超高层装配式建筑节点智慧建造关键技术研究

PAGEPAGE20中建五局土木工程有限公司科技研发课题计划书课题名称：超高层装配式建筑节点智慧建造关键技术研究课题申报单位：x建设项目办公酒店工程项目课题组（盖章）课题负责人：xx（签字）起止年限：202x年9月至2021年12月中国建筑第五工程局土木工程有限公司202x年7月

课题基本信息课题名称超高层装配式建筑节点智慧建造关键技术研究申报课题级别（）重大课题（）重点课题（√）一般课题建议单位中建五局土木工程有限公司参加单位无课题负责人姓名职务/职称电话e-mail选题背景本工程规划用地面积约53.03亩，总建筑面积约14.98万平方米，为复合型总体建筑，包括150米的超高层办公楼、50米的五星级酒店硬件配套，以及多个多功能会议厅、运动设施、配套型商业等，是集总部办公、星级酒店、配套商业、屋顶花园与一体的综合办公区域。整个建筑面向城市广场区域，局部底层架空，将来自道路交叉口的人流疏导至项目内广场，并分流至西侧已建住宅区。建筑内广场结合北侧住宅设置邻里型商业核心，在满足住宅及办公人群的商业消费需求的同时，以友好的环境吸引周边人群。本工程位于昭通市主城区西南角，亦是在昭鲁一体化通廊上的中心节点位置建设本工程，为昭通市地标建筑,结构采用核心筒剪力墙结构，其余部分为装配式钢结构，设计形式先进。通过研究超高层装配式建筑节点智慧建造关键技术，从整体设计与生产、施工等全过程阶段，解决超高层装配式建筑节点构造优化设计复杂、异型节点生产加工定位不精确以及现场施工质量难控制的问题，形成基于BIM技术进行超高层装配式建筑节点优化设计和全过程信息化管理，基于计算机数控技术进行超高层装配式建筑异型节点精确下料、加工、定位，以及超高层装配式建筑节点变形及防渗漏等施工质量控制的关键技术，不断提升施工技术水平，实现施工现场的安全保障、质量提升以及效益最大化。主要研究内容1、研究对象超高层装配式建筑节点智慧建造关键技术研究2、研究内容①基于BIM技术进行超高层装配式建筑节点优化设计和全过程信息化管理研究与应用；②基于计算机数控技术进行超高层装配式建筑异型节点精确加工生产的关键技术研究与应用；③超高层装配式建筑节点变形及防渗漏等施工质量控制的关键技术研究与应用。研究目标与成果（1）课题研发总目标超高层装配式建筑节点施工关键技术研究成果作为相关设计、施工方案优化依据，动态指导同结构类型超高层装配式建筑的施工，保证施工的科学、先进和安全性。（2）课题研发成果①完成《超高层装配式建筑节点智慧建造关键技术研究》的研究报告；②发表施工技术相关论文2篇；③形成省部级施工工法2篇；④获得专利1项。经费总预算申请拨款0万元自筹经费905万元起始日期2020年9月完成日期2021年12月目录一、课题需求分析 41.课题研究意义 42.相关领域国内外技术现状、发展趋势 53.课题单位现有工作基础（已有相关成及开展的研究） 6二、课题目标及主要研究内容 71.研究目标 72.研究具体内容（展开描述） 73.技术路线 84.技术难点、创新点 85.考核指标（专利、软件著作权、标准、规范、工法、新产品、论文、专著、科技成果奖、人才等） 106.进度计划（各阶段性的研究内容、目标、成果等） 10三、课题经费预算 111.经费预算表 112.设备费--购置/试制设备预算明细表 143.材料费预算明细表 154.测试化验加工费预算明细表 165.课题经费支出预算表编制说明 17课题申报书一、课题需求分析1.课题研究意义本工程为昭通市地标性建筑，设计采用核心筒剪力墙结构+装配式形式，装配式采用轻钢结构，具有绿色环保、安全可靠、缩短工期等优势，且符合建筑工业化发展的趋势。在高层建筑施工建设中，装配式钢结构体系有着绿色、环保、安全系数高、可持续发展等诸多优点,且作为其主要部分，通常发挥着重要作用。