智慧建造某省市建设之路

智慧建造——某省市建设之路国家体育场（鸟巢）作为2008年北京奥运会的主会场，是目前世界上特大跨度体育建筑之一。其结构体系与建筑造型浑然一体，外围大跨度空间钢结构由4.2万吨扭曲钢构件编织而成，看台为异形框架结构，由角度各异的混凝土斜柱组成，屋面采用ETFE和PTFE膜结构，国内外无先例、无相关技术标准和规范，工程建造需解决一系列重大技术难题。国家体育场（鸟巢）作为2008年北京奥运会的主会场，是目前世界上特大跨度体育建筑之一。其结构体系与建筑造型浑然一体，外围大跨度空间钢结构由4.2万吨扭曲钢构件编织而成，看台为异形框架结构，由角度各异的混凝土斜柱组成，屋面采用ETFE和PTFE膜结构，国内外无先例、无相关技术标准和规范，工程建造需解决一系列重大技术难题。国家体育场（鸟巢）作为2008年北京奥运会的主会场，是目前世界上特大跨度体育建筑之一。其结构体系与建筑造型浑然一体，外围大跨度空间钢结构由4.2万吨扭曲钢构件编织而成，看台为异形框架结构，由角度各异的混凝土斜柱组成，屋面采用ETFE和PTFE膜结构，国内外无先例、无相关技术标准和规范，工程建造需解决一系列重大技术难题。一、某省市与智慧建造二、智慧建造探索与实践（一）缘起：国家体育场（鸟巢）的数字化建造及绿色建造（二）发展：昆明新机场和英特宜家的BIM综合应用（三）现状与存在的问题三、正开展的工作：基于BIM和物联网等的智慧建造一、某省市与智慧建造某省市的定义和内容（仇保兴）关于某省市内涵，住房和城乡建设部的文件说的非常清楚：从管理者角度讲，就是某省市“不得病”、“少得病”或者得了病之后“快治病”，某省市健康和谐发展；从企业角度讲，利用某省市技术手段，提升企业自身运营效力，降低运营成本，提升竞争力；从百姓角度讲，让民众感受到某省市带来的“便民”、“利民”、“惠民”，同时也对政府进行有效监督。在对某省市的理解方面（仇保兴）：从手段上说，通过全面感知、信息共享、智能解题。某省市规划、建设、管理、运行过程中采用信息化、智慧化、人性化等手段推进管理创新；从内容上说，某省市某省市产业、民生、环境、防灾减灾、行政治理、资本配置等；从理念上看，以智慧系统为“粘合剂”将集约、低碳、绿色、人文等新理念融入城镇化全过程；从难度上看，某省市建设最大的难点是将信息孤岛连接起来，通过信息共享、系统共生来消除部门“信息孤岛”和利益壁垒。某省市的类型众多，目前至少可分为三种类型（仇保兴）某省市管理绩效提高型，通过某省市建设政府服务功能大幅度提高，老百姓能够对政府运行进行监督，帮助各个部门进行绩效考核；二是节能减排（绿色生态）某省市必须是绿色的，这不仅仅关系这一代人的生活，更关系到下一代人的生活；某省市民生活便捷型，关注对百姓生活丰富化和优化的关注。