中建科技科研產業樓:探索建筑工業化、智能化、綠色化的新高度
中建科技集團有限公司(以下簡稱“中建科技”),作為世界500強第9位的中建集團于2015年實施“藍海戰略”后成立的首家直屬科創型子企業,承載著推進轉型升級的歷史使命。中建科技憑借其在新型建筑工業化全產業鏈的人才與資源優勢,創新性地提出了“研發+設計+制造+采購+施工(管理)”一體化的REMPC五位一體工程總承包模式,致力于為客戶提供從研發、規劃、設計、制造、建造到運維的全產業鏈一體化建造服務。
一、中建科技的創新之路
中建科技通過創新平面、立面、構件和部品“四大標準化”設計理論及方法,成功研發出全裝配混凝土剪力墻住宅產品(PCS)、全裝配混凝土框架建筑產品(PCF)、鋼結構模塊化建筑產品(SMC)等一系列代表性建筑產品體系。這些產品體系不僅滿足了新型建筑工業化對系統性裝配、工業化生產和產業化發展的要求,還為中建科技積累了差異化的競爭能力,成功突破了綠色、裝配式高端建筑市場的壁壘。
在模塊化業務方面,中建科技旗下的中建集成科技有限公司(以下簡稱“中建集成”)作為模塊化業務的實施主體,憑借其華南(深汕)模塊化智能制造工廠,配置了國內智能化水平最高的模塊化產品生產線。該工廠研發并實施了人居、公建、設施、特需四大系列產品,滿足了功能多樣、低碳環保的模塊化產品生產需求,成功獲評國家高新技術企業和“專精特新”企業認定。
二、中建科技科研產業樓項目概況
中建科技科研產業樓項目位于深圳市坪山區龍田街道,坪山大道與錦繡西路交匯處,用地性質為普通工業用地(M1)。項目總建設用地面積為7917.38平方米,總建筑面積約為42544.37平方米,合同價格高達24173.37萬元。
項目設計包括2層地下室,上部設有2棟塔樓。其中,地下二層為人防地下室。1棟為廠房,地上建筑層數為17層,地下2層,建筑高度達到78.1米,為高層丙類廠房;2棟為辦公樓,地上建筑層數為8層,地下2層,建筑高度為31.3米,為二類高層公共建筑。
在建筑結構方面,1棟采用裝配整體式框架-現澆剪力墻結構體系,預制構件類型包括預制柱、疊合梁、預應力空心樓板、預應力疊合板、預制陽臺板等。而2棟則采用了中建科技自主研發的CMC組合模塊建筑體系,這一創新體系為項目的成功實施奠定了堅實基礎。
三、項目應用目標與實踐
中建科技科研產業樓項目以工業化、智能化、綠色建造為核心理念,致力于不斷改進生產和施工工藝,提升工廠和項目施工現場的工業化水平。項目將BIM和人工智能技術應用在工程建設中,通過科學的管理和流程的優化,實現了工廠內預制模塊標準化、連續批量生產,以及施工現場高效、快速吊裝。這不僅大幅降低了人工成本,還顯著提升了生產能力和施工效率。
1. 模塊化新產品研發
項目團隊致力于研發形成“圍護、結構、機電、裝修”一體化的模塊化新產品。通過創新設計和技術突破,成功研發出適應不同應用場景的模塊化產品,為項目的順利實施提供了有力保障。
1. 自動化柔性生產線建設
為了實現高效、高質量的模塊建筑智能生產,項目團隊建設了自動化柔性生產線。該生產線基于視覺識別、智能傳感、自動上下料、主動跟隨變位、多機器人協同焊接等先進技術,實現了標準化、流水線式、自動化柔性生產。這不僅大幅節約了勞動力成本,還提高了生產效率和產品質量,促進了安全生產,降低了事故率。
1. 模塊化新產品應用探索
項目團隊積極探索模塊化新產品在辦公樓、住宅等不同場景的應用。在科研產業樓項目中,成功落地了CMC產品示范樓棟(南樓)。通過實踐驗證,項目團隊積累了豐富的經驗,為后續模塊化建筑的應用與實踐提供了有力支持。
1. 工法與技術標準總結
項目團隊在總結實踐經驗的基礎上,形成了相關工法、技術標準/規程。這些成果不僅推動了模塊化建筑的應用與實踐,還為業內其他智能建造項目提供了可靠的參考和借鑒。
四、智能建造應用成果展示
(一)數字設計
在數字設計方面,項目團隊充分利用BIM技術,實現了線下和線上兩個環節的協同工作。
線上環節:通過自主知識產權的輕量化圖形引擎,將線下生成的數字孿生建筑模型轉化為輕量化BIM文件,并上傳至“中國建筑智慧建造平臺”。該平臺支持設計、商務、制造、施工、運維全過程的數據讀取及加載,具備交互功能,可實現建造過程基于互聯網的數字孿生。
