△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(tǒng)建造方式難以實現。大界通過軟硬件數字化系統(tǒng)，協同多家生態(tài)工廠，建立項目管理體系，動態(tài)調整生產要素，優(yōu)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(huán)山，周圍有著豐富的地質景觀、鄉(xiāng)村聚落、工業(yè)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(huán)境最低干預的方式和更為輕松的態(tài)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(tài)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(zhàn)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(yè)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(yè)，無法有效保障大尺度非標構件的加工精度。大界開發(fā)的建筑工業(yè)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(yōu)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(tài), 再將其切分成430榀木梁, 針對不同區(qū)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(yōu)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(guī)格、多組合的原則，深化團隊對整體形態(tài)再次優(yōu)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(jié)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(xù)生產加工。同時，對排料進行優(yōu)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(tǒng)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(jié)
●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(fā)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(tài)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(jié)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(yōu)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(yè)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(fā)工序級任務排程，調度工人和機械設備進行高效精準作業(yè)，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(huán)環(huán)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(jiān)管體系，確保原料板材制作環(huán)節(jié)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(tài)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(fā)至多家木結構工廠進行協同加工，通過交叉產能的優(yōu)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(tǒng)及追蹤，進行實時糾偏，避免發(fā)貨工期的耽誤。
●對木結構加工工藝進行優(yōu)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(tǒng)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(xù)木梁節(jié)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(guī)范構件安裝環(huán)節(jié)。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(fā)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(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(yōu)化，全面推進建筑工業(yè)化進程。
△ 矩陣生產網絡
CREDITS
項目業(yè)主：江蘇園博園建設開發(fā)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(tài)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(qū)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
（轉載）