某省市建设的若干途径（仇保兴）：万变不离其宗，某省市应该某省市绿色化作为主要的途径。其中，某省市建设与改造；城市绿色交通规划与“绿道”建设；某省市、排水、污水处理、安全供水与防灾；可再生能源与建筑一体化及建筑节能改造；绿色小城镇和宜居村庄建设；城市空气污染系统治理；绿色建筑、绿色社区等，更重要某省市是建筑和社区组成的，通过某省市建设，使得建筑和社区更加绿色。这些都可以智慧化来促进绿色发展，这些是我国进某省市时代”永恒的社会关于“智慧建造”的思考智慧建造行业平台的搭建–2014年5月，由北京城建集团联合业内十几家单位发起成了中某省市科学研究会某省市专业委员会“智慧建造学组”。目前，学组已发展会员单位125个，覆盖全国某省市市区，已成为国内开展智慧建造研究与应用的重要社会平台。关于“智慧建造”的思考工程设计与仿真工厂化加工精密测控动态监测信息化管理物联网某著名企业互联网BIM(+GIS)大数据云计算智慧建造的内涵我们认为：智慧建造是建立在BIM（+GIS）、物联网、云计算、某著名企业互联网、大数据等信息技术之上的工程信息化建造平台，它是信息技术与先进工程建造技术的融合，可以支撑工程设计及仿真、工厂化加工、精密测控、自动化安装、动态监测、信息化管理等典型应用。关于“智慧建造”的思考5大支撑技术BIM（+GIS）BIM（+GIS）是工程建造全过程信息的最佳传递载体，它是实现智慧建造的数据支撑。BIM的核心任务是解决信息共享问题。智慧建造BIM（+GIS）大数据云计算InternetofThings物联网是以感知为目的，实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络。物联网可以解决人、机、料等工程信息自动数据化的问题。物联网3.Cloudputing云计算是一种利用互联网实现随时、随地、按需、便捷地访问共享资源池的计算模式。它突破了计算机性能和地域的限制。云计算推动工程建造的社会化。BigData大数据分析是指对大量结构化和非结构化的数据进行分析处理，从中获得新的价值。大数据分析使工程建造从“数字化建造”向“智慧建造”迈进。某著名企业互联网MobileInternet某著名企业互联某著名企业过将某著名企业通讯与互联网、物联网等结合，提供了实时交换信息的途径，摆脱了空间和时间的束缚。关于“智慧建造”的思考6大典型应用场景智慧建造深化设计及优化工厂化加工精密测控自动化安装动态监测信息化管理机电管综钢结构深化幕墙深化精装排布混凝土预制构件钢结构加工幕墙龙骨、玻璃加工机电设备、管线施工现场精准定位复杂形体放样测量机器人实景逆向工程模架系统的爬升钢结构的滑移、卸载自动安装机器人施工期变形监测施工期测施工期应力监测建筑健康监测项目OA系统企业ERP系统云协同管理系统物联网管理系统

