为总结推广智能建造可复制经验做法，指导各地住房和城乡建设主管部门和企业全面了解、科学选用智能建造技术和产品，经企业申报、地方推荐、专家评审，住建部确定124个案例为第一批智能建造新技术新产品创新服务典型案例（案例集可在住房和城乡建设部门户网站上查询）。

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124个案例包括：

✦自主创新数字化设计软件创新服务案例（20项）（见附件）

✦部品部件智能生产线创新服务案例（29项）（见附件）

✦智慧施工管理系统创新服务案例（42项）

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✦建筑产业互联网平台创新服务案例（20项）（见附件）

✦建筑机器人等智能建造设备创新服务案例（13项）（见附件）

案例赏析

复杂空间结构智能建造技术在国家会议中心二期项目的应用

北京建工集团有限责任公司

北京市建筑工程研究院有限责任公司

一、基本情况

（一） 案例简介

针对国家会议中心二期项目复杂空间结构施工，北京建工集团总结多年大型土木工程结构健康监测工程经验，引入BIM、云计算、云存储、人工智能等多项新技术，自主研发大跨重载结构卸载过程监控系统及基于北斗系统的曲面滑移监测系统，在此基础上创新应用三维激光扫描及建筑机器人，形成一套适用于复杂空间结构的智能建造技术，保障施工精度及安全，有利于提升复杂空间结构体系设计、施工及运营水平。

（二） 申报单位简介

北京建工集团有限责任公司成立于1953年，是全球250家最大国际工程承包商、中国500强企业，拥有建筑工程施工总承包特级资质、市政公用工程施工总承包特级资质、公路工程施工总承包特级资质。在建筑行业信息化不断发展的浪潮中，公司积极推动信息技术与工业自动化的深度融合和落地应用，重点攻关建筑信息化研究应用、装备智能化应用，将建筑信息化、智能化技术在集团全产业链推广。

北京市建筑工程研究院有限责任公司成立于1956年，是原北京市建工局下属科研单位。公司主要从事建筑结构施工、工程施工机械、工程防水与施工、工程保温材料、桩基地基基础检测、工程检测与建筑工程司法鉴定、建筑节能等建筑工程应用技术及产品研究开发，2000年正式转制为北京市高新技术企业，2008年成为中关村高科技企业，是北京建工集团下属的一所多学科、综合性、自主开发型建筑科技企业，也是北京市重点科研院所之一。

二、案例应用场景和技术产品特点

（一） 技术方案要点

复杂空间结构智能建造技术以大跨重载结构卸载过程监控系统及基于北斗系统的屋面滑移监测系统为主，辅助应用三维激光扫描及建筑机器人，集BIM技术、云平台技术、互联网+等技术于一体。

总体思路参照“人体神经系统”，采用无线传输技术、太阳能功能、低能耗光电仪器等硬件，以及数据云存储、云计算等软件，自主开发用于大型重载结构卸载过程和屋面滑移的三维可视化动态监测平台，采用模块化设计，包括传感器系统、数据采集系统、数据库管理系统、安全预警系统、安全评估系统、三维可视化动态显示系统，每个系统模块完成一个特定的子功能，获取施工阶段各工序下结构全尺度、全时段、高精度的实测数据，解决了传统建造模式中存在的依赖于管理者和技术人员的经验、缺乏科学系统的方法、时变性高等问题，为建筑工业化转型和发展提供解决思路。

                                                              

图1 总体思路

大跨重载结构卸载过程监控系统采用自动化数据采集系统方式，综合应用BIM技术、云平台技术、互联网+技术相结合的全自动监测系统，通过与数值模拟模型对比分析获取结构全过程安全状况分析与评定，定量控制卸载施工的安全和质量，以无线监测为主建立结构健康监测系统，集成安全评估方法和应急响应策略，实现钢结构长期监测和数据分析。