線下環節:依托EPC管理模式組織一體化協同設計,形成主體結構、建筑圍護、機電設備、裝飾裝修四大系統的BIM設計文件,并整合為一個完整的建筑信息模型。在整合過程中,引入生產工藝和施工工法專業技術人員,開展全專業協同校驗,最終定義能夠支撐建造需求的數字孿生建筑模型。
此外,項目團隊還探索了一體化BIM協同工作模式,實現了生產、施工、運維的前置參與。通過BIM信息化模型實現信息交互,實現了“全員、全專業、全過程”的三全BIM信息化應用。同時,利用自主開發的BIM輕量化引擎,實現了數字設計成果線下設計、線上應用的無縫銜接,為招采、生產、現場與交付提供了數據保障,奠定了全生命周期數字孿生基礎。
(二)智能生產
在智能生產方面,項目兩棟塔樓均為裝配式建筑,所需預制構件均在構件廠生產。其中,PC構件由深圳深汕特別合作區中建科技有限公司生產提供,該工廠位于深圳市深汕特別合作區中建綠色產業園內,占地面積200余畝,年產能達22萬m3,可滿足超500萬平方米的裝配式建筑需求。
此外,項目還采用了CMC模塊化智能制造產線。該產線通過自動化、智能化手段保障項目生產效率及生產質量?;谝曈X識別、智能傳感、自動上下料、主動跟隨變位、多機器人協同焊接等先進技術,實現了標準化、流水線式、自動化柔性生產。這不僅大幅節約了勞動力成本,還提高了生產效率和產品質量,促進了安全生產,降低了事故率。
(三)智慧建造平臺
項目團隊還自主研發了具有自主知識產權的“中國建筑智慧建造平臺”。該平臺融合設計、制造、采購、施工、運維的全過程,突破了傳統的點對點、單方向的信息傳遞方式,實現了全方位、交互式信息傳遞。平臺包括模塊化設計、云筑網購、智能工廠、智慧工地、幸??臻g五大板塊,實現了全球首創BIM+互聯網+物聯網技術集成應用。這也是國內裝配式建筑領域唯一投入實際工程項目的全過程智能建造平臺。
智慧建造平臺將設計、生產、施工的需求和建筑、結構、機電、內裝等各專業的設計成果集成到一個統一的建筑信息模型系統之中。系統建立了模塊化的構件庫、部品庫和資源庫等,支持查詢圖紙信息、材料清單信息、施工安裝信息、構件施工進度信息等。同時,平臺還實現了各參與方基于同一平臺在設計階段提前參與決策、工作過程實時協同、構件及部品的屬性信息實時交互修改等功能。此外,平臺還能結合全景和VR技術,實現建筑設計階段的虛擬化實景體驗和個性化定制,提升建筑產品的附加值。
五、項目特色亮點解析
(一)創新技術體系
CMC組合模塊建筑體系是中建科技在本項目中的一大創新亮點。該體系以系統思維和產品思維為核心,實現了建筑結構、機電、圍護、精裝、幕墻等系統的高度集成。同時,以“人機協同”的智能建造方式,通過定制化模組智造實現了“無限生長”的無柱大空間。這一創新技術體系不僅適用于高層住宅、酒店、學校、公寓、醫院等多類應用場景,還為項目的成功實施提供了有力保障。
在項目實踐中,共應用了7種合計175個模塊。標準層每層模塊數量達到26個,模塊系列面寬3.6m-4m,長度8m,高度3.6m。多數模塊重量從7.5噸到10噸不等,最重的公共衛生間模塊重達22.5噸。CMC組合模塊鋼模塊在工廠內完成外飾面、機電管線以及裝修工作,然后運輸到施工現場進行組裝和混凝土澆筑?,F場無需支模、無大量鋼筋綁扎工作,模塊箱體之間收口澆筑形成鋼和混凝土組合結構。
(二)高效智能生產
在高效智能生產方面,CMC組合模塊生產線充分利用了機器人控制技術、模塊化總裝技術、視覺識別技術和智能傳感技術等先進信息化技術。形成了一條具備鋼構件組裝焊接、地面鋼網的分片加工及組合模塊拼裝焊接功能,同時涵蓋角柱、頂框和底框鋼結構焊接和組裝功能的自動化柔性生產線。這一生產線實現了模塊試點建筑主體結構(不含混凝土部分)、外圍護(建筑外墻一側)、機電管線以及大部分內裝修在智能工廠內完成加工的高效生產模式。平均每8小時(一臺班)可生產箱體結構3套,大幅提高了生產效率。
(三)打造綠色標桿
在綠色建造方面,本項目采用了夏熱冬暖氣候適應性設計技術。綜合考慮建筑功能與地域氣候特征,借助性能分析確定了東南朝向、北高南低的總體布局和建筑層數與形體。這一設計不僅為舒適節能微環境與光伏利用創造了有利條件,還采用了全遮陽系統大幅降低建筑物的夏季空調負荷和運行能耗。同時,采用內保溫構造和高性能門窗進一步降低了圍護結構熱傳導對能耗的影響。
此外,模塊試點建筑還高效兼容光儲直柔技術。項目在模塊立面和建筑屋頂集成光伏板應用,可再生能源利用率達到50%。綠色低碳總目標為打造“近零能耗+綠色建筑三星級”建筑示范,建成業內同類建筑