△南京園博園2號(hào)口-設(shè)計(jì)到建造的全流程
作為中國(guó)領(lǐng)先的智能建造方案提供商，大界通過(guò)建筑機(jī)器人軟硬件技術(shù)，使建造更加智能化、柔性化和數(shù)字化。2020年10月，大界完成南京園博園2號(hào)口膠合木吊頂項(xiàng)目。該項(xiàng)目面積1600平方米，造型復(fù)雜，工期緊張，需要在1個(gè)月左右完成，傳統(tǒng)建造方式難以實(shí)現(xiàn)。大界通過(guò)軟硬件數(shù)字化系統(tǒng)，協(xié)同多家生態(tài)工廠(chǎng)，建立項(xiàng)目管理體系，動(dòng)態(tài)調(diào)整生產(chǎn)要素，優(yōu)化配置資源，在40天內(nèi)高效精準(zhǔn)地完成項(xiàng)目從設(shè)計(jì)到建造的全流程，為之后駕馭結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，體量更龐大的工程項(xiàng)目積攢了經(jīng)驗(yàn)。
1. 項(xiàng)目起源 | 為建筑師提供智能建造解決方案
2019年底, 大界受建筑師委托，負(fù)責(zé)南京園博園2號(hào)口室外造型吊頂?shù)纳罨c建造, 該項(xiàng)目結(jié)構(gòu)造型復(fù)雜, 建筑師希望尋求新興機(jī)器人建造技術(shù)結(jié)合設(shè)計(jì)方案, 一是解決復(fù)雜項(xiàng)目施工落地問(wèn)題，二是打造精品亮點(diǎn)工程。
△ 建筑師設(shè)計(jì)概念
南京園博園2號(hào)口三面環(huán)山，周?chē)兄S富的地質(zhì)景觀、鄉(xiāng)村聚落、工業(yè)遺存以及諸多人類(lèi)改造自然的線(xiàn)性痕跡。建筑師希望以一種對(duì)環(huán)境最低干預(yù)的方式和更為輕松的態(tài)度與自然共處，為新時(shí)代的園博會(huì)留下一條和諧樂(lè)觀的人類(lèi)痕跡。
基于這個(gè)概念, 建筑師將自然界的有機(jī)形態(tài)融入到方案設(shè)計(jì)中, 模仿山丘起伏的地質(zhì)紋理，打造大型的異形曲面吊頂。面對(duì)這樣結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造型多變的有機(jī)建筑，不僅增加深化設(shè)計(jì)的工作難度，而且在工程實(shí)現(xiàn)上也極具挑戰(zhàn)性。
△ 建筑師手稿
目前BIM (Building Information Modeling) 技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)和管理階段的應(yīng)用已高度數(shù)字化，但在生產(chǎn)建造端，由于缺少通用的工業(yè)軟件打通建筑三維模型與機(jī)器設(shè)備的生產(chǎn)信息，仍依靠二維圖紙指導(dǎo)工人作業(yè)，無(wú)法有效保障大尺度非標(biāo)構(gòu)件的加工精度。大界開(kāi)發(fā)的建筑工業(yè)軟件ROBIM，直接聯(lián)通機(jī)器人的生產(chǎn)加工，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)到建造的自動(dòng)化， 為建筑師提供更優(yōu)質(zhì)的智能建造服務(wù)。
△ 近7000片造型各異的木梁形成的最終效果
2. 方案設(shè)計(jì) | 參數(shù)化建模, 一鍵更新方案
在概念設(shè)計(jì)階段，大界數(shù)字化設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)首先對(duì)紋理特征進(jìn)行分析, 通過(guò)編程的方式模擬山丘表面質(zhì)感，對(duì)建筑造型提供形狀建議，在滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)支撐體系的同時(shí)，最大程度符合建筑師的設(shè)計(jì)理念。
團(tuán)隊(duì)將造型拆分成層次豐富的地質(zhì)紋理, 通過(guò)隨機(jī)分布的凹凸變化來(lái)生成整體建筑形態(tài), 再將其切分成430榀木梁, 針對(duì)不同區(qū)域的木梁給予紋理上的高度變化, 以達(dá)到設(shè)計(jì)師追求的整體隨機(jī)感。
△ 概念生成
3. 設(shè)計(jì)深化 | 具備生產(chǎn)信息的BIM模型
在確認(rèn)初步方案及報(bào)價(jià)的可行性后，大界開(kāi)始搭建項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，推動(dòng)工程的落地。為了進(jìn)一步優(yōu)化工程和造價(jià)，大界深化方案設(shè)計(jì)師基于參數(shù)化設(shè)計(jì)，完善BIM模型，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行智能化拆分，將長(zhǎng)達(dá)6-18米的大型木構(gòu)件拆解成適應(yīng)數(shù)控機(jī)床設(shè)備（<2.5米）和機(jī)器人的加工尺寸范圍(>2.5米）。
