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      工業連接和智能傳感論壇
      工業機器人

      大界智造|南京園博園數字建造工程實踐

        2021年02月19日  

      △南京園博園2號口-設計到建造的全流程

        作為中國領先的智能建造方案提供商,大界通過建筑機器人軟硬件技術,使建造更加智能化、柔性化和數字化。2020年10月,大界完成南京園博園2號口膠合木吊頂項目。該項目面積1600平方米,造型復雜,工期緊張,需要在1個月左右完成,傳統建造方式難以實現。大界通過軟硬件數字化系統,協同多家生態工廠,建立項目管理體系,動態調整生產要素,優化配置資源,在40天內高效精準地完成項目從設計到建造的全流程,為之后駕馭結構更復雜,體量更龐大的工程項目積攢了經驗。

      1. 項目起源 | 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,負責南京園博園2號口室外造型吊頂的深化與建造, 該項目結構造型復雜, 建筑師希望尋求新興機器人建造技術結合設計方案, 一是解決復雜項目施工落地問題,二是打造精品亮點工程。

      △ 建筑師設計概念

        南京園博園2號口三面環山,周圍有著豐富的地質景觀、鄉村聚落、工業遺存以及諸多人類改造自然的線性痕跡。建筑師希望以一種對環境最低干預的方式和更為輕松的態度與自然共處,為新時代的園博會留下一條和諧樂觀的人類痕跡。

        基于這個概念, 建筑師將自然界的有機形態融入到方案設計中, 模仿山丘起伏的地質紋理,打造大型的異形曲面吊頂。面對這樣結構復雜、造型多變的有機建筑,不僅增加深化設計的工作難度,而且在工程實現上也極具挑戰性。

      △ 建筑師手稿

        目前BIM (Building Information Modeling) 技術在建筑設計和管理階段的應用已高度數字化,但在生產建造端,由于缺少通用的工業軟件打通建筑三維模型與機器設備的生產信息,仍依靠二維圖紙指導工人作業,無法有效保障大尺度非標構件的加工精度。大界開發的建筑工業軟件ROBIM,直接聯通機器人的生產加工,實現設計到建造的自動化, 為建筑師提供更優質的智能建造服務。

      △ 近7000片造型各異的木梁形成的最終效果

      2. 方案設計 | 參數化建模, 一鍵更新方案
        在概念設計階段,大界數字化設計團隊首先對紋理特征進行分析, 通過編程的方式模擬山丘表面質感,對建筑造型提供形狀建議,在滿足結構支撐體系的同時,最大程度符合建筑師的設計理念。

        團隊將造型拆分成層次豐富的地質紋理, 通過隨機分布的凹凸變化來生成整體建筑形態, 再將其切分成430榀木梁, 針對不同區域的木梁給予紋理上的高度變化, 以達到設計師追求的整體隨機感。

      △ 概念生成

      3. 設計深化 | 具備生產信息的BIM模型
        在確認初步方案及報價的可行性后,大界開始搭建項目團隊,推動工程的落地。為了進一步優化工程和造價,大界深化方案設計師基于參數化設計,完善BIM模型,對構件進行智能化拆分,將長達6-18米的大型木構件拆解成適應數控機床設備(<2.5米)和機器人的加工尺寸范圍(>2.5米)。

        其次,遵循少規格、多組合的原則,深化團隊對整體形態再次優化。為了控制木梁整體荷載重量, 團隊通過采用“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, 同時也節省了材料。

      △ 木梁拆分

        最后,在ROBIM上,對各構件類型、尺寸進行自動定位和編號,便于后續生產加工。同時,對排料進行優化,提高材料利用率。

      △ 構件算法生成

        完成深化設計后,大界攜手結構咨詢團隊,選擇鋼結構作為承重構件和基本骨骼,與木梁有機整合統一,完善大跨度屋面體系,進一步提高結構的安全性、合理性與經濟性。

        鋼龍骨深化主要有三部分:

        ●建立鋼結構模型
        ●調整鋼構件關系和深化細節
        ●局部調整以及復核吊掛件和連接件的設計

      △ 有限元分析(FEA,Finite Element Analysis)

        結構設計的難點在于需要貼合下方木梁表面的復雜造型,以及排風裝置、水電管道安裝和鋼管的多角度相接。因此團隊在ROBIM上導入模型,對其尺寸、位置進行多次模擬、仿真、復核和修正,確保在工廠預制時焊接和造型的準確性,同時避免發生干涉碰撞,減少現場整改幾率,有效控制工程造價,提高經濟效益。