在装配式钢结构设计中，各节点的连接设计是设计的重要内容，一方面，在装配式钢结构体系中，节点的用钢量通常占整个结构用钢量的10%～20%，节点的构造形式对节的强度、刚度以及整体结构的受力和变形均有直接影响；另一方面，节点的精确加工、定位和连接形式直接影响到现场的施工进度以及钢结构建造成本。总而言之，装配式建筑作为新型结构建筑，对于其节点连接方面有着比较高的要求，施工过程中节点连接存在的问题也比较多样，合理地选择装配式钢结构节点的构造形式对钢结构建筑设计和施工都具有重要意义。因此，我们必须要从设计、生产、施工等多个阶段入手，加大对超高层建筑装配式建筑节点构造形式以及节点施工等智慧建造关键技术的研究力度，对节点连接施工存在的质量问题进行全面、深入的分析，并在此基础上研究出合适的节点构造设计以及连接方法，从而更好地实现建设标准化和产业化的发展目标。2.相关领域国内外技术现状、发展趋势现阶段，装配式建筑是建设行业的一种发展趋势，这种建筑具有诸多优势：施工质量、施工效率较高，不容易受到气候的影响，周期较短，还具有节能环保的特点，深受广大业内人士及群众的认可。时至今日，装配式钢结构在发达国家的发展历史较长，特别是在欧美和日本等地，建筑用钢量已达钢产量的三成以上，钢结构建筑面积占总建筑面积约四层以上，形成了各自的钢结构体系。如今，我国的城市化建设脚步也正在不断加快，在建筑领域，施工技术也得到了不断加强与更新，不仅施工质量大幅提高，在整体上，也明显提升了建筑物的经济效益。但目前装配式建筑也存在相应的问题，如构件节点、接缝处等容易出现变形等质量问题的地方，若未能处理妥善，不仅影响实际的使用效果，还会影响结构的使用安全。装配式建筑的连接节点很多，不同预制构件在连接时存在着不同的要求，其连接方式也是完全不同的，从功能作用的角度来看，连接节点可分为结构性节点与非结构性节点两种；从施工方法的角度来看，现阶段装配式节点连接方法有湿连接（浆锚连接、普通后浇整体式连接、普通现浇连接、灌缝连接）和干连接（机械套筒连接、预应力连接、牛腿连接、焊接连接以及螺栓连接）。且国内外对装配式建筑的节点连接方式大多都是对框架梁柱节点的连接情况进行研究，对墙板以及其他更复杂的节点连接研究很少，对于超高层装配式建筑节点智慧建造关键技术也应进一步全面加强研究。本项目重点从超高层装配式建筑节点构造形式的优化设计、工厂的精确生产和定位以及现场施工质量控制方面为切入点，利用BIM技术、计算机数控技术研究超高层装配建筑节点设计、生产、施工一体化的关键技术，切实掌握超高层装配式建筑节点智慧建造关键技术要点，确保各道工序的顺利实施。3.课题单位现有工作基础（已有相关成及开展的研究）本工程为昭通市区域性标志建筑建设，为一个很好的科研研究项目载体。其设计单位均为业内顶尖设计单位：清华院依托强大的校企合作，在结构设计方面有丰富的实践经验，建设单位有与业内杭萧合作的装配式加工厂，且我单位有类似超高层装配式建筑施工及BIM技术应用推广应用条目，并且经过实际施工的检验，能够较好的体现施工单位的施工效益。本科研项目对国内外相关研究现状及特点阐述清晰，申报项目拟采取的研究方法、路线及方案先进可行，预期研究目标定位合理，并已具有一定的前期研究工作基础和研究条件。本工程通过收集国内外类似工程结构选型技术的利弊分析，调查我单位在建类似超高层装配式结构现场施工及装配式构件加工情况、BIM深化设计及虚拟施工技术等相关情况，在消化吸收相关文献资料、成功案例的基础上，昭通高速凤凰广场建设项目办公酒店工程150米建筑高度的实际工程特点以及致力打造昭通市地标建筑的高质量建设项目管理目标，对超高层装配式建筑构件节点的施工要求进行逐个分析、确定应用目标值，并结合BIM信息化管理平台对施工现场管理流程进行把控、优化，精于深化设计，严控工厂化加工、现场施工等工艺，从设计、生产、施工方面全方位有针对性的开展相关的研究工作。