其次，遵循少規(guī)格、多組合的原則，深化團(tuán)隊(duì)對(duì)整體形態(tài)再次優(yōu)化。為了控制木梁整體荷載重量， 團(tuán)隊(duì)通過(guò)采用“兩大夾三小”的片狀組合方式代替原先全尺寸方案，大幅度減少木梁使用面積，減輕了自重, 同時(shí)也節(jié)省了材料。
△ 木梁拆分
最后，在ROBIM上，對(duì)各構(gòu)件類(lèi)型、尺寸進(jìn)行自動(dòng)定位和編號(hào)，便于后續(xù)生產(chǎn)加工。同時(shí)，對(duì)排料進(jìn)行優(yōu)化，提高材料利用率。
△ 構(gòu)件算法生成
完成深化設(shè)計(jì)后，大界攜手結(jié)構(gòu)咨詢(xún)團(tuán)隊(duì)，選擇鋼結(jié)構(gòu)作為承重構(gòu)件和基本骨骼，與木梁有機(jī)整合統(tǒng)一，完善大跨度屋面體系，進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)的安全性、合理性與經(jīng)濟(jì)性。
鋼龍骨深化主要有三部分：
●建立鋼結(jié)構(gòu)模型
●調(diào)整鋼構(gòu)件關(guān)系和深化細(xì)節(jié)
●局部調(diào)整以及復(fù)核吊掛件和連接件的設(shè)計(jì)
△ 有限元分析（FEA，F(xiàn)inite Element Analysis）
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于需要貼合下方木梁表面的復(fù)雜造型，以及排風(fēng)裝置、水電管道安裝和鋼管的多角度相接。因此團(tuán)隊(duì)在ROBIM上導(dǎo)入模型，對(duì)其尺寸、位置進(jìn)行多次模擬、仿真、復(fù)核和修正，確保在工廠(chǎng)預(yù)制時(shí)焊接和造型的準(zhǔn)確性，同時(shí)避免發(fā)生干涉碰撞，減少現(xiàn)場(chǎng)整改幾率，有效控制工程造價(jià)，提高經(jīng)濟(jì)效益。
△ 單榀木梁的內(nèi)部構(gòu)造
4. 加工生產(chǎn) | 無(wú)圖紙生產(chǎn), 多設(shè)備協(xié)同
該項(xiàng)目共有木梁430榀，1460組，近7000片木梁，合計(jì)加工原材料用量約300立方米。大界協(xié)同多家生態(tài)工廠(chǎng)（鋼材，木材，五金構(gòu)件），通過(guò)ROBIM直接將三維設(shè)計(jì)模型對(duì)接至生產(chǎn)制造，節(jié)省制作施工圖的時(shí)間，同時(shí)利用數(shù)字孿生技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的測(cè)試、驗(yàn)證和優(yōu)化，改善生產(chǎn)流程，合理為工廠(chǎng)設(shè)計(jì)排產(chǎn)計(jì)劃，確保項(xiàng)目按期高質(zhì)量完成。
△ 建筑工業(yè)軟件ROBIM
項(xiàng)目經(jīng)理對(duì)工廠(chǎng)生產(chǎn)全流程進(jìn)行精細(xì)化管理，通過(guò)下發(fā)工序級(jí)任務(wù)排程，調(diào)度工人和機(jī)械設(shè)備進(jìn)行高效精準(zhǔn)作業(yè)，實(shí)現(xiàn)工程質(zhì)量前期預(yù)控和過(guò)程管控，減少返工量。
原材→烘干→開(kāi)材→打齒→指接→膠合→成板
成板→刨光→切割→打磨→成片
成片→拼裝→上漆→成組
由于膠合木梁加工工序環(huán)環(huán)相扣，為了在短時(shí)間內(nèi)推動(dòng)工廠(chǎng)產(chǎn)能最大化，項(xiàng)目經(jīng)理幫助工廠(chǎng)梳理整個(gè)生產(chǎn)流程，并建立流程監(jiān)管體系，確保原料板材制作環(huán)節(jié)有質(zhì)量地提速，不影響下一道工序的加工。
△ 機(jī)器人自動(dòng)化加工
在生產(chǎn)過(guò)程中曾受到國(guó)慶長(zhǎng)假、工廠(chǎng)停電以及疫情的影響，出現(xiàn)產(chǎn)能下降、物料運(yùn)輸不及時(shí)等情況，項(xiàng)目經(jīng)理迅速作出動(dòng)態(tài)調(diào)整，制定對(duì)策，把控進(jìn)度：
●借助大界云工廠(chǎng)平臺(tái)，將前置工序（膠合與刨光）分發(fā)至多家木結(jié)構(gòu)工廠(chǎng)進(jìn)行協(xié)同加工，通過(guò)交叉產(chǎn)能的優(yōu)勢(shì)最大程度保證每日可供切割板的數(shù)量。
