山东联兴绿厦建筑科技有限公司

一、基本情况
（一）案例简介

山东绿厦钢构件生产线针对型钢下料、异形件加工、钢框架组合焊接、AFC新材料和高性能砂浆的混配和浇筑，以及生产构件流转搬运等工艺过程，通过应用工业协作机器人、线激光3D视觉工业相机、自动加工成型技术、自动焊接成型技术、集成化控制技术等技术，有效解决了异形构件、大型工件加工难、测量难、加工精度低、效率低等问题。

（二）申报单位简介

山东联兴绿厦建筑科技有限公司位于山东省德州市新旧动能转换示范区。项目总投资10.2亿元，是专注于智能生产、智慧建造等工业化建筑全体系（设计、研发、生产、施工、运维服务等）融合发展的高新技术企业。公司是山东省装配式建筑产业基地、山东省“一企一技术”研发中心、山东省科技型中小企业、德州市高新技术企业，研发的“装配式钢结构建筑智能建造成套技术体系研究与应用”荣获德州市科技进步一等奖。

二、案例应用场景和技术产品特点
（一）技术方案要点

针对钢结构装配式建筑部品部件中型钢下料、异形件加工、钢框架组合焊接、AFC新材料和高性能砂浆的混配和浇筑，以及生产构件流转搬运等工艺过程中存在的问题，山东联兴绿厦研究开发了钢结构装配式建筑智能生产线（如图1所示）。

图1钢结构装配式建筑自动化智能综合生产线

1、钢结构装配式建筑智能制造装备。本项目开展了型材和大型异形件自动机工工艺技术研究、钢框架自动焊接成型工艺技术研究、超高性能泡沫混凝土及砂浆保护层浇筑成型工艺技术研究，将智能装备应用于钢结构装配式建筑部品部件的生产加工，使9大部分工序实现了智能化生产，提高钢结构装配式建筑部品部件生产效率和质量水平。

2、新型装配式钢结构建筑生命周期智慧管理平台。本项目按照智能化工厂的顶层设计要求，为解决新型装配式钢结构建筑设计、生产、施工等场景的管理难点和痛点，研究开发了新型装配式钢结构建筑生命周期智慧管理平台，通过BIM、物联网、大数据、5G、AI智能制造和AGV导航等信息集成技术的运用，打通生产过程各个环节的数据链，实现钢结构装配式建筑部品部件生产制造过程的信息化管理。

3、钢结构装配式建筑部品部件制造先进工艺。本项目在型材和大型异形件自动加工工序、钢框架自动焊接成型工序和钢框架自动精准入模工序中，应用3D视觉系统，消除离线编程和人工操作带来的实际误差，提高生产效率和产品质量。生产线智能设备之间通过车间内5G组网方式实现无线网络通信，完成设备之间的协同作业，减少人工操作对效率的影响，并将生产数据及时同步到全生命周期管理平台。

（二）关键技术经济指标

建筑构件加工误差≤0.5mm，建筑构件最大加工尺寸：8500mm×3500mm×350mm，。与传统装配式钢结构建筑相比，可实现产品生产周期缩短60%。

（三）关键自主技术创新点

1.应用了三维六轴切割机器人。三维六轴切割机器人切割下料装备（如图2所示）代替人工切割下料，可自主定制下料长度，可以精确到0.5mm。采用离线编程，实现三维空间内任意角度的切割、打孔、坡口等工序。解决了钢结构下料的人工丈量，多工序作业的缺点。

图2三维六轴切割机器人切割下料装备

2.搬运装置采用桁架机械手。桁架机械手搬运装置（如图3所示）代替传统吊车搬运，实现钢架点对点自动精确搬运，降低工人的劳动强度，提高精度，减少人为操作带来的组装误差。

图3  桁架机械手搬运装置

3.3D工业相机引导自动焊接。3D工业相机引导自动焊接装备（如图4所示）代替传统人工焊接，采用智能实时焊缝跟踪技术，通过传感器测量焊缝偏移，引导并控制焊枪精准定位，避免因工件位置偏差造成的焊接缺陷，提高生产效率及产品质量 ，跟踪精度可达 0.1mm-0.3mm

4.钢框架自动精准入模。利用3D视觉识别定位技术，引导机械手精准入模，解决人工搬运劳动强度大、放置位置误差大等问题（如图5所示）。

图5  钢框架自动精准入模

5.泡沫混凝土精准配料、自动浇筑。自动控制的泡沫混凝土精准配料、自动浇筑装置（如图6所示）代替传统人工配料浇筑，解决泡沫混凝土配料难以掌控，发泡不均匀，破损率高、强度低、保温性能差等技术难题。                                     