另外，技术上可以与设计单位联合互动；通过互动解决技术、人员、设备的问题，确保结果更加权威。同时在课题研究过程中，项目可以通过公司组织专家对现场进行指导，与高校共同进行课题的研究。人员方面，由公司强大的科研体系提供支持，配以课题小组人员组成的全面性、多样性，能满足本项科研活动，公司内部的专家可不定期到项目进行指导。同时邀请设计单位、专业钢构分包单位的相关人员共同参与，必要时组织专家对相关工作进行指导。经费方面，公司企业层面运营正常，高速发展的机遇，良好的财务状况，完全具备提供合理的本课题科研活动经费的条件，项目资金情况良好，公司将提供足够的资金支持。综上所述，项目课题组完全有条件、有能力如期完成本科研项目的研究。4.课题实施的社会、经济效益（国家、公司）（1）技术经济效益分析（经济、社会、环境）①经济效益：通过超高层装配式建筑节点优化设计，优化节点材料费用不低于30%；利用计算机数控技术进行超高层装配式建筑异型节点精确加工生产，降低材料损耗率不低于10%；通过对超高层装配式建筑节点变形及防渗漏等施工质量控制关键技术的研究，降低维修或处置费用不低于20%。②社会效益：通过对超高层装配式钢结构节点智慧建造关键技术的研究，同时从设计、生产、施工多个阶段合力进行深化设计与研究，辅以BIM技术以及计算机数控技术，全面分析超高层装配式建筑节点构造优化设计、工厂的精确生产和定位以及现场施工质量控制，树立企业良好品牌形象，并以提升建筑行业发展中的技术应用效果。③环境效益：对超高层装配式建筑节点智慧建造的关键技术研究，能持续有利于发挥装配式钢结构绿色、环保、安全系数高、可持续发展等诸多优点。（2）推广应用前景分析项目拟通过以超高层装配式结构施工的重难点分析和控制方法为基础，从结构方案优选以及节点深化设计管理方面为突破口，结合与构件设计协同的自动化加工技术，重点研究节点处的节点构造优化设计以及异型节点精确加工、定位以及现场施工质量控制等关键技术，以期能够不断提升施工技术水平，实现施工现场的安全保障、质量提升、效益最大化；同时以此来增强施工应用技术成效，促使建筑行业最终实现技术密集型发展。（3）对公司提高经营业绩的作用通过本科研课题的研究，通过从设计、生产、施工等全过程阶段对超高层装配式建筑节点智慧建造关键技术研究，为后续类似超高层装配式项目提供参考设计与施工经验，减少工期、保障质量，为企业赢得声誉。二、课题目标及主要研究内容1.研究目标通过研究超高层装配式建筑节点智慧建造的关键技术，解决超高层装配式建筑节点构造优化设计复杂、异型节点生产加工定位不精确以及现场施工质量难控制的问题，形成基于BIM技术进行超高层装配式建筑节点优化设计和全过程信息化管理，基于计算机数控技术进行超高层装配式建筑异型节点精确下料、加工、定位，以及超高层装配式建筑节点变形及防渗漏等施工质量控制的关键技术，不断提升施工技术水平，实现施工现场的安全保障、质量提升以及效益最大化。2.研究具体内容（展开描述）通过对超高层装配式建筑节点智慧建造关键技术进行研究与应用，实现装配式建筑标准化设计、工厂化生产、装配化施工、一体化安装，从而提高装配式建筑技术水平。①基于BIM技术进行装配式建筑节点优化设计和全过程信息化管理研究与应用：利用BIM模型三维可视化的特点，在装配式建筑构件加工生产前对具体构件、节点的构造方式、工艺做法和工序安排进行优化调整，综合考虑各专业进行预模拟、预施工，把实际制造、安装过程中可能发生的问题，提前消灭，有效指导工厂生产和现场施工。