住房和城鄉建設部辦公廳關於釋出智慧建造新技術新產品創新服務典型案例（ 批）的通知。如下圖：
部品部件智慧生產線典型案例。如下圖：
近日在住房和城鄉建設部發布的智慧建造新技術新產品創新服務典型案例中，固建機器人參與建設的浙江建工H型鋼生產線被評為部品部件智慧生產線典型案例。
H型鋼智慧產線的基本情況如下：
一、基本情況
（一）案例簡介
浙江建工H型鋼生產線是一條數字化柔性生產線，可實現從鋼板到焊接H型鋼的連續自動化生產。該生產線硬體裝置由“清割島”和“組焊校”系統組成，分別負責鋼板的條板備料和H型鋼組立焊接；軟體系統包括鋼結構製造智慧管理平臺、建築鋼結構設計-製造資料處理系統、資料處理與監視控制系統，將BIM資訊進行管理和傳遞，透過資料驅動裝置生產加工。該生產線已落地應用於浙西產業園鋼結構基地，具備日產40噸H型鋼的能力，生產效率約為傳統生產線的2-3倍，服務於建築鋼結構的智慧生產。
（二）申報單位簡介
浙江省建工集團有限責任公司是一家以設計研發為引領，集房屋建築、鋼結構、幕牆裝飾、軌道交通、機電安裝、地基基礎、市政工程、水利水電、地下空間、特種結構施工及投融資為一體的大型國有企業，註冊資本10億元；集團在建築資訊模型、智慧工地、建築工業化和機器人等研究方向上積累了技術成果，形成了專有技術優勢。
二、案例應用場景和技術產品特點
（一）技術方案要點
數字化轉型推動建築產業高質量發展是大勢所趨，在建築鋼結構製造領域，集團建築機器人團隊依託浙江省重點研發計劃專案《基於BIM和機器人的H形鋼智慧自動化生產線關鍵技術研究與應用》，自主研發了H型鋼生產線及其BIM資訊傳遞管理系統（見圖1），形成了建築鋼結構智慧生產技術，包含BIM標準化設計、設計製造資料轉換、加工工藝引數最佳化、機器視覺等技術，實現了建築鋼結構的智慧加工、快速製造和柔性生產。
1.鋼結構智慧生產線設計與製造技術
浙江建工H型鋼生產線分為“清割島”和“組焊校”兩大系統。“清割島”系統是H型鋼生產線的前端備料工序，包括表面處理、條板切割、桁架搬運等單元，可將鋼板加工成後續所需的條板。“組焊校”系統是H型鋼生產線生成H型鋼的主要工序，包括進料、組立、埋弧焊、除渣、翻轉、校正、鋸切等單元，透過各個單元的整體協調以完成H型鋼的生產。該生產線可實現從鋼板到鋼構件的連續自動化加工，具有裝備自動化、工藝數字化、生產柔性化、過程視覺化和資訊整合化的特點。浙江建工H型鋼生產線現場如圖2所示。
2.BIM資訊傳遞管理技術
該技術以鋼結構製造智慧管理平臺為中心，採用資料處理與監視控制系統、建築鋼結構設計-製造資料處理系統，將鋼構件的加工資訊、指令進行管理和傳遞。
建築鋼結構設計-製造資料處理系統，包含“鋼構件排產資料流”和“鋼構件裝配加工資料流”兩個模組，模組一可對多個工程專案的鋼構件設計資料進行歸併處理，提取出符合H型鋼生產線加工範圍的鋼構件；對歸併後的構件資料按截面和長度進行更優 排產組合，進行下料排版，形成所需的鋼構件排程資料流。模組二可從鋼結構深化設計模型中，一鍵批次生成構件級的具有加工定義的BIM資料；採用視覺技術獲取鋼構件的真實輪廓資料；協同加工管理中心解析BIM資料檔案，實時處理機器視覺和加工裝置的反饋資訊，形成鋼構件裝配加工資料，綜合排程機器視覺、變位機和作業機器人協同工作。
資料處理與監視控制系統，透過邊緣計算平臺實現了數字模型與智慧產線之間的資訊互動。採用數字孿生系統實時採集裝置執行資料並呈現出裝置實際執行狀態，並對實際執行資料分析處理，將最佳化處理後的加工資料即時下發回產線裝置，並上傳至“鋼結構製造智慧管理平臺”進行歸集管理；從而實現了從設計層-管理層-裝置層資料的傳遞、管理與互動，如下圖所示。
設計層-管理層-裝置層資料傳遞架構
（二）創新點
1.H型鋼生產線綜合設計和裝置製造技術創新
設計並製造了H型鋼全工序的智慧自動化生產線，設計了全輥道線和桁架機械手的自動物流，十把割槍自動調節的高效數控切割機，機器人自動焊接系統，高柔性的組立焊接變位一體化裝置，雙焊縫自動埋弧焊接裝置，各個裝置單元的定位、動作傳遞結合多種感測器，保證裝置穩定、可靠、高效，為產線實現高度自動化、智慧化奠定裝置結構和機構等硬體基礎。
