获奖项目名称:复杂曲面不锈钢建筑表皮结构一体化智能建造技术研究与实践

　　主要完成单位:清华大学、西安中央文化商务区控股有限公司、陕西省建筑科学研究院有限公司、元宇智数（深圳）科技有限公司、深圳清华大学研究院、中建东方装饰有限公司、深圳永盛鸿星金属制品有限公司、上海远泽不锈钢装饰工程有限公司

　　主要完成人:班慧勇、王晓哲、王元清、郭红领、李纪明、易天琦、笪俊青、代鹏、古博韬、王源、刘勇、韩彬、周春娟、曾卓、杨晨光

　　二、项目背景 

　　随着城市空间形态不断演进，新一代城市公共建筑，对艺术表达与结构性能提出了更高需求。在城市更新与文化复兴的双重驱动下，建筑表皮体系逐步从传统围护结构，转向承载城市文化意象与构造创新的复合功能体，具有复杂曲面构型、多系统耦合特征的大型复杂钢结构建筑快速增长。该类工程普遍面临几何非线性强、构件尺度超限与非标准节点高度集成的问题，传统以分阶段、分系统为主的建造方式已难以满足“制造—分析—安装—监测—管理”全过程高一致性、高精度的协同控制需求。尤其在现代复杂钢结构项目中，随着构型复杂化与施工协同精细化的发展，传统建造模式在应对“表皮难造、响应难算、位形难测、状态难盯、过程难管”等方面的局限性日益显著，成为制约质量、效率与安全水平提升的核心障碍。

图1 项目研究背景

　　三、创新成果 

　　为突破上述工程瓶颈，项目团队依托西安生命之树等典型大型复杂钢结构工程，集成三维激光扫描、BIM建模、施工精细模拟、多源传感与智能算法等关键技术，构建了面向“制造—分析—安装—监测—管理”的全过程一体化智能建造技术体系，凝练形成五项核心技术原理与系统成果：

图2 西安生命之树

　　（1）构建了基于“数字样板—点云比对—误差拟合—反馈修正”的制造精度控制体系，实现了自由曲率金属表皮的全流程误差追踪与动态调整；

　　（2）建立了主体结构—表皮系统一体化协同模拟技术，提出了基于变形协调的“加载状态安装—卸载锁定”施工策略和连接节点构造；

　　（3）提出了基于三维激光扫描的表皮智能施工测量与精度控制方法，实现了结构装配前的数字化排布与精度干预等高效数字预调控制；

　　（4）研发了基于多源监测数据的结构响应监测技术和智能预警平台，具备异形构件姿态的全过程动态识别、变形趋势预估与节点错动预警等功能；

  （5）构建了“领导力驱动—文化塑造—行为干预”三层联动的LCB安全管理体系，集成了大型复杂曲面表皮建造的全生命周期安全管理技术与平台。

  上述成果在技术方法上具有明显原创性，在系统集成上实现了多路径技术的深度耦合与工程化落地，全面支撑了复杂曲面不锈钢建筑表皮结构在建造各阶段的精度控制、响应预测与安全保障。技术体系有效实现了“造得出、算得准、测得精、盯得牢、管得灵”的全过程建造控制目标，显著提升了复杂钢结构工程的施工质量、建造效率与安全管控水平，为推动钢结构智能建造模式的系统升级提供了关键技术支撑。

图3 代表性创新点

图4 代表性创新点

图5 代表性创新点

　　四、推广应用情况 

　　项目团队主编技术标准/应用指南2项、参编8项，获授权发明专利14件、工法1件，登记软件著作权13件，发表学术期刊论文31篇（其中SCI收录12篇），研究成果已在西安生命之树工程、科威特机场不锈钢表面工程等10余项复杂曲面不锈钢建筑表皮结构工程中落地应用，累计缩减工期400余天，具备良好的推广价值与行业示范效应。

图6 成果总结