同时，通过基于BIM的一体化信息管理平台，实现对装配式建筑设计、生产、装配全过程的采购成本、进度、合同、物料、质量和安全的信息化管理，最终实现项目资源全过程的有效配置，提高工程的施工效率和施工质量，完善现场的施工安全管理，排除现场施工的安全隐患，从未整体提高建筑工业化水平；②基于计算机数控技术进行超高层装配式建筑异型节点精确加工生产的关键技术研究与应用：通过引入自动化数控加工设备实现装配式建筑构件自动流水生产线，在保证加工生产质量和效率的情况下实现装配式建筑组件的智能化、标准化与精确批量化生产，进而推进建筑行业工艺化、标准化、智能化建造。③超高层装配式建筑节点变形及防渗漏施工质量的关键技术研究与应用：通过充分分析在国内已有的节点连接施工质量控制措施，结合本工程的特点以及重难点，探索出合适本工程以及后续类似超高层装配式建筑节点连接施工质量控制措施。3.技术路线首先，收集国内外类似工程结构选型技术的利弊分析，调查我单位在建类似超高层装配式结构现场施工及装配式构件加工情况、BIM深化设计及虚拟施工技术。同时，依托局快速建造体系，顺利完成节点工期交付任务，实现高效履约，实现施工现场施工的安全保障、质量提升、效益最大化。运用PDCA循环持续改进，总结各阶段经验形成课题成果，为公司以后类似工程应用此项技术积累经验。研究的技术路线如下：4.技术难点、创新点针对本课题研究内容，主要的关键技术如下：（1）技术难点：1）超高层装配式建筑节点构造优化设计与深化设计是难点：与传统的现浇筑混凝土建筑相比，装配式建筑虽然在现场施工方面要更加简单、高效，但其设计难度也同样更高，建筑结构、部件、节点的设计工作不仅要经过技术策划、方案设计、施工图设计、深化设计等多个环节，同时还要对结构、水暖、电气、给排水等多个专业的建设情况与建筑需求进行综合深化设计考虑，任何一个部件的设计问题，都可能会对建筑质量、功能性造成影响，甚至使整个装配式建筑的施工无法进行下去。因此，如何准确、快速的进行超高层装配式建筑节点构造优化设计是本课题研究的技术难点。2）装配式建筑异型节点的精确加工生产控制是难点：从目前国内装配式建筑发展不长的情况来看，装配式建筑构件的生产水平相差较大，装配式建筑节点生产工艺比较复杂，且目前国内自动化生产技术水平参差不齐，生产质量问题仍然是比较普遍的。若生产加工时未能将构件尺寸控制在规定误差范围内，那么在构件安装后，整个装配式建筑结构都会受到很大的影响。因此，如何控制超高层装配式建筑节点连接方式的精确加工生产是本课题研究的技术难点。3）超高层装配式建筑节点部位变形及防渗漏等施工质量控制是难点：施工阶段一直以来都是装配式建筑节点连接施工质量控制研究的重要领域，而从相关研究结果来看，施工阶段的节点连接施工质量控制措施也同样是非常多的。因此，对节点连接施工存在的质量问题进行全面、深入的分析后，如何在国内已有的节点连接施工质量控制措施的基础上，逐步探索出合适超高层装配式建筑的节点连接施工质量控制措施是本课题研究的技术难点。（2）创新点：1）基于BIM技术进行超高层装配式建筑节点优化设计是本课题研究的创新点：利用BIM模型三维可视化的特点，在装配式建筑构件加工生产前对具体构件、节点的构造方式、工艺做法和工序安排进行优化调整，综合考虑各专业进行预模拟、预施工，把实际制造、安装过程中可能发生的问题，提前消灭，有效指导工厂生产和现场施工；同时，在钢构件施工现场安装过程中，通过钢结构的BIM模型数据，对每个钢构件的起吊、安装操作空间进行精确校核和定位，精确指导复杂节点及特殊环境下的构件节点施工。2）利用计算机数控技术进行超高层装配式建筑节点及构件精确加工生产是本课题研究的创新点：在目前装配式建筑构件生产车间已有的生产线上，充分利用数控加工装备和信息化系统技术，以工业微电脑处理为中心，采用自动化、专业化、标准化的加工工艺取代传统落后的手工加工生产模式，实现装配式建筑构件生产加工的精确性。5.