1、智慧建造 智慧城市建设之路 李 久 林 北京城建集团有限责任公司 李久林 ， 1968.08， 教授级高工 ， 注册土木工程师 （ 岩土 ） 、首批北京学者 、 享受政府特殊津贴 、 北京高创计划杰出人才 、 国家级百千万人才 、 有突出贡献中青年专家 ， 全国劳动模范 。 1992年毕业于中国地质大学 （ 武汉 ） 水文工程地质专业 ， 获工学硕士学位 ， 先后从事过勘察 、 设计 、 施工和科技管理工作 ， 现任北京城建集团副总工程师 。 主要学术成就： 曾任国家体育场 （ 鸟巢 ） 工程总工程师 ， 主持完成了国家及北京市科技课题 18项 ， 获国家科技进步二等奖 1项 、 省部级科技进
2、步奖 7项 ， 发明专利 6项 ， 国家级工法 3项 。 中施企协岩土锚固工程专业委员会专家委员会副主任 、 中国城市科学研究会数字城市专委会智慧建造学组组长 、 中国建筑业协会专家委员会专家 、 中国施工企业管理协会专家委员会专家 、 国家援外工程咨询专家委员会专家等 。 在国内外公开发表论著 50多篇 ， 著有 织梦筑鸟巢国家体育场 工程篇 、 大型施工总承包工程 BIM技术研究与应用 、 智慧建造理论与实践 等多部专著 。 个人简介 北京城建集团简介 北京城建集团是以 工程承包 、 地产开发 、 城轨建设 、 园林绿化 、 物业经营 、 投资融资 为六大支柱产业的大型综合性建筑企业集团
3、， 具备房屋建筑工程 、 公路工程施工总承包 双特级资质 。 “ 中国企业 500强 ” 、 “ 世界225家最大国际承包商 ” 之一 。 北京城建集团现有总资产 701亿元 ， 自有员工 2.6万 人 ， 2013年营销额 916亿 元 ， 施工面积 3000万平方米以上 ， 自营房地产开发面积 500万平方米以上， 主要经济技术指标在北京市属建筑企业中均排名第一 。 集团现有 120余家法人企业 、 42家分公司 ， 包括 上市公司 2家 ， 全资 、 控股子公司 29家 。 北京城建集团优质高效完成了 国家体育场 、 国家大剧院 、 国家博物馆、 国家体育馆 、 五棵松篮球馆 、 奥运村
4、 、 首都机场 2、 3号航站楼 、 银泰中心 等国家和北京市重点工程 ， 以及国内外 多个城市的地铁和高速公路 等重大工程 ， 71次荣获中国建筑业 “ 鲁班奖 ” 、 国家优质工程奖和詹天佑奖 。 报告提纲 一 、 智慧城市与智慧建造 二 、 智慧建造探索与实践 （ 一 ） 缘起：国家体育场 （ 鸟巢 ） 的数字化建造及绿色建造 （ 二 ） 发展：昆明新机场和英特宜家的 BIM 综合应用 （ 三 ） 现状与存在的问题 三 、 正开展的工作：基于 BIM和物联网等的智慧建造 一、智慧城市与智慧建造 智慧城市的定义和内容 （ 仇保兴 ） 关于智慧城市内涵 ， 住房和城乡建设部的文件说的非常清楚
5、：从管理者角度讲 ， 就是促使城市 “ 不得病 ” 、 “ 少得病 ” 或者得了病之后 “ 快治病 ” ， 保障城市健康和谐发展；从企业角度讲 ， 利用智慧城市技术手段 ， 提升企业自身运营效力 ， 降低运营成本 ， 提升竞争力；从百姓角度讲 ， 让民众感受到智慧城市带来的 “ 便民 ” 、 “ 利民 ” 、 “ 惠民 ” ， 同时也对政府进行有效监督 。 关于智慧城市 在对智慧城市的理解方面 （ 仇保兴 ） ： 从手段上说 ， 通过全面感知 、 信息共享 、 智能解题 。 在城市规划 、 建设 、 管理 、 运行过程中采用信息化 、 智慧化 、人性化等手段推进管理创新； 从内容上说 ， 智慧
