省时高效：南京园博园数字建造工程实践 / 大界智造

编辑：李博超 | 校对：李博超 | 2021.04.12 19:06

智能建造顾问 上海大界机器人科技有限公司

方案设计 南京同道建筑设计有限公司

项目位置 江苏南京

项目面积 1600平方米

建成时间 2020年10月

作为智能建造方案提供商，大界通过建筑机器人软硬件技术，使建造更加智能化、柔性化和数字化。2020年10月，设计团队完成了南京园博园2号口胶合木吊顶项目。该项目面积为1600平方米，造型复杂，工期紧张，需要在1个月左右完成，通过传统建造方式难以实现。

设计团队通过软硬件数字化系统，协同多家生态工厂，建立项目管理体系，动态调整生产要素，优化配置资源，在40天内高效精准地完成了从设计到建造的全流程，为之后驾驭结构更复杂，体量更庞大的工程项目积攒了经验。

▲ 视频介绍 ©上海大界机器人科技有限公司

项目起源 | 为建筑师提供智能建造解决方案

2019年底，设计团队受建筑师委托，负责2号口室外造型吊顶的深化与建造，该项目结构造型复杂，建筑师希望寻求新兴机器人建造技术结合设计方案，一是解决复杂项目施工落地问题，二是打造精品亮点工程。

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。建筑师希望以一种对环境最低干预的方式和更为轻松的态度与自然共处，为新时代的园博会留下一条和谐乐观的人类痕迹。

基于这个概念，建筑师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，不仅深化设计的工作难度大为增加，而且在工程实现上也极具挑战性。

目前BIM (Building Information Modeling) 技术在建筑设计和管理阶段的应用已实现高度数字化，但在生产建造端，由于缺少通用的工业软件打通建筑三维模型与机器设备的生产信息，仍依靠二维图纸指导工人作业，无法有效保障大尺度非标构件的加工精度。设计团队开发的建筑工业软件ROBIM，直接联通机器人的生产加工，实现设计到建造的自动化，为建筑师提供更优质的智能建造服务。

方案设计 | 参数化建模，一键更新方案

在概念设计阶段，数字化设计团队首先对纹理特征进行分析，通过编程的方式模拟山丘表面质感，对建筑造型提供形状建议，在满足结构支撑体系的同时，最大程度地符合建筑师的设计理念。

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。

设计深化 | 具备生产信息的BIM模型

在确认初步方案及报价的可行性后，项目团队正式搭建，继续推动工程的落地。为了进一步优化工程和造价，方案深化设计师基于参数化设计，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）。

其次，遵循少规格、多组合的原则，深化团队对整体形态再次优化。为了控制木梁整体荷载重量，团队通过采用“两大夹三小”的片状组合方式代替原先全尺寸方案，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，ROBIM软件对各构件类型、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。

完成深化设计后，大界携手结构咨询团队，选择钢结构作为承重构件和基本骨骼，与木梁有机整合统一，完善大跨度屋面体系，进一步提高结构的安全性、合理性与经济性。

钢龙骨深化主要有三部分：

建立钢结构模型
调整钢构件关系和深化细节
局部调整及复核吊挂件和连接件的设计

有限元分析（FEA，Finite Element Analysis） ©大界机器人

结构设计的难点在于需要贴合下方木梁表面的复杂造型，以及排风装置、水电管道安装和钢管的多角度相接。因此团队在ROBIM软件上导入模型，对其尺寸、位置进行多次模拟、仿真、复核和修正，确保在工厂预制时焊接和造型的准确性，同时避免发生干涉碰撞，减少现场整改几率，有效控制工程造价，提高经济效益。

加工生产 | 无图纸生产，多设备协同

该项目共有木梁430榀，1460组，近7000片木梁，合计加工原材料用量约300立方米。设计团队协同多家生态工厂（钢材，木材，五金构件），通过ROBIM软件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。