基于北斗系统的曲面滑移监测系统采用无线传输、太阳能、云存储等新技术，具有毫米级定位精度、双天线高精度航向测量等特点，可实现屋盖滑移全过程变形控制，保证施工顺利进行，且结构变形和拉索内力均满足设计规范要求，在结构监控与评估、设计验证和研究等方面具有重要意义。

三维激光扫描模拟预拼装，保证钢桁架构件的加工精度，并可对钢结构安装成果进行三维激光扫描变形监测，校核施工安装误差，确保结构质量安全。此外应用焊接机器人进行弯曲箱型构件焊接作业，采用了埋弧自动焊行走轨道改装技术，解决了弧状箱形构件焊缝外观质量不稳定难题。

（二） 创新点

1．自主研发“大跨重载结构卸载过程监控系统”，实现结构全尺度、全时段、高精度实测。通过开发无线传输和云存储的自动化监测平台，研发与应用自感知自预警智能台架，采用自动化监测平台和自动报警预警APP相结合的方法实现台架使用过程中的报警预警，获取施工过程中关键受力构件应力的演化规律，数据采集到判别反馈的时间间隔小于30秒，采样频率可达上千赫兹，系统可定量和全天候值守，实现数据实时显示和自动报警，获取结构卸载全过程的关键数据，为施工安全提供坚实的数据支撑，为钢结构施工监测提供了新的解决办法。

2．自主研发“基于北斗系统的曲面滑移监测系统”，实现秒级响应、毫米级精度。北斗系统具有毫米级定位精度、双天线高精度航向测量等特点，采用组合导航算法，自动化获取滑移全过程位置信息，实现对屋盖滑移全过程实时监测，为后期结构变形监测提供有效依据。

3．采用焊接机器人应用于弧形杆件，实现弧状箱形构件精细外观焊接。针对弯曲箱型构件的形式，对常规埋弧自动焊行走方式进行改装，克服了常规小车埋弧自动焊无法焊接弧形箱体杆件的难题，解决了弧状箱形构件焊缝外观质量不稳定难题。采用焊接机器人进行施工，减少人工，提升施工效率。

（三） 竞争优势

与传统的复杂空间结构施工过程监测及国内外类似监测技术相比，北京建工集团对复杂空间结构智能建造技术的应用研究，利用物联网等技术实现了相关参数的采集、传输、存储、分析和反馈的自动化，并可通过三维可视化平台进行直观展示，利用北斗系统有效解决因卫星信号失锁导致的定位结果中断等情况，进一步优化了在楼群、隧道和高架桥等复杂环境下定位定向输出的连续性和可靠性，形成了一套系统的适用于复杂空间结构体系的施工过程监测与运营健康监测方案。国内外的类似技术往往只能实现系统平台的一个部分，如数据为人工采集、显示为图表显示等，对于施工过程运营控制都有所欠缺。

（四） 应用场景

复杂空间结构智能建造技术适合超大、超长、超高、超复杂的工程施工控制，在现代体育场馆、展览馆、航站楼、高铁站中可得到广泛的应用，施工过程监测与运营健康监测方案也可为楼群、隧道和高架桥等复杂环境下的施工过程监测与运营健康监测提供有效的技术支撑及系统的技术指导案例。

三、案例实施情况

（一） 案例基本信息

复杂空间结构智能建造技术的应用以项目为例，项目位于北京市奥林匹克中心区，总建筑面积408408.2㎡，功能定位是国家“一带一路”战略的落地平台，首都“国际交往中心”的核心项目，同时也是冬奥工程，承担2022年冬奥会期间的MMC（主新闻中心）转播功能，是所有冬奥场馆中开工最晚、体量最大、任务最重的项目。

图2 项目效果图

项目地上采用超长大跨重载多转换复杂结构体系，为长456m，宽144m，高45m的纯钢结构；屋面结构采用超长上凸式张弦杂交拱壳结构形式，整个屋盖结构长度为252m，跨度72m，最高点51.850m，总重约7000t；项目整体工期紧，施工难度较大。