智慧建造的6大特征

12345建筑业现代化的重要组成部分，是从智慧化的角度诠释建筑产业现代化。智慧建造是创新的建造形式，不仅创新建筑技术本身，而且创新建造组织形式，甚至整个建筑产业价值链。智慧建造是一个开放、不断学习的系统，它从实践过程中不断汲取信息、自主学习，形成新的知识。智慧建造是以人为本的，它不仅把人从繁重的体力劳动中解放出来，而且更多地汲取人类智慧，把人从繁重的脑力劳动中解放出来。关于“智慧建造”的思考6智慧建造是社会化的，它克服传统建筑业无法发挥工业化大生产的规模效益的缺点，实现小批量、单件高精度建造、实现精益建造，而且能够实现“互联网+”在建筑业的叠加效应和网络效应。智慧建造有助于创造一个和谐共生的产业生态环境。智慧建造使复杂的建造过程透明化，有助于创造全生命期、多参与方的协同和共享，形成合作共赢的关系。从智慧建造到某省市智慧建造从根本上解决了建某省市基础设施的数字化问题，是某省市建设的基础和建设路径。关于“智慧建造”的思考智慧建造智慧设计智慧运维关于“智慧建造”的思考大力推进建筑业工业化、信息化、绿色化等是实现我国建筑产业现代化的重要途径！智慧建造绿色建造装配化施工二、智慧建造探索与实践国家体育场（鸟巢）的数字化建造及绿色建造（2003~2008）国家体育场（鸟巢）作为2008年北京奥运会的主会场，是目前世界上特大跨度体育建筑之一。其结构体系与建筑造型浑然一体，外围大跨度空间钢结构由4.2万吨扭曲钢构件编织而成，看台为异形框架结构，由角度各异的混凝土斜柱组成，屋面采用ETFE和PTFE膜结构，国内外无先例、无相关技术标准和规范，工程建造需解决一系列重大技术难题。（1）三维建模及仿真分析技术（2）工厂化加工技术（3）机械化安装技术（4）精密测控技术（5）结构安全监测与健康监测技术（6）信息化管理技术“鸟巢”的六大数字化建造技术（1）三维建模及仿真分析技术基于CATIA的三维模型设计– 在国家体育场的设计中，国内建筑行业首次引入CATIA 软件，解决了复杂建筑的空间建模问题。（1）三维建模及仿真分析技术扭曲构件的几何构型与放样– 首次提出任意曲面扭曲薄壁箱形构件的几何投影生成法，开发了具有自主的异型构件制作软件。扭曲箱形构件扭曲构件综合控制设计方法展平放样图（1）三维建模及仿真分析技术复杂钢结构安装全过程模拟仿真分析技术–钢结构总体安装方案比选：对整体提升、滑移、分段吊装高空组拼方案（简称散装法）和局部整体提升等方案进行了比选，最终采用78个支撑点的高空散装方案。（1）三维建模及仿真分析技术桁架翻身吊装过程的应力桁架翻身吊装过程的变形复杂钢结构安装全过程模拟仿真分析技术–钢构件安装：施工前选择典型吊装单元，对构件形心和吊耳设计、构件翻身和吊装中的应力和变形、构件安装临时稳固措施、构件安装次序等进行了模拟分析。复杂钢结构安装全过程模拟仿真分析技术–钢结构整体合龙：从主体钢结构开始安装到钢结构整体合龙历时近8个月，需要依据确定的合龙断面位置，考虑各种化情况，计算合龙断面处的杆件形值，以确定具体合龙方式、合龙口预留间隙大小及合龙口做法。（1）三维建模及仿真分析技术安装初始形计算结果复杂钢结构安装全过程模拟仿真分析技术– 钢结构支撑卸载：基于卸载仿真分析结果，国家体育场钢结构工程整个卸载过程共分7大步、35小步，从外向内进行。（1）三维建模及仿真分析技术工况1支撑点反力和以及总反力变化图（2）工厂化加工技术无模成形工艺计算机控制系统（2）工厂化加工技术预制混凝土看台板（3）机械化安装技术钢柱现场预拼装柱脚滑移安装（4）精密测控技术G1T5G3Z5G6T4

北辰

花

园

路站北辰高凯迪路T1T3T6府路站F8F1F2F3F4F5F6F7K3K2K4K5K6K7G2

T7K8K1K10G4K9K11中心

K12T2T8钢结构7# 施工控制网钢结构安装三维激光扫描（5）结构安全监测与健康监测技术35343332313029282726252423222120191817161519:0019:3020:0020:3021:0021:3022:0022:3023:0023:300:000:301:001:302:002:152:302:453:003:304:004:305:005:306:006:307:007:30timetemp1#14#2#15#3#21#4#22#5#23#11#24#12#29#13#30#31#16#28#33#35#8#25#标准线9#26#平均值10#27#平均值上限平均值下限6# 测 7#20#36#1钢结构合18#

拢32#7#34#19监#卸载指令及信息传递流程图80706050403020100-10-20-30-40-50应力（MPa）下弦应力计算下弦应力实测上弦应力计算上弦应力实测（6）信息化管理技术项目信息管理平台多参与方协同工作网络平台4D施工管理系统基于互联网的钢结构施工管理系统网络视频摄像系统建筑工程4D施工管理系统构件属性查询-.171023-.08509-.128057 -.042123.844E-03-.171899 -.085396 .001107-.128647 -.042144(a)stage1:calculationof1-floor

structure(b)stage2:calculationof3-floor

structure施工对象选取和查看绿色鸟巢：膜结构及复杂屋面排水技术

编制了超大面积双层膜结构施工工艺、施工安全防护措施、专项质量验收标准。膜结构标准实现了为体育场遮蔽雨雪的功能，满足高水平国际赛事和电视转播的照度要求，声学环境创历届奥运会最高水平。获中施企协科技进步特等奖。ETFE膜安装绿色鸟巢：膜结构及复杂屋面排水技术