2.BIM資訊傳遞管理技術創新
針對傳統鋼結構加工過程沒有充分利用深化設計資料以及人工收集生產資料的不足，開發建築鋼結構設計-製造資料處理系統、鋼結構製造智慧管理平臺等軟體系統，實現對鋼結構BIM模型資料高效處理、管理和傳遞，全面打通鋼構件從設計到加工再到生產管理的資料鏈，實現自動化的資料流轉、統計分析，改變現有生產模式，減少人工干預，提高生產效率，保證產品質量的穩定性。
3.鋼結構製造智慧管理創新
針對傳統鋼結構加工管理粗放，效率低、資訊不及時、統計困難的缺點，專案研發一套契合鋼結構製造、高度整合化和模組化的生產管理系統，輔助H型鋼生產線的生產需求，並將工廠內傳統生產線統一管理，協同排產，將車間整體生產能力更優 化。
4.機器人智慧建造技術創新
研發了H型鋼智慧自動化生產線裝置和鋼結構製造智慧管理平臺，可實現從鋼板到鋼構件的連續自動化加工。研發的建築鋼結構設計-製造資料處理系統，採集鋼結構深化設計端的BIM資料，並生成鋼構件排產和加工資料流，上傳至管理平臺，透過資料處理與監視控制系統實現H型鋼生產線的數字孿生體與物理實體裝置之間的饋控連結，將管理平臺上的加工資料精準下發至產線各裝置並驅動其有序工作，實現整條生產線智慧化執行。
（三）應用場景
浙江建工H型鋼生產線適用於建築鋼結構的H型鋼構件的生產加工，主要應用於高層、超高層、裝配式等各類需要H型鋼構件的建築鋼結構中。該生產線基於全流程、全工序生產加工的設計理念，可實現從鋼板上線到H型鋼構件下線的連續自動化柔性生產。其配套的鋼結構BIM資訊傳遞管理系統，採用從設計到生產，再到管理的全過程資料流轉、資料驅動，可實現生產線的全過程數字監控與生產管理，從而實現H型鋼生產過程的機器換人，智慧生產。
三、案例實施情況
（一）案例基本資訊
2020年9月28日集團自主研發的浙江建工H型鋼生產線在浙西產業園龍游鋼結構生產基地全線貫通。浙江建工綠智鋼結構有限公司成為H型鋼生產線的 服務單位，產品應用於多個在建工程專案。H型鋼生產線環境如下圖所示。
以龍游縣公共文化服務中心專案為例，該專案位於龍游縣城東中央生態廊道中段，總用地面積約14.04公頃。整個專案擬建7個單體以及相應的室外配套工程和地下管廊，總建築面積230201.89平方米，其中地上總建築面積135011.39平方米，地下總建築面積約95190.50平方米。專案鋼結構主要為十字柱、箱型柱和H型鋼樑，材質基本為Q355B，總用鋼量約7500噸。
（二）應用過程
1.加工資料智慧處理階段
綠智鋼結構公司的H型鋼生產線生產人員根據H型鋼構件的訂單要求，透過建築鋼結構設計-製造資料處理系統，形成鋼構件排產資料流，資料在鋼結構製造智慧管理平臺中進行統一管理（見圖5）。透過邊緣計算伺服器將加工資料精準下發至H型鋼生產線各裝置，生產人員只需根據裝置上的加工資料操作裝置就可完成相應加工任務，檢查並保證所生產構件滿足鋼結構規範要求。
鋼構件生產排程資料
2.H型鋼生產加工階段
在生產過程中，鋼板透過整條H型鋼生產線的“清割島”（見圖6）和“組焊校”（見圖7）兩大系統，實現從鋼板到H型鋼的連續自動化加工。
（1）“清割島”系統加工階段：H型鋼生產線生產人員將鋼板吊至表面處理單元后，操控“清割島”裝置將鋼板加工成後續所需的條板。表面處理單元排除鋼板表面浮鏽灰塵對加工的不利影響，鋼板上料時自動定位，鋼刷輥自適應不同厚度的鋼板進行加工；切割單元設計的三工位排程上下料系統，合理安排切割工位與前後工位的鋼板高效流轉，切割時透過鐳射自動尋邊技術，參照鋼板邊線確定切割路徑，自適應定位切割頭，多槍聯動調整切割間距，數字化控制火焰等離子切割靈活呼叫，批次切割直條以及異形構件；桁架搬運單元採用的龍門結構承載穩定，導軌滑塊執行 ，液壓耐高溫電磁式抓手耐用可靠，柔性自動調節長度，根據排程控制靈活搬運條板快取或進入下一個加工工位。
