《土木工程智能施工》课件 第10章 智能施工综合应用案例

智能施工综合应用案例案例1——国家速滑馆“冰丝带”1项目概况国家速滑馆玻璃幕墙外立面由22根“冰丝带”环绕，平均每条丝带长约622m。外立面2层以上为天坛轮廓曲面幕墙系统，总玻璃块数3360块，单曲面玻璃块数1440块，面积约为8800m2，平板玻璃1920块，面积约为5900m2，随着屋顶轮廓的高低变化水平延展，造型复杂，使得整个建筑造型得以完美体现晶莹剔透、冰的质感。2关键技术(1)基于BIM的曲面玻璃幕墙设计与施工国家速滑馆外幕墙为天坛轮廓造型，立面连续弯曲，采用复杂网壳结构体系(预应力拉索+S形钢龙骨+水平钢圆管龙骨)，面材为弯弧玻璃、平板玻璃、圆管玻璃灯带。某团队通过三维扫描获得的实际安装定位模型用于更新三维设计模型，评估幕墙安装误差，调节优化后续安装工序，调节连接缝误差。幕墙剖面图(2)曲面玻璃幕墙钢网壳施工技术

国家速滑馆天坛轮廓曲面玻璃幕墙由钢网壳结构支撑，具体包括160根S形钢龙骨(主龙骨)、3520根钢横梁和3520根钢圆管(次龙骨)，其中钢龙骨长短各不相同，给施工带来了很大困难。因钢龙骨长度超过运输限制，遂分为三段进行加工制作。2关键技术S形钢龙骨分段示意图该工程将钢龙骨组装成钢桁架形式进行吊装。钢桁架既能提高安装效率，又能有效保证龙骨拼接质量。吊装方式采用扁担吊装，保证了弧形梁变形、安装精度及成型质量。同时，采用全站仪对安装过程进行全程精确定位，保证了构件准确、快速地完成安装。2关键技术(2)

曲面玻璃幕墙钢网壳施工技术

幕墙钢网壳结构安装示意图(3)

高钒密闭索加工技术

速滑馆索网结构采用世界上较为先进的大直径国产高钒密闭索，其具有高防腐性、防火性、防退扭性、摩擦系数大、高强度等特性。制作完成的索圆钢丝的强度等级高达1670MPa，Z形丝的强度等级高达1570MPa，承载能力很强。国家速滑馆屋面索结构首次将国产高钒密闭索用于房建工程。2关键技术国家速滑馆索网平面布置图屋面索幕墙索(4)

大型异形劲性结构施工技术国家速滑馆中大型异形劲性结构主要包括斜柱、环梁、悬挑梁等部分。由于混凝土构件尺寸形状不一、单个大型劲性结构构件无法一次性吊装和安装、多数梁柱劲性连接节点交错复杂等问题，该工程采用分段吊装、搭建倾斜模架体系，采用高标准自密实混凝土浇筑等方法。2关键技术劲性钢骨斜柱和环梁结构图劲性结构吊装(5)

特种混凝土施工技术2关键技术1)

在低温环境下，冻融破坏会造成混凝土开裂、剥落。在混凝土中掺入适量钢纤维，可提高混凝土的抗裂能力，达到改善冻融性能的效果。因此，在速滑馆冰下地面建造过程中使用了特种CF50P8F250钢纤维抗冻混凝土。2)用膨胀剂配制补偿收缩混凝土是减少混凝土结构开裂的重要措施之一，该工程空间尺度大，易产生开裂问题，因此大量采用补偿收缩混凝土。3)该工程部分设计为大截面复杂异形劲性结构，混凝土浇筑较困难，设计时采用了自密实混凝土。补偿收缩混凝土(6)

基于BIM的桩基工程高效施工技术2关键技术由于基础桩工程工况复杂，众多桩基和集水坑沿建筑椭圆造型嵌套径向分布，故采用在钢筋笼和护筒粘贴一对一标记的方法，并且采用一体化静载桩进行静载试验，避免了桩头二次浇筑，提高了效率，节约了工期28天以上；针对基槽坑底标高复杂的工况，应用Revit、SketchUp、Lumion等BIM信息化工具解决技术难题，优化了结构形式；此外使用GIS技术进行了精准高效的土方量计算。桩基础分部情况示意图速滑馆基槽BIM模型Lumion3D可视化建模(7)

屋面高延性EPDM防水体系及施工技术2关键技术冯鹏团队通过对常用的高分子防水卷材进行了力学性能试验和微观破坏机理分析，发现EPDM（匀质型）相对于TPO（内增强型）有更好的尺寸稳定性，而且EPDM压敏自硫化泛水材料随着硫化时间的增加，由最初的塑性逐渐表现出具有成品EPDM卷材的弹性性能，满足了速滑馆屋面对防水卷材的各项要求，最终选用EPDM卷材搭配自硫化泛水材料进行速滑馆屋面防水。国家速滑馆金属屋面系统EPDM与TPO的拉伸强度对比图2关键技术卷材采用1.5mm厚黑色EPDM防水卷材，宽6.1m，长30.5m。EPDM防水卷材长边沿南北方向布置，遇天窗、天沟等位置进行裁切。速滑馆项目引用国外成熟做法，使用满粘+机械固定的做法，且搭接部位使用搭接带配合专用底涂，配合自硫化泛水进行细部处理。(7)

