智能建造技术助力南京主体结构最高地标建筑直冲云霄:南京金融城二期(东区)项目智能建造应用案例

南京金融城二期项目位于江苏省南京市建邺区河西新城的中轴线上，作为长三角区域最大金融综合体的核心功能区，包含 2 栋超高层及 4 栋配套裙楼，建成后将汇聚优质金融业态，以416.6m 的新高度刷新城市天际线，成为引领江苏省金融改革的新高地。该项目为江苏省、南京市两级重点项目，成功入选江苏省智能建造试点项目名单、中国施工企业管理协会工程建设行业智能建造试点项目。

该项目于2019年8月8日开工，预计在2025年12月竣工交付。总用地面积 2.8 万平方米，总建筑面积 42.9 万平方米。包括（C1~C6）6栋单体结构，整体地下 5 层。其中地上 C1 塔楼88 层，416.6m，C3 塔楼 50 层，195.7m，C2 为 4 层，21.4m，C4 为 3 层，21.4m，C5 为 3 层，22m，C6 为 3 层，21.4m。该项目 C1 主塔楼 416.6m 为偏心超高层建设项目，结构体系为“框架 + 核心筒 + 伸臂 + 环带桁架”，抗侧力体系由核心筒、外围框架、伸臂桁架连接核心筒和框架形成的结构由三部分组成，属超高层商业综合体建筑。

重难点 ：（1）偏心超高层核心筒经历了 3 次较大截面退台变化，模架需进行高空 3 次拆改，模架设计困难、高空换拆安装危险性高；（2）三大垂直运输到达模架核心筒顶部施工作业面转换困难；（3）核心筒 89 根钢骨柱形成一片“钢柱网”体系、钢骨柱间距最小 250mm，混凝土浇筑与振捣作业困难。

解决思路 ：设计一套智能模架体系，适用核心筒多次截面变化与高空转换 ；高效集成 3大垂直运输等附属系统，实现了模架平台的智能化和集成化。

解决方式 ：

技术一 ：可拆分单元式智能模架体系空中快速转换施工技术

设计一种便于拆卸的模块化空间桁架，通过模块化空间桁架，实现单榀模架与多榀模架平台互相组装、转换，但支撑受力点位置不变 ；核心筒截面退台收缩时，部分单榀模架根据主体结构施工进展穿插施工，实现空中快速组装转换，不占用核心筒施工的关键线路。

技术二 ：模架智慧安全控制三维交底系统

开发一套人机交互三维交底系统，提供了直观、沉浸、可视化、便利且可追溯的交互式仿真学习方式 ；发明设计一种基于数字孪生技术的液压模架智能监控预警系统，通过实时预控及报警模块实现对液压模架的调整和预警。

技术三 ：基于数字孪生技术的模架智能监控预警技术

针对传统模架系统监测方法进行改进，改进开发了一种“基于数字孪生技术的液压模架智能监控预警系统”，实现贝叶斯网络推理预测系统的学习，实时对液压模架进行结构监测和预警反馈，保证施工安全。

技术四 ：智能振捣机器人施工技术

模架平台集成智能振捣机器人，附着于下挂平台钢梁上，随模架同步爬升。研发并应用了一款智能振捣伸缩臂，其主要由振动棒升降系统、位移系统、卷管系统和回转系统组成。通过附着在模架平台上部的环形轨道和自身结构的控制编码系统，基于 GPS 定位、传感器布设和变频控制，可实现高感知、少人化及预定振捣路径振捣，其中配备的无线控制器解决了人工控制精度低、剪力墙表观质量差、振捣效率低等问题。

技术五 ：井筒内施工电梯换向附着非对称上模架技术

自主设计专用附着结构，集成自主研发专利核心技术，采用高位换向附着的方法，固定附墙与剪力墙相连，高位滑动附墙与空间桁架体相连，两种附着形式的水平方向呈 90°交叉，形成施工电梯的有效附着，最大化利用电梯井筒尺寸。施工电梯采用特制非对称双梯笼，分区域运输，可直达模架任意作业面。

重难点：整体结构有 2 次大截面变化，主体结构受力不对称，结构竖向压缩变形、水平侧移监测控制难度较大。

解决思路 ：基于数值计算结果与结构监测结果，对数据进行对比，分析施工过程压缩变形和水平侧移的影响，获得一整套施工过程压缩变形和水平侧移补偿方法。

解决方式 ：

技术一 ：基于人工智能的结构行为监测与安全分析

为对超高层的结构行为监测与安全分析，建立塔楼有限元模型，并基于修正后的有限元模型与部分实测数据，利用生死单元技术实现了超高层建筑分层计算及预测。通过实测数据不断训练机器学习模型，并建立快速预测模型，可实现建筑结构的行为预测和安全分析。

研发了一种对超高层结构实时监测的方法，基于 BIM 模型输入的可视化平台，构建了从设备、数据、算法、预测到云平台管理的全流程解决方案，实现了施工过程中塔楼结构安全状态的可视化监测、数字化表征和安全管理。

技术二 ：超高层竖向压缩变形与补偿技术

通过对 C1 偏心塔楼采用现场监测和数值分析的方法，数值计算考虑了竣工 1 年以后的结构竖向压缩变形值，整个阶段的监测数值可动态的为模型参数修正提供参考和对比依据。基于数值计算结果与结构监测数据，提出一种施工过程压缩变形补偿方法。