●建立構(gòu)件工序標(biāo)號(hào)系統(tǒng)及追蹤，進(jìn)行實(shí)時(shí)糾偏，避免發(fā)貨工期的耽誤。
●對(duì)木結(jié)構(gòu)加工工藝進(jìn)行優(yōu)化和升級(jí)，包括進(jìn)刀量、主軸轉(zhuǎn)速、加工速度及抬刀速度等，生產(chǎn)效率提高一倍。
●協(xié)調(diào)工廠(chǎng)排班，根據(jù)每日產(chǎn)能進(jìn)行人員的錯(cuò)峰安排。將頭尾兩道工序：開(kāi)材與組裝實(shí)現(xiàn)以?xún)扇諡橹芷诘妮啺唷?BR>
△ 工廠(chǎng)協(xié)同生產(chǎn)
5. 現(xiàn)場(chǎng)安裝 | 40天內(nèi)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)與安裝
在工廠(chǎng)預(yù)制好的組件，運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，不到10天內(nèi)完成1600平米鋼木結(jié)構(gòu)吊頂?shù)陌惭b。
△ 施工現(xiàn)場(chǎng)
為了合理安排施工工序，確保項(xiàng)目有序推進(jìn)，項(xiàng)目經(jīng)理對(duì)工人以及各種機(jī)械設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)籌協(xié)調(diào)。通過(guò)分批次錯(cuò)峰施工的方式，提高安裝效率。鋼桁架按相應(yīng)批次運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)后，工人按照編號(hào)將其迅速吊裝至建筑主體上，進(jìn)行高精度焊接，保證后續(xù)木梁節(jié)點(diǎn)對(duì)位準(zhǔn)確。
△ 工人快速安裝
團(tuán)隊(duì)首次嘗試將AR/VR技術(shù)應(yīng)用到項(xiàng)目中，規(guī)范構(gòu)件安裝環(huán)節(jié)。通過(guò)自動(dòng)獲取木梁的尺寸、安裝位置等信息，幫助工人快速實(shí)現(xiàn)拼接。
在施工過(guò)程中遇到材料損壞等問(wèn)題，大界設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)及時(shí)提供技術(shù)支持，將新的數(shù)字模型發(fā)送至工廠(chǎng)，讓工廠(chǎng)對(duì)構(gòu)件重新加工并運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)，不影響工程進(jìn)度。
6. 展望未來(lái) | 基于云工廠(chǎng)的矩陣生產(chǎn)
南京園博園2號(hào)口項(xiàng)目，是大界建造尺度上的新突破。未來(lái)，基于大界部署的軟硬件數(shù)字化系統(tǒng)，大界將更有信心和能力去承接更大尺度和體量的建筑工程項(xiàng)目，并且通過(guò)多工廠(chǎng)多工藝靈活配合，對(duì)生產(chǎn)任務(wù)快速拆解，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)建造全生命周期的管理、協(xié)同和優(yōu)化，全面推進(jìn)建筑工業(yè)化進(jìn)程。
△ 矩陣生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)
CREDITS
項(xiàng)目業(yè)主：江蘇園博園建設(shè)開(kāi)發(fā)有限公司
建設(shè)單位：中國(guó)建筑第八工程局有限公司
設(shè)計(jì)公司：南京同道建筑設(shè)計(jì)有限公司&反幾
主持建筑師：雒建利
設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)：李松 戴璟 甘昊 丁孟雄 孫倩 馮嘯 王迅 吳亞明
建筑、室內(nèi)施工圖設(shè)計(jì)：南京長(zhǎng)江都市建筑設(shè)計(jì)股份有限公司
結(jié)構(gòu)顧問(wèn)：Bespoke 必思博工程設(shè)計(jì)咨詢(xún)（上海）有限公司
Florian-Rochereau 李策
智能建造顧問(wèn)團(tuán)隊(duì)：上海大界機(jī)器人科技有限公司
賴(lài)冠廷 高文淵 王若蒙 徐子杰 王振嘉 Maria Razzhivina 陳司亙 梁恉豪 劉春翔 聶佳康
生態(tài)工廠(chǎng)：蘇州菲特威爾木結(jié)構(gòu)房屋有限公司 浙江通能電梯配件有限公司 南通佳冠建筑勞務(wù)有限公司
項(xiàng)目位置：江蘇省南京市江寧區(qū)湖山路與圣湖西路交叉口
項(xiàng)目面積：1600平方米
項(xiàng)目時(shí)間：2020年9月-10月
（轉(zhuǎn)載）
