转化效率高，2~3 级风便可启动风机，阴雨天也能充电，充分利用可再生能源。

利用中水回收系统（见图 18）将集水井中的雨水、施工废水通过压力泵运输到沉淀池，经沉淀后再经过生化池进行有机物降解及泥水分离，而后运输到清水池进行储存，最终可作为冲洗路面、冲洗施工车辆、混凝土养护等施工水及消防水使用。该系统既可以有效地利用和节约有限的、宝贵的淡水资源，又可以减少污、废水排放量，减少水环境的污染，还可以缓解城市下水道的超负荷现象。

利用自动化伸缩防尘天幕系统（见图 19），在项目土方开挖过程中对扬尘做到整体封闭具备防尘、降噪、纳凉的效果，通过合理的标高设计做到既不耽误施工作业又能有效改善建设者们的工作环境，给项目搭建“绿色保护伞”。该系统操作简单，通过操作控制系统启动由传动导轮带动幕布展开收缩仅需 1 分钟，便可实现整个天幕系统的开合。

3.4 智慧运维

基于数字孪生技术的智慧运维平台采用物联网、大数据、人工智能等技术，实现一平台、一中心、四体系助力园区智慧升级，如图 20 所示。在社区方面，引入社区管理平台，实现人员匹配，即人员上下班自动考勤、权限控制、访客自助管理等功能；同时实现车牌匹配，即大规模车辆早晚高峰快速入库和出库、访客车辆自助管理及智慧停车。

在安全方面，基于高清视频和 AI 的大安全管控，引入无人机、视频调阅、电子保安等功能。在招商方面，通过大数据挖掘支撑精准招商和经济运行，包括企业画像、经济运行、精准招商等模块。在市政方面，主要引入万物互联网智慧市政设施，通过视频智能自动识别违法行为，包括智慧路灯、智慧井盖、智慧消防栓等。物流方面，可谓是工业上楼类项目最核心的问题之一，主要引入可视物流系统，实现货物仓储、派单、报关、运输、签单的全过程管理，最优化自动求解装车预估时间，提高物流效率。通过这些功能的运用，让智慧化体现在现代化产业园的方方面面。

3.5 建筑产业互联网平台

本项目采用公司自主开发的建筑工人管理产业互联网平台（见图 21），利用大数据、人工智能、移动互联网等技术，实现覆盖实名制、进退场、安全教育等工人端到端的管理，并与深圳“i 深建”实名制平台、云筑劳务等地方及第三方平台对接打通，助力分包、供应商与工人的精准管理。通过此平台，做实了工地实名制及一码通，保证现场施工管理畅通，同时也做实了工人的工资代发及维权通道，保障了工人的合法权益。

3.6 智能建造设备装备

3.6.1 智能测量

本工程采用智能测量机器人来模拟人工测量规则（见图22），使用虚拟靠尺、角尺等进行实测实量，具备全自动测量、高精度成像、智能报表生成、多维度分析等功能，提升现场测量检验效率，同时也让测量结果较人工更客观和准确，实现数据可追溯、易维护、无纸化测量。运用场景主要包括墙面平整度与垂直度、阴阳角、天花水平度、地面水平度、天花平整度等数据的实测实量。

3.6.2 建筑机器人

本工程研发配套用房结构主体所使用的钢构件，在工厂加工期间采用下料、焊接、物料运输机器人。高层厂房主体为混凝土结构，在标准层施工区域，局部采用了腻子喷涂、打磨机器人及墙板安装机器人等机械化设备（见图 23~25），有效代替部分人工进行大面积作业。

使用腻子喷涂、打磨机器人可以智能化施工，保证了施工效果的一致性，也降低了施工风险，自动化施工避免了登高作业，降低了粉尘对工人身体的危害。墙板安装机器人可实时提取墙板所处的位置，通过内置算法，自动调整板材的位置，实现墙板的自动安装，解决装配式建筑围护墙板安装现场人工劳动强度大、效率低、安装风险大等问题。现场将标准化设计与绿色施工相结合，进一步提高施工效率。

3.6.3 无人机监测应用

此项技术是通过在同一飞行平台上搭载多个传感器（见图 26），可实现从垂直、倾斜角度、沉降等多个角度对地物进行拍摄，实现对工程进度、工程安全、土方测量、现场监测等各方面的管理，减少人力风险的同时，具备数据采集与数据处理两大功能，让施工现场进度更加直观，让基坑开挖及填筑土方量计算更加精准。

（1）在数字设计方面，采用自主可控的 BIM 软件及构件库平台，可快速实现项目复杂的图形显示、模型生成，提升建模效率。通过将各专业在设计、材料、施工等阶段信息集成到一个模型中，实现多专业协同及信息的互通、互用、互享与增值。

（2）在智能施工方面，采用 AI 安全监测、塔吊监测等管理系统对施工现场实施安全的网格化管理，可以实现管控无盲区。借助智能化检测仪器对施工质量进行监测，同时配备实施的环境监测设备，所有的数据均可汇集于工地数字化管理平台，助力项目管理数字化。

（3）智能建造方面，需积极探索测量、腻子喷涂、打磨机器人、墙板安装机器人应用场景，进一步提升现场施工质量与效率，同时降低施工过程中的安全风险。

（4）在施工管理方面可采用建筑产业互联网平台，在施工阶段引入智能建造装备有效提高施工效率、施工质量和施工安全，同时实现节约工程成本和避免材料资源浪费，进而推动“工业上楼”类工程项目的可持续高质量发展。（作者单位：中建科工集团有限公司）