技术三 ：超高层水平侧移监测与补偿技术

通过对 C1 偏心塔楼采用现场监测和数值分析的方法，数值计算考虑了竣工 1 年以后的塔楼水平侧移值，整个阶段的监测数值可动态的为模型参数修正提供参考和对比依据。基于数值计算结果与结构监测数据，形成一整套水平侧移补偿方法（计算补偿值 ：X=60mm，Y=95mm），尤其是考虑偏心超高层在自重荷载下易产生的水平侧移对电梯运行的影响，实现对电梯井水平侧移的控制与补偿。

考虑偏心超高层水平补偿后，核心筒部分剪力墙变薄，重新进行结构的安全分析（收进处及竖向荷载下变形分析）。

重难点 ：随着建设高度的增加，大型动臂塔吊的爬升影响因素就越大，尤其是风荷载对大型设备水平受力的影响，和多次爬升精度的控制。

解决思路 ：塔吊的全方位安全监测，监测塔吊施工过程中的基本运行状态及使用效能。采用分级预警制度和及时预警措施以保障塔吊施工安全。

解决方式 ：

技术一 ：基于数据融合的塔吊监测数据智能处理及预警研究

结合现场监测应变数据、监测位置对应的钢材强度设计值和有限元分析结果，根据标准偏差的经验法则，对应变值设置红色预警（立刻停止排查）、橙色预警（时刻关注）和黄色预警（警示作用）三道预警阈值，针对预警分别设置不同处理措施。

技术二 ：施工设备的智能安全控制平台开发

针对大型动臂塔吊提供安全监测，开发一套基于物联网的超高层施工设备的智能安全控制可视化平台。系统平台由传感器布设、数据监测、硬件采集、数据清洗、安全校验预测、智慧建造云平台组成，从设备、数据、算法、预测到云平台管理的全流程解决方案，实现了监测可视、预警及时、分析精准、管控高效等功能。

重难点 ：超高层大型桁架的安装精度控制困难，该项目涉及的大型桁架数量众多。项目伸臂桁架 ：18-19 ；50-51。环带桁架 ：18-19 ；50-51 ；60-61 ；77-78 ；86-87。

解决思路 ：采用基于 BIM 技术的桁架整体预拼装技术、三维激光扫描的桁架测量复核技术来控制安装精度。

解决方式 ：

技术一 ：基于 BIM 技术的桁架整体预拼装技术

通过 BIM 技术进行预拼装各阶段施工工况，提前发现预拼装可能存在的问题，并采用 BIM 深化进行解决，同时制作施工模拟动画进行可视化交底。工厂采用 BIM 交底工况顺序进行安装复核，与 BIM 模型进行一一比对，相互验证。

技术二 ：基于三维激光扫描的桁架测量复核技术

现场运用先进的三维激光扫描技术，针对安装精度较高的角柱进行实体扫描，通过过程复核，调整桁架安装误差，确保安装精度。提高了现场安装质量及施工效率，降低材料损耗，减少返工作业。

重难点 ：该项目共六个单体，其中两座超高层建筑 416.6m、195.7m。涉及作业面众多，交叉作业难、流水施工组织不严密和管理困难等难点。

解决思路 ：建立精细化管理体系，运用物联网、云计算、5G、AI 人工智能、BIM 等信息化技术，对项目施工过程进行大数据分析，从施工进度、材料消耗等可视化数据实现精细化智能建造管理。

解决方式 ：

技术一 ：搭建“智慧建造指挥中心”

通过创新搭建“智慧建造指挥中心”，建立智慧工地管理，对工地上的人员、物料和设备进行科学化管理与监控，掌握工地建设的全过程，从而对大型工程具备足够的管控能力，确保施工顺利进行，保障施工人员的生命安全。

技术二 ：数据采集处理的智慧系统开发应用

基于数据采集，形成生产要素，尤其进度、物料消耗、能源消耗、机械设备消耗、机械设备的运行效率，形成可量化的管理指标，实现项目管理人员对施工的质量、进度、安全进行可视化管理，提高绿色施工管理水平，降低成本。

为研究解决金融城二期东区建筑工程施工总承包项目建设过程中遇到的难题，运用五大智能建造亮点技术，搭建智慧指挥中心，集成物联网、BIM 等技术实现建设过程的智能建设，探索了智能建造的新路径。在工程建造过程中，结合科学、智慧、安全的建造理念，该项目已授权发明专利 8 项、实用新型专利 18 项，获得省部级工法 10 项、QC 成果 15 项、BIM 成果奖 13 项，发表技术论文 10 篇 ；项目建设过程中，已获评全国建设工程安全生产标准化项目、江苏省建筑施工标准化星级工地（三星）；成功举办 2 次国家级观摩会（第二届绿色建造与智能建筑创新大会暨项目观摩会和中国安装协会“智慧建造 铸就精品”主题观摩活动），省、市级云观摩各一次，举办省市级以上观摩超 100 余次 ；接待国内外交流、调研考察 100 余次，其中包括接待俄罗斯国际建设者委员会、柬埔寨代表团等一行及江苏省住建厅领导等。项目通过智能建造技术集成，为建筑行业数字化转型提供可复制的“超高层智能建造新模式”。

（作者：管聪聪、姚彪、李莎、张伊菡，中国建筑第四工程局有限公司。全文刊载于《中国建设信息化》总第247期。）