获发明专利，被国标《建筑与小区雨水利用工程技术规范》采纳。重力与虹吸结合的雨水排水系统首次采用重力和虹吸相结合的排水系统。雨洪利用系统回收利用雨水达年总降水量的66%，年处理能力6.7万m³。是当时国内外建筑雨水深度处理回用规模最大、技术最先进的雨洪利用系统。此外，还研究应用了地源热泵系统、光伏发电等，节约常规能源11%。二、智慧建造探索与实践昆明新机场（2009~2012）、北京英特宜家工程（2012~2014）的BIM综合应用及绿色建造昆明新机场机电设备安装工程工程背景昆明新机场是十一五期间唯一批准新建的大型枢纽机场。航站楼总建筑面积43.5万m2,分七大区组成，地上四层、地下三层。其机电系统包括强电、弱电、行等数十个专业，具有庞大、结构复杂等特点。涉及多专业交叉、并行施工，施工难度大。昆明新机场机电设备安装工程应用架构基于BIM的昆明新机场设备安装4D管理系统与信息知识管理平台系统架构应用系统支撑平台数据GIS数据库BIM数据库4D可视化平台WBS划分和制定进度计划创建基于BIM的4D信息模型机电安装的整体4D进度管理值机岛、罗盘箱精细4D进度管理综合知识平台机某著名企业息管理平台知识库昆明新机场航站楼机电安装4D进度管理系统建立知识结构体系创建知识库建立基于B/S结构的知识管理平台机场机电设备安装工程综合施工技术知识平台基于BIM的航站楼机电设备信息管理平台机电设备布置GIS信息查询航站楼机电设备数据库创建航站楼机电设备数据录入基于网络的机电设备信息管理基于BIM的4D施工管理系统–在已有4D施工管理系统（4D-GCPSU）的基础上，针对机电设备安装工程特点定制开发，支持宏观、微观（精细）和系统示意图等多层次的4D施工模拟与动态管理。昆明新机场机电设备安装工程昆明新机场机电设备安装工程机场航站楼运维信息管理系统将BIM和GIS技术有机结合，解决了BIM和GIS的数据和系统集成技术。实现了航站楼运维信息化、动态化和可视化管理，有效提高了管理水平和工作效率，为相关决策提供了有力支持。主要功能物业管理机电管理流程管理库存管理报修与维护机场航站楼运维信息管理系统– 将BIM和GIS技术有机结合，解决了BIM和GIS的数据和系统集成。昆明新机场机电设备安装工程房间信息管理与查询运维管理系统主界面综合施工技术知识管理平台– 知识管理平台实现了工程施工所需的信息、标准、规范等资料的便捷查询和调用，支持知识的积累和共享。昆明新机场机电设备安装工程BIM在英特宜家工程中的应用工程背景–北京英特宜家购物中心工程是由英特宜家购物中心集团投资的，集百某省市、时尚、家电、运动、餐饮、娱乐影院等全方位消费功能为一体的超级购物中心，与大兴区地铁四号线西红门站连接，总占地面积约17.2万平方米，单层面积达9万多平方米，总建筑面积约51万平方米，地下三层、地上结构分为7个独立的建筑，大部分三层，局部四层。楼与楼之间通过58个钢连桥连接。BIM应用的工作思路BIM应用的工作思路BIM建模及深化设计建立建筑结构BIM模型建立机电管线BIM模型典型机房建模多专业复杂节点建模各专业空间碰撞检查4D施工动态管理4D进度管理4D资源管理4D场地管理施工过程可视化项目综合管理合同管理/变更管理进度/质量/安全管理文档及信息管理统计报表/事件追踪施工方法及工艺存档审核管理及权限获2013年图学学会全国BIM大赛一等奖BIM建模– 对地下三层、地上四层，总建筑面积约50.8万m2的建筑、结构、机电等专业进行了BIM建模。