数据驱动实现钢结构工程的数智建造

数据驱动实现钢结构工程的数智建造

王立红 程涛 齐超

中建八局华中建设有限公司  武汉 430051

【摘要】

随着建筑行业数字化、智能化发展，钢结构工程建造效率和质量受关注。本文提出数据驱动的数智建造方法，涵盖数据采集、处理、建模、优化设计和智能施工，实现钢结构数智化转型，提升效率、保障质量、降低成本和风险。

【关键词】钢结构工程；数据驱动；数智建造；优化设计；智能施工

【引言】

1. 钢结构工程的特点

  钢结构工程凭借高强度、轻自重、快速施工和环保优势，在现代建筑中占据重要地位。但传统建造方式在效率、质量和成本控制上受限。

2. 传统建造方式的局限性

传统建造方式人工依赖重，预测控制难，施工效率低、质量不稳、成本高且风险大。

3. 数据驱动与数智建造的概念及意义

数据驱动通过数据分析辅助决策。数智建造结合数字化与智能技术实现建筑智能化。在钢结构工程中，其可提升效率、保障质量、降低成本和风险，具有显著价值。

【项目概况】

襄阳全民体育运动中心项目位于东津新区，占地约52.24万㎡，一期建筑面积约13.8万㎡。项目涵盖体育场、健身馆、体育配套及生态平台等，室内外运动设施齐全，适合全天候运动休闲。

钢结构罩棚为Q形索桁架，环直径约255米，南北长300m，高47.8m。罩棚由V/Y形柱支承，与柱顶刚接。桁架连接采用相贯焊接，悬挑处为弯扭双曲箱型梁。罩棚屋面包括PTFE膜结构（观众席上方）和金属屋面、铝板幕墙。

【重点难点分析】

双向倾斜交叉钢柱、平面桁架安装精度高

体育场下部V、Y型柱为双向倾斜钢柱，外倾角最大30度，安装需高精度定位。平面桁架吊装同样要求高精度。

大跨度、大悬挑钢结构安装变形大

育场钢罩棚的主受力结构由大悬挑平面桁架、环向平面连系桁架、矩形环向桁架和单梁支撑组成，其中最大悬挑达33.5m。由于大跨度、大悬挑的钢结构在重量和荷载作用下易下挠，安装后会出现变形。

索张拉及胎架卸载控制难

预应力钢拉索张拉前，结构未成形，刚度低。张拉顺序、加载级别和胎架卸载顺序控制复杂。

钢结构施工任务重

钢结构组合屋盖体系独特、庞大，吊装任务重，施工工序组织复杂。

【数据驱动在钢结构工程数智建造中的应用】

（-）模拟分析应用

对钢结构施工进行全面模拟，涵盖施工工序、吊装、索张拉、安装及胎架卸载分析，以及胎架承载力和看台区域临时支撑架下部混凝土结构的验算。此模拟确保施工流程的严谨、高效、安全、稳定，提高施工质量和效率。

（二）数据采集

1. 三维激光扫描仪在数据采集中的应用

采用三维激光扫描仪非接触式扫描钢构件，高精度获取三维数据。通过扫描模型测量实现构件测量，仿真实际预拼装，与理论模型对比分析，实现结构单元数字预拼装。

（三）数据处理与分析**

1. 结构应力与变形分析：使用软件模拟分析结构应力、变形等参数，评估结构安全性与稳定性。

2.施工风险评估预警：基于历史与实时数据，预测评估施工风险，提前发现潜在问题并采取措施。

3. 大数据分析助力决策：运用技术挖掘海量数据，为施工决策提供科学依据。

（三）模型建立

结构模型的数字化表达：利用BIM（建筑信息模型）技术建立钢结构的三维数字化模型，实现信息的集成和共享。

（四）优化设计

采用遗传算法、神经网络优化等算法优化结构设计，提升性能与效率。基于施工模型和实际情况，制定施工优化策略，涵盖流程优化、资源分配等。

（五）智能施工

采用机器人和自动化吊装设备实现施工自动化，提升效率和质量。数字化监测和控制系统实时监测关键参数，确保施工质量和安全。

四、结论与展望

1. 数据驱动数智建造方法的总结

  本文介绍了一种数据驱动的钢结构数智建造方法，包括数据采集、处理、建模、优化设计和智能施工，旨在推动钢结构工程的数智化。此方法可提升效率、确保质量、降低成本和风险，在钢结构工程中具重要应用价值。

2. 对钢结构工程建造行业的意义

  本文为钢结构工程行业提供新思路，推动数字化转型和智能化发展。应用数据驱动的数智建造方法，实现高效、精准、安全的施工，为行业发展注入新动力。

3. 未来研究方向与趋势

   未来研究可探索数据驱动数智建造在各类建筑中的应用。随着AI、物联网等技术发展，数智建造将更智能化、自动化和集成化，支持建筑工程的可持续发展。