屋面高延性EPDM防水体系及施工技术交叉节点自硫化泛水铺贴卷材案例2——萧山国际机场三期项目新建航站楼1项目概况杭州萧山国际机场项目是典型的房建项目，包含4层地下室，2-3层裙房，2栋10F旅客过夜用房（星级酒店），2栋9F配套业务用房，最大建筑高度44.5米，总建筑面积为64万平方米，地下建筑面积为39.3万平方米，地上建筑面积为24.7万平方米。2关键技术(1)“BIM+智慧工地”云平台萧山国际机场项目采用了基于5G技术的“BIM+智慧工地”管理平台，进行项目整体的智慧建造协同管理。以BIM模型为基础，通过物联网技术将模型与现场关联，实现基于BIM模型的进度跟踪、生产任务管理、模型工程量管理。同时，集成各应用系统数据，将传统的定性表达实现定量表达，实现工地的信息化管理。(2)5G+智慧工地——人员管理项目采取了人脸识别技术，通过信息化系统+各类智能硬件设备，实现对项目现场人员实名登记、及时记录和掌握工人安全教育情况管理，实时统计现场劳务用工情况、分析劳务工种配置、监控人员流动情况、监管工资发放，为企业及项目部保障生产提供数据决策依据。2关键技术2关键技术(3)

视频监控+慧眼AI基于BIM模型展现各个摄像头布设的位置，利用5G网络高速、低延时的特性，“视频监控+慧眼AI”在现场和生活区进行全覆盖监控，实现模型和现场的实时对接。在手机和电脑端都可以通过智慧工地平台实时掌握现场和生活区的情况。2关键技术(3)

视频监控+慧眼AI疫情期间，项目“BIM+智慧工地”平台增加了5G慧眼AI红外智能体温检测功能，全时侦测待检测事件，疫情期间“实名制+测温+口罩识别”三重防护，实现无人值守，在打赢工程项目复工防疫双线战役中发挥了重大作用。2关键技术(3)

视频监控+慧眼AI此外，现场部署的慧眼AI智能行为分析系统，自动抓拍施工场区内不符合安全行为的人员，自动识别人员实名信息，并自动计入行为不良记录扣分。2关键技术(4)

机械管理项目所用的13台塔机全部安装监控系统和吊钩可视化系统。塔机安全监控系统自动预防群塔碰撞；吊钩可视化系统智能对焦，实时拍摄，扩充驾驶员视野，降低隔山吊、盲吊等安全隐患。实现塔机“0”事故发生。2关键技术(5)

绿色施工水电实时监测能耗定额管理，动态掌握各分支的能源消耗，数据对接杭州大气办，实时监测工地温度、湿度、风速、风向等环境数据，智能联动降尘装置，进行科学管理工地能源。2关键技术(6)

安全管理易检系统实时监测用电箱内电缆温度、环境温度、剩余电流，自动监测电箱漏电，随时随地发起安全整改任务，追踪整改进度，避免火灾隐患。并按照浙江省安全文明施工资料归档要求，自动输出报表，提高工作效率，强化业务合规性。2关键技术(7)

质量管理标准养护室监测：自动检测养护室温湿度，通过平台实时了解室内情况。2关键技术(7)