      △ 單榀木梁的內部構造

      4. 加工生產 | 無圖紙生產, 多設備協同
        該項目共有木梁430榀,1460組,近7000片木梁,合計加工原材料用量約300立方米。大界協同多家生態工廠(鋼材,木材,五金構件),通過ROBIM直接將三維設計模型對接至生產制造,節省制作施工圖的時間,同時利用數字孿生技術,實現對生產過程的測試、驗證和優化,改善生產流程,合理為工廠設計排產計劃,確保項目按期高質量完成。

      △ 建筑工業軟件ROBIM

        項目經理對工廠生產全流程進行精細化管理,通過下發工序級任務排程,調度工人和機械設備進行高效精準作業,實現工程質量前期預控和過程管控,減少返工量。

        原材→烘干→開材→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環相扣,為了在短時間內推動工廠產能最大化,項目經理幫助工廠梳理整個生產流程,并建立流程監管體系,確保原料板材制作環節有質量地提速,不影響下一道工序的加工。

      △ 機器人自動化加工

        在生產過程中曾受到國慶長假、工廠停電以及疫情的影響,出現產能下降、物料運輸不及時等情況,項目經理迅速作出動態調整,制定對策,把控進度:

        ●借助大界云工廠平臺,將前置工序(膠合與刨光)分發至多家木結構工廠進行協同加工,通過交叉產能的優勢最大程度保證每日可供切割板的數量。
        ●建立構件工序標號系統及追蹤,進行實時糾偏,避免發貨工期的耽誤。
        ●對木結構加工工藝進行優化和升級,包括進刀量、主軸轉速、加工速度及抬刀速度等,生產效率提高一倍。
        ●協調工廠排班,根據每日產能進行人員的錯峰安排。將頭尾兩道工序:開材與組裝實現以兩日為周期的輪班。

      △ 工廠協同生產

      5. 現場安裝 | 40天內實現生產與安裝
        在工廠預制好的組件,運輸到施工現場,不到10天內完成1600平米鋼木結構吊頂的安裝。

      △ 施工現場

        為了合理安排施工工序,確保項目有序推進,項目經理對工人以及各種機械設備進行統籌協調。通過分批次錯峰施工的方式,提高安裝效率。鋼桁架按相應批次運至施工現場后,工人按照編號將其迅速吊裝至建筑主體上,進行高精度焊接,保證后續木梁節點對位準確。

      △ 工人快速安裝

        團隊首次嘗試將AR/VR技術應用到項目中,規范構件安裝環節。通過自動獲取木梁的尺寸、安裝位置等信息,幫助工人快速實現拼接。

        在施工過程中遇到材料損壞等問題,大界設計團隊及時提供技術支持,將新的數字模型發送至工廠,讓工廠對構件重新加工并運輸到現場,不影響工程進度。

      6. 展望未來 | 基于云工廠的矩陣生產
        南京園博園2號口項目,是大界建造尺度上的新突破。未來,基于大界部署的軟硬件數字化系統,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目,并且通過多工廠多工藝靈活配合,對生產任務快速拆解,實現項目設計建造全生命周期的管理、協同和優化,全面推進建筑工業化進程。

      △ 矩陣生產網絡

        CREDITS
        項目業主:江蘇園博園建設開發有限公司
        建設單位:中國建筑第八工程局有限公司
        設計公司:南京同道建筑設計有限公司&反幾
        主持建筑師:雒建利
        設計團隊:李松 戴璟 甘昊 丁孟雄 孫倩 馮嘯 王迅 吳亞明
        建筑、室內施工圖設計:南京長江都市建筑設計股份有限公司
        結構顧問:Bespoke 必思博工程設計咨詢(上海)有限公司
        Florian-Rochereau  李策
        智能建造顧問團隊:上海大界機器人科技有限公司
        賴冠廷 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
        生態工廠:蘇州菲特威爾木結構房屋有限公司 浙江通能電梯配件有限公司 南通佳冠建筑勞務有限公司
        項目位置:江蘇省南京市江寧區湖山路與圣湖西路交叉口
        項目面積:1600平方米
        項目時間:2020年9月-10月

      標簽:大界機器人 RoboticPlus我要反饋
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