图6  自动控制的泡沫混凝土精准配料、自动浇筑装置

6.现场安装应用自主研发预制构件吊装机。现场安装预制构件吊装机的应用，实现现场安装的高效、环保、安全、可靠，保证现场装配的自动化和精确性。

7.装配式钢结构建筑全生命周期智慧管理平台。为解决装配式钢结构建筑设计、生产、施工等场景的管理难点，以5G技术+工业互联网+智能制造深度融合发展为核心，将信息化、BIM、物联网、GIS（地理信息系统）、移动应用等技术融合在一起，构建了装配式钢结构建筑生命周期智慧管理平台（如图7所示），实现装配式钢结构建筑全生命周期智慧管理及运营。

该平台可实现以下五种功能：BIM设计自动对接生产、运输和施工；生产智能排产，计划进度把控；平台与设备一体化，远程监管和操控；管理产业化、信息化、智能化；建筑、构件质量监管和追溯。

图7  新型装配式钢结构建筑全生命周期智慧管理平台

（四）应用场景

山东绿厦钢构件生产线适应于钢结构装配式建筑领域的制造过程，不仅大量应用于民用住宅工程，还广泛应用于乡村振兴、城市更新、军事营房建造等工程项目，可实现大部分工序智能制造，减少对建筑产业工人的依赖，提高工厂信息化管控程度，不断提升钢结构装配式建筑构件制造品质。

三、案例实施情况
（一）案例基本信息

以绿厦公寓项目为例介绍该生产线的应用，该项目结构形式为钢框架—支撑体系，地下1层，地上11层，抗震设防烈度为7度，总建筑面积为5742㎡；设计用钢量562.7吨，钢构件制作工期21天，制作用工247工日。

（二）应用过程

1、前期设计阶段

根据绿厦公寓楼的工程总量和具体结构，拆分为内（外）墙板、楼面板、楼梯板，采集产品和工艺各种数据信息，基于BIM信息技术，建立数据模型，并且这些数据信息将随产品的全设计周期和全制造周期进行流转。

2、产品加工阶段

以制作内墙板为例，其加工过程可分为以下几个阶段:

（1）钢结构框架自动下料阶段。智能下料系统深度采集三维六轴切割机器人、型钢加工中心等设备制造进度、现场操作、设备状态等生产现场信息，对下料范围内的生产系统、智能物流系统、人机互动、自动化运用等方面进行全面管理，采用数字化技术全面管控工艺产品设计、运行、指导、安全预警等，根据生产计划进行任务队列安排和管理。

（2）钢结构框架焊接成型阶段。下料完成后进行钢结构框架焊接成型。物料拼装好后，将由龙门式九轴悬臂焊接机器人进行焊接，此机器人配套搭乘焊缝识别、跟踪系统、焊接缺陷在线检测系统的线激光3D相机。通过离线编程软件，线激光3D相机可自动调整焊接轨迹点，焊接完毕后，自动检测焊缝外部缺陷。

（3）超高性能泡沫混凝土和砂浆保护层浇筑阶段。成品钢结构框架由翻转双臂桁架机械手搬运至转料平台。运输到灌浆预制区的灌浆模具内。然后进行灌浆并得到预制构件。

3、生产过程管控

本项目利用工业数据采集、传输，通过BIM、物联网、大数据、5G、AI智能制造和AGV导航等信息集成技术的应用，设计并搭建了面向钢结构制造工业互联网大数据分析与应用的新型装配式钢结构建筑生命周期智慧管理平台，完成工业设备和业务系统的数据联通，实现业务系统和生产系统联动，通过多种形式的展示，完成对产线数据的可视化呈现；围绕成本管控的大数据分析应用，达到成本与工艺优化，实现降本增效的目的。

四、应用成效
（一）解决的实际问题

在传统钢结构建筑制造领域，许多工序制造设备自动化程度低，各工位、设备间的协同性较差；制造过程中的信息交互慢，数据提取难，关键信息主要依赖人工记录与反馈，对数据的分析处理能力不足；关键制造技术和工艺瓶颈得不到较大突破。

本项目围绕钢结构装配式建筑制造智能化装备、生产加工工艺技术、信息化技术进行了系统研究，推动钢结构装配式建筑制造关键技术的突破和制造装备的智能化，开发的钢结构装配式建筑全过程的信息化管理系统，提高生产效率，降低制造成本。

（二）应用效果

本项目投入应用后，生产过程的自动化信息化水平明显提高，各方面优势明显体现：降低工人劳动强度，提高生产施工安全水平；提高了产品质量，相对传统钢结构装配式建筑，使产品合格率提升5%以上；提高了效率，相对传统钢结构装配式建筑劳动生产率提升10%，单位人均产值提升10%。

执笔人:
山东联兴绿厦建筑科技有限公司（周学军、王卫东、郑祥才、刘吉庆、侯文龙）
审核专家:
张声军（中国建筑科学研究院，研究员）
骆汉宾（华中科技大学，教授）