质量管理实测实量系统基于激光测量技术、移动技术，通过智能设备一键录入测量结果，可智能评判工程施工质量，实现工具智能化、过程数字化，提高工作效率，降低工作强度，形成高效的工程施工质量检测方式。案例3——南京园博园2号口胶合木吊顶项目1项目概况南京园博园2号口三面环山，周围有着丰富的地质景观、乡村聚落、工业遗存以及诸多人类改造自然的线性痕迹。建筑师希望将自然界的有机形态融入到方案设计中,模仿山丘起伏的地质纹理，打造大型的异形曲面吊顶。面对这样结构复杂、造型多变的有机建筑，不仅增加深化设计的工作难度，而且在工程实现上也极具挑战性。2关键技术(1)参数化建模团队将造型拆分成层次丰富的地质纹理,通过随机分布的凹凸变化来生成整体建筑形态,再将其切分成430榀木梁,针对不同区域的木梁给予纹理上的高度变化,以达到设计师追求的整体随机感。并采用参数化模型，允许一键更新方案。2关键技术(2)BIM模型深化设计为了进一步优化工程和造价，基于参数化设计，完善BIM模型，对构件进行智能化拆分，将长达6-18米的大型木构件拆解成适应数控机床设备（<2.5米）和机器人的加工尺寸范围(>2.5米）。2关键技术(2)BIM模型深化设计通过优化后新方案大幅度减少木梁使用面积，减轻了自重,同时也节省了材料。最后，在ROBIM上，对各构件类型、尺寸进行自动定位和编号，便于后续生产加工。同时，对排料进行优化，提高材料利用率。2关键技术(3)无图纸生产,多设备协同通过ROBIM直接将三维设计模型对接至生产制造，节省制作施工图的时间，同时利用数字孪生技术，实现对生产过程的测试、验证和优化，改善生产流程，合理为工厂设计排产计划，确保项目按期高质量完成。2关键技术(3)无图纸生产,多设备协同项目经理对工厂生产全流程进行精细化管理，通过下发工序级任务排程，调度工人和机械设备进行高效精准作业，实现工程质量前期预控和过程管控，减少返工量。原材→烘干→开材→打齿→指接→胶合→成板成板→刨光→切割→打磨→成片成片→拼装→上漆→成组由于胶合木梁加工工序环环相扣，为了在短时间内推动工厂产能最大化，项目经理帮助工厂梳理整个生产流程，并建立流程监管体系，确保原料板材制作环节有质量地提速，不影响下一道工序的加工。2关键技术(4)快速安装钢桁架运至施工现场后，工人按照编号将其迅速吊装，进行高精度焊接，保证后续节点对位准确。同时团队首次尝试将AR/VR技术应用到项目中，规范构件安装环节。通过自动获取木梁的尺寸、安装位置等信息，帮助工人快速实现拼接。案例4——新疆维吾尔自治区东天山隧道1项目概况该项目位于新疆维吾尔自治区哈密地区，隧道单洞长达11.775公里，是G575线巴里坤至哈密公路建设项目控制性工程。隧道区域地形、地质条件、水文及气象条件复杂，作为天山寒区特长公路隧道，具有“长、大、高、寒”的显著特点，是目前国内设计施工难度最大、风险最高的公路隧道之一。该项目通过应用隧道施工多元信息智能预警与安全管理平台，实现了施工信息和监测数据同步等功能，解决了隧道工程施工施工安全风险高等问题，提高了智慧化隧道施工水平和施工监测效率。2平台部署(1)

技术要点该平台由多元信息自动采集、动态风险管理与分析预警和网络动态虚拟隧道施工三部分构成，通过自动监测、实时预警、风险管理等系列技术手段解决复杂条件下隧道施工的技术问题，提高抗风险能力。平台体系架构平台由“链”基本单元构成。其中“链头”为网关基站，负责“链”与云端服务器的通信；“链身”为传输基站，起信号中继作用；“链关节”由采集基站连接传感器、水准仪、全站仪等设备。2平台部署(1)

技术要点平台“链”结构单元2平台部署(2)

平台部署隧道洞口为人员考勤区域，洞口到隧道施工掌子面为人员定位区域，每隔100米布设一个传输基站完全覆盖整个隧道。在隧道施工掌子面等危险区域，安装数据采集基站和相应传感器，传输基站的安装间距减少到30米，以提高人员定位精度。洞口安装网关基站，通过GPRS网络或者以太网口连接到远程数据管理中心。平台部署2平台部署(2)

平台部署平台主要硬件设备安装包括：网关基站安装、数据传输基站和数据采集基站安装，以及主要监测传感器安装等。其中，网关基站设置在隧道洞口，置于网络信号相对较强位置。数据传输基站安装在隧道内，以每隔250米的间距进行布设。采集基站和有害气体监测传感器则安装在隧道掌子面附近开挖台车上。平台主要硬件设备安装东天山隧道进口段独头掘进超长和穿越断层距离累计长，在隧道施工掌子面附近极易产生有害气体。因此，该案例在东天山隧道施工工作面附近安装有害气体监测传感器，对CO（一氧化碳）、CH4（甲烷）、瓦斯等有害气体浓度进行24小时不间断自动监测，保障施工安全。3平台应用(1)隧道施工掌子面附近有害气体自动监测东天山隧道施工掌子面附近有害气体监测3平台应用(2)基于物联网的隧道施工现场人员定位与考勤管理该案例采用Zigbee等多种物联网定位技术，实现隧道现场的人员实时定位和作业轨迹同步跟踪。平台的考勤系统自动统计生成每日考勤、每月考勤报表，人员定位信息经过处理后生成人员分布图表和在洞内的运动轨迹，通过在隧道俯视图的图例动画直观显示和查看隧道内人员和设备的考勤、定位和预警等综合信息。东天山隧道施工人员考勤定位综合信息显示3平台应用(3)数字孪生隧道施工信息和监测数据同步东天山隧道由于存在隧道单洞涌水量大、反坡排水、超长距离通风等问题，隧道施工难度极大。该案例采用数字孪生技术，实现隧道断面、围岩和支护等施工信息和现场监测、自动预警信息实时同步，大大降低施工难度。首先，平台利用东天山隧道内轮廓设计相关数据，由虚拟仿真平台对隧道进行三维断面建模并进行隧道线形绘制。东天山隧道三维建模及隧道线性绘制3平台应用(3)数字孪生隧道施工信息和监测数据同步其次，进行隧道基本信息绘制和围岩分级信息绘制，包括隧道概况、大事记、勘察设计与施工信息等，同时绘制围岩分级地质特征信息。根据隧道不同区段围岩级别设计的初支