6、城市涵盖城市产业 、 民生 、 环境 、 防灾减灾 、 行政治理 、 资本配置等； 从理念上看 ， 以智慧系统为 “ 粘合剂 ” 将集约 、 低碳 、 绿色 、 人文等新理念融入城镇化全过程； 从难度上看 ， 智慧城市建设最大的难点是将信息孤岛连接起来 ， 通过信息共享 、 系统共生来消除部门 “ 信息孤岛 ”和利益壁垒 。 关于智慧城市 智慧城市的类型众多 ， 目前至少可分为三种类型 （ 仇保兴 ） 一是城市管理绩效提高型 ， 通过智慧城市建设政府服务功能大幅度提高 ， 老百姓能够对政府运行进行监督 ， 帮助各个部门进行绩效考核； 二是节能减排 （ 绿色生态 ） 型 ， 城市必须是绿色的 ，
7、 这不仅仅关系这一代人的生活 ， 更关系到下一代人的生活； 三是市民生活便捷型 ， 关注对百姓生活丰富化和优化的关注 。 关于智慧城市 智慧城市建设的若干途径 （ 仇保兴 ） ： 万变不离其宗 ， 智慧城市应该朝着城市绿色化作为主要的途径 。 其中 ， 生态城市建设与改造； 城市绿色交通规划与 “ 绿道 ” 建设； 海绵城市 、 排水 、 污水处理 、 安全供水与防灾； 可再生能源与建筑一体化及建筑节能改造； 绿色小城镇和宜居村庄建设； 城市空气污染系统治理； 绿色建筑 、 绿色社区等 ， 更重要的是城市是建筑和社区组成的 ， 通过智慧城市建设 ， 使得建筑和社区更加绿色 。 这些都可以智慧化
8、来促进绿色发展 ， 这些是我国进入 “ 城市时代 ” 永恒的社会 关于“智慧建造”的思考 智慧建造行业平台的搭建 2014年 5月 ， 由 北京城建集团 联合业内 十几家 单位发起成了中国城市科学研究会数字城市专业委员会 “ 智慧建造学组 ” 。 目前 ， 学组已发展会员单位 125个 ， 覆盖全国 19个省市区 ， 已成为国内开展智慧建造研究与应用的重要社会平台 。 关于“智慧建造”的思考 智慧建造的内涵 工程设计与仿真 工厂化加工 精密测控 自动化安装 动态监测 信息化管理 物联网 移动互联网 BIM (+GIS) 大数据 云计算 我们认为：智慧建造是建立在BIM（ +GIS） 、物联网
9、、 云计算 、移动互联网 、 大数据 等信息技术之上的 工程信息化建造平台 ， 它是 信息技术 与 先进工程建造技术的融合 ， 可以支撑 工程设计及仿真 、 工厂化加工 、精密测控 、 自动化安装 、 动态监测 、 信息化管理等典型应用 。 关于“智慧建造”的思考 5大支撑技术 2. Internet of Things 1. BIM（ +GIS） 5. Big Data 3. Cloud Computing BIM（ +GIS） 是工程建造全过程信息的最佳传递载体 ， 它是实现智慧建造的数据支撑 。 BIM的核心任务是解决信息共享问题 。 智慧建造 BIM （ +GIS） 大数据 云计算 物
10、联网是以感知为目的 ， 实现人与人 、 人与物 、 物与物全面互联的网络 。 物联网可以解决人 、 机 、 料等工程信息自动数据化的问题 。 物联网 云计算是一种利用互联网实现随时 、 随地 、按需 、 便捷地访问共享资源池的计算模式 。它突破了计算机性能和地域的限制 。 云计算推动工程建造的社会化 。 大数据分析是指对大量结构化和非结构化的数据进行分析处理 ，从中获得新的价值 。大数据分析使工程建造从 “ 数字化建造 ”向 “ 智慧建造 ” 迈进 。 移动互 联网 4. Mobile Internet 移动互联网通过将移动通讯与互联网 、 物联网等结合 ， 提供了实时交换信息的途径 ， 摆脱