考核指标（专利、软件著作权、标准、规范、工法、新产品、论文、专著、科技成果奖、人才等）考核指标名称数量说明实用新型专利1受理论文2录稿省部级工法2发布研究报告1发布6.进度计划（各阶段性的研究内容、目标、成果等）（1）课题研究完成年限本研究计划时间为：2020年9月～2021年12月（2）课题分阶段任务安排起止时间工作内容阶段成果及形式2020年9月课题立项，手机、查询及整理相关文献资料、相关研究准备2020年10月～2020年11月实施阶段，并对研究成果进行阶段性总结实用新型专利1项、工法2项、论文2篇2021年12月总结阶段，完成技术总结，形成项目研究报告，申请课题验收。研究报告1项三、课题经费预算1.经费预算表单位：万元序号预算科目名称合计专项经费自筹经费1一、经费支出（合计）9059052（一）直接费用852.5852.531．设备费1751754（1）购置设备费555（2）试制设备费006（3）设备改造与租赁费17017072．材料费53553583．测试化验加工费3394．燃料动力费1010105．差旅费1.51.5116．会议费00127．国际合作与交流费00138．出版/文献/信息传播/知识产权事务费22149．劳务费1201201510．专家咨询费111611．其他支出5517（二）间接费用52.552.518二、经费来源（合计）19（一）申请从专项经费获得的资助20（二）自筹经费来源211．其他财政拨款222．单位自有货币资金233．其他资金2.设备费--购置/试制设备预算明细表课题编号：课题名称：金额单位：万元填表说明：1.设备分类代码：A购置、B试制、C租赁；2.试制设备不需填列本表（7）列、（8）列；3.单价≥1万元的设备需填写明细。编号设备名称设备分类单价(元/台件)数量（台件）金额购置设备型号购置设备生产国别与地区主要技术性能指标用途（与课题研究任务的关系）1塔吊C25000250///场内材料转运2施工升降机C15000230///场内材料转运3汽车起重机C30000390///场内材料吊装4设备购买（焊机、扳手）A2000255///钢结构焊接单价1万元以上购置设备合计单价1万元以上试制设备合计单价1万元以上租赁设备合计170单价1万元以下购置设备5单价1万元以下试制设备单价1万元以下租赁设备累计1753.材料费预算明细表课题编号：课题名称：金额单位：万元填表说明：大宗及贵重材料，是指课题研究过程中消耗数量过多或单位价格较高、总费用在1万元及以上的材料，需填写明细。序号材料名称计量单位单价（元/单位数量）购置数量金额1钢材吨40009003602焊条公斤15400063高强螺栓个5800044钢筋桁架楼承板平方米905000455混凝土立方米3004000120大宗及贵重材料费合计535其他材料费0累计535

4.测试化验加工费预算明细表课题编号：课题名称：金额单位：万元填表说明：量大及价高测试化验加工，是指研究过程中需测试化验加工的数量过多或单位价格较高、总费用在1万元及以上的测试化验加工，需填写明细。序号测试化验加工的内容测试化验加工单位计量单位单价（元/单位数量）数量金额1材料（钢材、高强螺栓）抽样复试/次10002022租赁设备检测费用（季度检+一年一度定期检测）/台/次100040.43仪器标定（全站仪、水准仪）/台/次150020.34仪器标定（扭力扳手、钢卷尺）/台/次100030.3量大及价高测试化验加工费合计0其他测试化验加工费合计3累计35.