图3 项目复杂空间结构示意

（二） 实施内容

1．大跨重载结构卸载过程监控系统。国家会议中心二期项目采用超大无柱空间卸载是国内首次大面积楼板混凝土共同参与受力的钢桁架卸载，通过自主研发大跨重载结构卸载过程监控系统，布置多达403个位移、应力等监测点，实现数据实时采集、传输、存储和分析功能，通过实测数据与数值模拟模型对比分析，获取结构全过程安全状况分析与评定，并通过对施工阶段各工序以及服役阶段各时间维度下的结构全尺度、全时段、高精度实测，为施工安全提供坚实的数据支撑。

图4项目卸载施工监测平台图

（1）监控系统功能。大跨重载结构卸载过程监控系统以BIM技术为依托，集成了安全评估方法和应急响应策略，可定量把控卸载施工的安全性和质量实现；通过4G传输至云端存储和分析，当卸载过程中出现异常时开发的客户端可实现报警预警。

图5 卸载监测平台功能展示

（2）监测点布置与数据采集。选取主次转换桁架应力及变形较大的弦杆和腹杆、钢柱及临时支撑进行应力监测，现场监测点布置多达403个，获取各项数据，并与安全预警系统、安全评估系统进行数据交换，提供所需的各类报告和信息。

图6 数据采集系统与传感器通讯方式

图7 监测系统安装

（3）数据对比分析。在施工过程中，通过日常监测获取结构杆件的应力和变形相应数据，再通过实际检测结果与仿真计算结果相比较，验证仿真计算的准确性，保证施工过程中结构安全和施工质量。

                             

图8 数据对比分析

2．基于北斗系统的曲面滑移监测系统。本项目屋面为超长上凸式张弦杂交拱壳开合屋盖结构，项目自主研发“基于北斗系统的曲面滑移监测系统”实现了秒级响应、毫米级精度，自动化获取滑移全过程位置信息，实现了索承网壳从加工至最终完成全过程变形控制，施工精度远高于国家规范要求，并形成一套系统的适用于该种新结构体系的施工过程监测与运营健康监测方案，为类似工程的设计、施工、运营提供借鉴，使公司在以后类似项目的竞争上处于有利地位，掌握主动性。

图9 基于北斗系统的曲面滑移监测系统

（1）监测系统功能。监测系统包括传感器系统、数据采集系统、数据库管理系统、三维可视化动态显示系统、安全预警系统、安全评估系统。其特征在于：可实现各监控传感器数据实时采集、接收到数据如果有异常，通过多种手段报警（弹出告警窗口、邮件、短信等）、并实现将数据上传到云服务数据中心，监测中心根据接收到的大量数据对传感数据进行显示、并进行数据分析、安全评估与预警。

图10 系统框架

（2）监测系统实施。通过仪器选型、仪器标定、安装和保护、线路优化布置等环节，确保仪器的精准安装。

图11 系统安装

（3）数据对比分析。北斗监控系统在正常工作状态下采集数据稳定正常，所有测试点位均能看到数据随着拉索施工的变化而变化；在整个拉索变化过程中水平一直处于0mm位置上下波动状态，波动差值为毫米级别；拉索二次张拉相对起拱值定量可控，实测数值与理论分析相差3%，张弦梁拉索施工控制良好。           

图12 数据对比

（4）结构健康监测。在结构运营期，将BIM技术与结构健康监测技术结合，把结构健康监测获取的结构健康状态信息加入到BIM（建筑信息模型）中，可以直观、形象显示结构的健康状态，便于及时识别结构整体与局部的变形、腐蚀、支撑失效等一系列的非健康因素和采用措施，可以更加全面、有效进行结构运营期的管理。

3．三维激光扫描及建筑机器人

（1）三维激光扫描模拟预拼装。对工程14.2m～20m桁架层全部采用工厂三维激光扫描模拟预拼装，保证钢桁架构件加工精度，并对钢结构安装成果进行三维激光扫描变形监测，校核施工安装误差，确保结构质量安全。