11、了空间和时间的束缚 。 关于“智慧建造”的思考 6大典型应用场景 智慧建造 深化设计及优化 工厂化 加工 精密测控 自动化 安装 动态监测 信息化 管理 机电管综 钢结构深化 幕墙深化 精装排布 混凝土预制构件 钢结构加工 幕墙龙骨 、 玻璃加工 机电设备 、 管线 施工现场精准定位 复杂形体放样 测量机器人 实景逆向工程 模架系统的爬升 钢结构的滑移 、 卸载 自动安装机器人 施工期变形监测 施工期温度监测 施工期应力监测 建筑健康监测 项目 OA系统 企业 ERP系统 云协同管理系统 物联网管理系统 智慧建造的 6大特征 1 2 3 4 5 建筑业现代化的重要组成部分 ， 是从智慧化的角度
12、诠释建筑产业现代化 。 智慧建造是创新的建造形式 ， 不仅创新建筑技术本身 ， 而且创新建造组织形式 ， 甚至整个建筑产业价值链 。 智慧建造是一个开放 、 不断学习的系统 ， 它从实践过程中不断汲取信息 、自主学习 ， 形成新的知识 。 智慧建造是以人为本的 ， 它不仅把人从繁重的体力劳动中解放出来 ， 而且更多地汲取人类智慧 ， 把人从繁重的脑力劳动中解放出来 。 智慧建造是社会化的 ， 它克服传统建筑业无法发挥工业化大生产的规模效益的缺点 ， 实现小批量 、 单件高精度建造 、 实现精益建造 ， 而且能够实现“ 互联网 +” 在建筑业的叠加效应和网络效应 。 关于“智慧建造”的思考 6
13、智慧建造有助于创造一个和谐共生的产业生态环境 。 智慧建造使复杂的建造过程透明化 ， 有助于创造全生命期 、 多参与方的协同和共享 ， 形成合作共赢的关系 。 从智慧建造到智慧城市 智慧建造从根本上解决了建筑和城市基础设施的数字化问题 ， 是智慧城市建设的基础和建设路径 。 关于“智慧建造”的思考 智慧 建造 智慧 设计 智慧 运维 关于“智慧建造”的思考 大力推进建筑业工业化 、 信息化 、 绿色化等是实现我国建筑产业现代化的重要途径 ！ 智慧建造 绿色建造 装配化施工 二、智慧建造探索与实践 国家体育场（鸟巢）的数字化建造及绿色建造（ 20032008） 工程背景 国家体育场 （ 鸟巢 ）
14、 作为 2008年北京奥运会的主会场 ， 是目前世界上特大跨度体育建筑之一 。 其结构体系与建筑造型浑然一体 ， 外围大跨度空间钢结构由 4.2万吨扭曲钢构件编织而成 ， 内部看台为异形框架结构 ， 由角度各异的混凝土斜柱组成 ， 屋面采用 ETFE和 PTFE膜结构 ， 国内外无先例 、 无相关技术标准和规范 ， 工程建造需解决一系列重大技术难题 。 （ 1）三维建模及仿真分析技术 （ 2）工厂化加工技术 （ 3）机械化安装技术 （ 4）精密测控技术 （ 5）结构安全监测与健康监测技术 （ 6）信息化管理技术 “鸟巢” 的六大数字化建造技术 （ 1）三维建模及仿真分析技术 19 基于 CAT
15、IA的三维模型设计 在国家体育场的设计中 ， 国内建筑行业首次引入 CATIA 软件 ， 解决了复杂建筑的空间建模问题 。 （ 1）三维建模及仿真分析技术 20 扭曲构件的几何构型与放样 首次提出任意曲面扭曲薄壁箱形构件的几何投影生成法 ， 开发了具有自主知识产权的异型构件制作软件 。 扭曲箱形构件 扭曲构件综合控制设计方法 展平放样图 （ 1）三维建模及仿真分析技术 21 钢结构安装过程模拟 钢结构主结构安装流程 复杂钢结构安装全过程模拟仿真分析技术 钢结构总体安装方案比选： 对整体提升 、 滑移 、 分段吊装高空组拼方案 （ 简称散装法 ） 和局部整体提升等方案进行了比选 ， 最终采用 7