北京英特宜家购物中心工程碰撞检查提前发现并解决专业内以及专业间的冲突本部分工作根据项目总包部对业主的承诺提前完成相关工作500100015002000墙柱-空调水墙柱-通风空调墙柱-给排水梁-空调水梁-通风空调梁-给排水北京英特宜家购物中心工程碰撞点5000多处4D施工动态管理– 动态直观地展示施工过程，进度情况一目了然。关键路径节点当前施工节点动态施工进度展示整体工程量完成情况施工节点详细信息北京英特宜家购物中心工程4D系统与项目综合管理系统双向集成同步项目管理系统填报的实际进度，将便捷远程的信息填报与本地施工模拟相结合。自动将模拟结果推送到基于BIM的项目管理系统，方便远程了解工程总体进展北京英特宜家购物中心工程二、智慧建造探索与实践数字化建造的现状与存在的问题大型公共建筑发展趋势–非线性建筑大量涌现。以国家体育场（鸟巢）凤凰卫视传媒中心（凤巢）、梅溪湖国际文化艺术中心等为代表的一大批建筑，由各种不规则曲线、曲面组成的建筑体。大型公共建筑发展趋势–绿色建筑已某省市建设领域节能减排的重要内容，建筑物全生命期从规划设计、工程建造与运营的全过程实现低碳具有重要意义，特别是大型公共建筑往往单体能耗大，节能效果和示范意义更大。大型公共建筑发展趋势– 大型公共建筑“工厂化”已取得了较大发展，“像造汽车一样造房子”逐渐由梦想变成现实。建造信息：258mx227m，7.1万座位12万立方米的混凝土、2万吨的钢材高峰期超过20台塔吊仅2年6个月就完成建造德国安联球场数字化建造存在的问题（1）底层数据不统一、大量重复建模、参建方之间无法实现信息的有效流转与协同工作。规划决策阶段设计阶段施工阶段运维阶段设计任务书施工图纸竣工资料数字化建造存在的问题（2）工程项目中的大量的人、材、物信息还未实现自动数据化，无法有效地融入信息化管理系统。数字化建造存在的问题（3）以项目为载体的信息化建设与应用，缺乏顶层设计和可持续性。数字化建造存在的问题（4）施工现场还存在大量的手工作业，工业化程度低。施工测量支模板剔凿桩头绑扎钢筋浇筑混凝土钢结构焊接墙体砌筑数字化建造存在的问题（5）从绿色建筑的性能化分析到绿色施工管理，以及建成后的能耗监控等绿色建筑的全生命期管理都需要研究相应的技术。能耗分析风环境分析。。。绿色设计绿色施工虚拟拼装工艺优化。。。能耗监控应急预警。。。绿色运维数字化建造的发展趋势（1）以BIM技术为载体，实现建设全过程的信息共享。BIM技术的推广与应用为实现建筑工程数字化建造提供了数据基础。（2）信息技术与先进建造技术的融合使建筑工程向“智慧建造”迈进。随着BIM、云计算、物联网等信息化技术的日趋成熟，使工程建造向着更加智慧、精益、绿色的方向发展，最终实现真正的数字化建造和智慧建造。（3）由项目部式管理模式向企业总部集约化管理模式转变。以社会化分工、工厂化加工、精密化测控、机械化安装、信息化管理等为主要特征的数字化建造，需要集约化的管理管理模式做支撑。项目部式的管理模式已无法适应数字化建造的管理需