（2）“組焊校”系統加工階段：作為H型鋼生產線生成H型鋼的主要工序，其進料單元自動搬運條板進行二次快取，同時有序搬運條板上料用於組立加工；組立單元透過條板自動定位和伺服夾緊固定完成H型鋼的組立，靈活高效適應不同構件截面，鐳射自動焊縫尋位跟蹤，輔助機器人完成點焊。埋弧焊單元採用雙縫同步焊接，自適應不同構件截面，焊接機頭自動定位，精密垂直雙排滾輪仿形跟蹤，雙弧雙絲焊接高效可靠；翻轉單元輥道正反方向靈活傳輸，協同埋弧焊單元和校正單元構件變位，適應不同構件長度對中定位；透過校正單元對構件正反向反覆校正；鋸切單元透過構件自動對中機構和伺服定位液壓系統固定構件，鋸切長度鐳射測距精準定位。透過各單元的整體協調完成H型鋼的生產，經質檢合格後進入後續二次加工工序。
“清割島”系統各單元裝置
“組焊校”系統各單元裝置
3.全生產過程資料實時饋控
在生產過程中，以鋼結構製造智慧管理平臺為中心進行資料管理，同時依託邊緣計算技術開發的資料處理與監視控制系統（見圖8），實現H型鋼生產線裝置資料採集、動態管理和大屏資料展示。打通了車間資料，最佳化資源配置和生產過程，實現車間執行、控制過程的科學管理。
資料處理與監視控制系統
四、應用成效
（一）總體應用成效與科研成果
浙江建工H型鋼生產線成功研發並在浙西產業園鋼結構基地示範應用，生產線全長242m，該H型鋼生產線具備日產40噸H型鋼的能力，產品質量全部符合要求，僅需4名工人就可對鋼結構製造過程中不同環節進行全程智慧化控制。
在H型鋼生產線的加工範圍內（翼板寬度200-600mm，腹板寬度400-800mm，翼板、腹板厚度8-60mm），每班8小時平均可以生產8根12m長的H型鋼，單根H型鋼重量受截面尺寸影響大，以2.5噸/根計算，則每班產能為20噸,是工廠內傳統生產線的2-3倍。同時，H型鋼生產過程中減少人工干預，降低工人勞動強度，僅需操作人員4人，節約50%以上的人力成本；利用H型鋼生產線的程式控制和機器人高精度操作，提高產品的質量和生產效率、降低工傷事故的發生機率。該H型鋼生產線已申請發明專利40項（已授權6項），已授權實用新型專利13項，獲軟體著作權5項，發表核心期刊論文2篇。
（二）具體應用成效
1.縮短產品製造週期：提高製造的快速響應能力，實現高動態性、高生產、高質量和低成本的產品數字化製造。
2.提高生產效率：透過對裝置智慧化提升，裝置資料的採集應用，管理組織的智慧化、科學化，大幅提高生產效率。相較於傳統生產模式，生產效率提升2-3倍。
3.降低材料損耗：現有工程經驗構件的損耗率基本在4%-5%左右，普遍偏大，H型鋼生產線從前端進行資料處理和生產排程，排版最佳化後可以節約1%-2%的鋼材。
4.降低能源消耗：H型鋼生產線以及先進的生產組織，不僅能降低能源的消耗量，提高產品的合格率，同時減少因返工修補而產生的能源消耗。
5.降低運營成本：H型鋼生產線先進的生產方式，充分利用自動化加工工藝，降低人工成本、機械成本及能源成本等；提高構件質量，減少返工及構件報廢的成本。
6.降低產品不良品率：普通加工生產工廠焊縫的一次成形的產品合格率達到90%，經修復後達98%，採用智慧化生產線後，一次成形產品合格率達到98%，修復後達98.5%，相較於傳統生產方式，不良品率降低80%以上。
（三）在社會效益方面
H型鋼生產線在浙西產業園龍游鋼結構生產基地的研究及示範應用，為智慧建造人才培養集聚、技術研發攻關、專業整合整合建立了重要創新平臺。該專案透過改造傳統的鋼結構加工製造業生產方式，有利於提升鋼結構行業的生產效率，增強鋼結構建築智慧建造的能力。
執筆人:
浙江省建工集團有限責任公司
杭州固建機器人科技有限公司
稽核專家:
張聲軍（中國建築科學研究院，研究員）
駱漢賓（華中科技大學，教授）
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http://www.mohurd.gov.cn/gongkai/fdzdgknr/zfhcxjsbwj/202112/20211215_763435.html（住房和城鄉建設部辦公廳關於釋出智慧建造新技術新產品創新服務典型案例（ 批）的通知）
http://jzsc.mohurd.gov.cn/example/detail?id=211207115924041954（智慧建造新技術新產品創新服務典型案例集（ 批)）