16、8个支撑点的高空散装方案 。 （ 1）三维建模及仿真分析技术 22 桁架翻身吊装过程的应力 桁架翻身吊装过程的变形 次结构安装 重型吊耳设计 复杂钢结构安装全过程模拟仿真分析技术 钢构件安装： 施工前选择典型吊装单元 ， 对构件形心和吊耳设计 、构件翻身和吊装中的应力和变形 、 构件安装临时稳固措施 、 构件安装次序等进行了模拟分析 。 复杂钢结构安装全过程模拟仿真分析技术 钢结构整体合龙： 从主体钢结构开始安装到钢结构整体合龙历时近 8个月 ， 需要依据确定的合龙断面位置 ， 考虑各种温度变化情况 ， 计算合龙断面处的杆件温度变形值 ， 以确定具体合龙方式 、 合龙口预留间隙大小及合龙口做法
17、 。 （ 1）三维建模及仿真分析技术 23 安装初始温度 温度变形计算结果 复杂钢结构安装全过程模拟仿真分析技术 钢结构支撑卸载： 基于卸载仿真分析结果 ， 国家体育场钢结构工程整个卸载过程共分 7大步 、 35小步 ， 从外向内进行 。 （ 1）三维建模及仿真分析技术 24 工况 1支撑点反力和以及总反力变化图 （ 2）工厂化加工技术 无模成形工艺 弯扭构件制作 MetroIn测量系统 计算机控制系统 （ 2）工厂化加工技术 模块式移动草坪 空调水管沟槽式连接 预制混凝土看台板 鸟巢卸载动画 卸载设备系统 （ 3）机械化安装技术 钢柱现场预拼装 柱脚滑移安装 采用 800吨吊机安装钢构件 （
18、 4）精密测控技术 GP S 网点G1G2T5G3G4Z5中心23BT4G616B16A6#1#4#北 辰 花 园 路站车北辰高尔夫俱乐部路东辰北7#5#3#凯迪克大酒店17#路北 辰 集 团北 辰 花 园 别 墅钢结构施工平面控制网示意图T1T3T6T7地铁成府路站F8F1F2F3F4F5F6F7K3K2K4K5K6K7K8K1K 1 0K9K 1 1K 1 2T2T8外环、内环中环 ( 加密网 )钢结构施工控制网 钢结构安装三维激光扫描 （ 5）结构安全监测与健康监测技术 顶面结构温度曲线图15161718192021222324252627282930313233343519:00 19
19、:30 20:00 20:30 21:00 21:30 22:00 22:30 23:00 23:300:00 0:30 1:00 1:30 2:00 2:15 2:30 2:45 3:00 3:30 4:00 4:30 5:00 5:30 6:00 6:30 7:00 7:30timetemp1# 2# 3# 4# 5# 11# 12# 13#14# 15# 21# 22# 23# 24# 29# 30#31# 32# 6# 7# 8# 9# 10# 16#17# 18# 19# 20# 25# 26# 27# 28#33# 34# 35# 36# 标准线 平均值 平均值上限 平均值下限钢结构合拢温度监测 卸载指令及信息传递流程图 理论反力值与千斤顶实测值 0 2 4 6 8 10 12 14 16-5 0-4 0-3 0-2 0-1 001020304050607080应力（MPa）卸载次数下弦应力计算下弦应力实测上弦应力计算上弦应力实测应力计算值与实测值 （ 6）信息化管理技术 项目信息管理平台 多参与方协同工作网络平台 4D施工管理系统 基于互联网的钢结构施工管理系统 网络视频摄像系统