图13 三维激光扫描技术应用及数据处理

（2）焊接机器人焊接弧状箱形构件。国家会议中心二期项目焊接质量要求高，焊接填充量巨大，钢柱最大截面2.2mx2.2m，钢梁最大截面高度2.3m，最大板厚80mm，屋顶花园拱壳弧形箱体杆件累计焊缝长度约22000多米，针对项目现场焊接特点，选用锂电池有轨焊接机器人进行大截面厚板焊接作业。针对本工程弯曲箱型构件的形式，改装了小车式埋弧焊的轨道系统，形成了弧状箱形构件精细外观焊接技术，克服了常规小车埋弧自动焊无法焊接弧形箱体杆件的难题，解决了弧状箱形构件焊缝外观质量不稳定的难题。

焊接机器人的效率是手工焊的3倍，大大提升了施工效率，可完成高效仿人工行走焊接，焊缝成型后，外观平整一致且无需打磨，UT检测合格率可达到95%，促进建筑钢结构焊接技术升级，改变现场焊接管理。

图14 焊接机器人应用

四、应用成效

（一） 解决的实际问题

 随着现代建筑对功能性和美观性的要求不断提高，复杂多样的建筑不断出现，对施工带来巨大挑战，针对复杂空间结构的施工过程监测和结构运营健康监测是建筑行业面临的重大难题，国内外相关技术在数据采集、数据显示等方面均有所欠缺。

为解决建筑行业这一问题，北京建工集团从实际需求出发，通过物联网和云平台的引入，实现数据采集、传输、存储、判定和反馈的自动化，并通过三维可视化平台进行展示，定量把控重要施工过程的安全性，并通过实测数据与仿真计算结果的对比来确定施工质量，实现质量落地的有效可控，在结构运营期，将结构健康监测获取的结构健康状态信息加入到建筑信息模型中，直观形象地显示结构的健康状态，该施工过程监测与运营健康监测方案可为类似工程建设提供参考借鉴。

（二） 应用效果

1．经济效益。一是采用施工现场锂电有轨焊接机器人，UT检测合格率可达到95%；二是自主研发大跨重载结构卸载过程监控系统、基于北斗系统的曲面滑移监测系统为项目施工安全提供坚实的数据支撑，避免施工风险，减少安全隐患带来的施工成本；三是利用新技术实时、全过程、自动传输等特性实现了传统监测手段无法实现的精度及时效要求；四是力学分析、结构优化及结构健康监测系统应用的过程及方式具有潜在长期经济效益。

2.社会效益。一是施工现场自动焊接技术的应用，减少对高级焊工的依赖，提高焊接效率及焊接质量，积极促进了建筑钢结构焊接技术的升级，改变了现场焊接管理模式，应用前景广泛。二是实现对屋盖施工的全过程实时监测，提供了此种结构形式滑移全过程的关键数据，并为后期结构变形观测提供有效依据，避免人工操作的安全隐患、精度误差及延迟，为钢结构施工监测提供新的解决办法。三是与现有各类技术相比，本项目采用的智能建造技术可促进复杂空间结构体系设计、施工及运营水平的进步提高，融合减员增效、精益建造理念，为建筑工业化发展做出贡献。四是项目智能建造技术的应用，可为超大、超长、超高、超复杂的现代体育场馆、展览馆、航站楼等建筑的施工提供可复制推广经验，施工过程监测与运营健康监测方案也可为楼群、隧道和高架桥等复杂环境下的施工过程监测与运营健康监测提供有效的技术支撑及系统技术指导案例。

 

执笔人:

北京建工集团有限责任公司（陈硕晖  齐翰郭婷婷 张琴）

北京市建筑工程研究院有限责任公司（兰春光）

审核专家:

赵宪忠（同济大学，教授）

李东（百川伟业（天津）建筑科技股份有限公司，总工程师） 

附件：完整清单目录

智能建造新技术新产品创新服务典型案例清单（第一批）

https://jzsc.mohurd.gov.cn/example/index