课题经费支出预算表编制说明（一）对承担单位和相关部门承诺提供的支撑条件进行详细说明本课题第一承担单位承诺总体负责组织该课题的实施，为顺利实现本课题结题目标，在管理上，实行课题负责人全面负责制，通过课题联系人加强对全程的监测，及时跟进，由理论研究人员统筹建立科研研究内容大纲并指导实施；要求中建五局土木工程有限公司昭通高速凤凰广场建设项目办公酒店工程项目经理部相关科研人员对项目的成本分析和技术管理要素力求准确无误，同时做好项目资源计划、项目成本估算、项目预算编制和项目预算控制等前期工作，严格控制项目预算，建立风险应急机制，在课题研究的过程中，加强对核心技术资料的保密等。（二）对各科目支出的主要用途、与课题研究的相关性及测算方法、测算依据进行详细分析说明（1）设备费在课题研究开发过程中，需要购买焊机、扳手等设备，预计需要50台，每台按2000元/台计，共计5万元。需要租赁塔吊、施工升降机、汽车起重机3中机械设备，机械设备按月进行租赁，塔吊需要2台，每台按25000元/月计算，租赁10个月，共计50万元；施工升降机需要2台，每台按15000元/月计算，租赁10个月，共计30万元；汽车起重机需要3台，每台按30000元/月计算，租赁10个月，共计90万元。设备费计划使用申请自筹经费175万元。（2）材料费是指在课题研究开发过程中消耗的各种原材料、辅助材料等低值易耗品的采购及运输、装卸、整理等费用，其中需要消耗钢材900吨，每顿按4000元计，共计360万元；需要消耗焊条4000公斤，每公斤按15元计，共计6万元；需要高强螺栓8000个，每公斤按5元计，共计4万元；需要钢筋桁架楼承板5000㎡，每平方米按90元计，共计45万元；需要混凝土4000m³，每立方米按300元计，共计120万元。材料费计划使用申请自筹经费535万元。（3）测试化验加工费测试化验费：是指在项目（课题）实施过程中由于承担单位自身的技术、工艺和设备等条件的限制，必须支付给外单位（包括项目和课题承担单位内部独立经济核算单位）的检验、测试、设计、化验及加工等费用，其中材料（钢材、高强螺栓）抽样复试计划需20次，每次约1000元，共计2万元；租赁设备塔吊、施工电梯等各2台，其设备检测计划每台各需1次，每次约1000元/台，共计0.4万元，全站仪、水准仪等仪器标定检测计划需2次，每次约1500元/台，共计0.3万元；扭力扳手、钢卷尺等仪器标定检测计划需3次，每次约1000元/台，共计0.3万元，故测试化验加工费约3万元，计划使用自筹经费。（4）燃料动力费课题研究开发过程中直接使用相关仪器设备、科学装置等的运输、消耗水电费等计划费用10万，计划使用自筹经费。（5）差旅费项目研究过程中现场调研、人员流动产生的人员交通费用、住宿费用等，计划10人次，每人次预计1500元/（人次），合计1.5万元。差旅费计划使用自筹经费1.5万元。（6）会议费无（7）国际合作与交流费无（8）出版/文献/信息传播/知识产权事务费在课题研究开发过程中，需要支付的出版费、资料费、文献检索费、查新费、专业通信费、专利申请及其他知识产权事务等费用约2万元，计划使用自筹经费。（9）劳务费是指在课题研究开发过程中支付给参与课题的研究生、关键岗位研究人员等按10500元/月考虑，需要11人，每年工作时间为9个月，共计需约100万元。（10）专家咨询费在课题研究开发过程中支付给临时聘请的咨询专家的费用计划约1万元。（11）其他支出在课题实施过程中除上述支出项目之外的其他相关支出计划费用5万元。（三）其他来源经费说明。（需说明经费的来源、落实和到位情况、用途等）无四、课题的组织管理及相关保障、支撑条件课题的组织构架与管理措施为顺利实现本课题结题目标，在管理上，实行课题负责人全面负责制，通过课题联系人加强对全程的监测，及时跟进，由理论研究人员统筹建立科研研究内容大纲并指导实施；要求中建五局土木工程有限公司昭通高速凤凰广场建设项目办公酒店工程项目经理部相关科研人员对项目的成本分析和技术管理要素力求准确无误，同时做好项目资源计划、项目成本估算、项目预算编制