智能建造工厂：探索电力工程装配式施工新路径

打印 0条评论来源：广州城投研究院

在新型建筑工业化浪潮的持续推动下，装配式施工以其高效、环保、质量可控等优势，已成为我国建筑业转型升级的重要方向，并得到国家政策的大力支持。2025年，南方电网公司在其承建的110千伏星汇变电站工程项目中，首次创新性地引入并实践了智能建造工厂体系。这一举措将电力行业传统上分散、粗放的现场作业模式，系统性升级为高度集成化、流程化的“工厂化”集中施工模式。该项目依托于一套集成化的钢平台系统，实现了变电站工程中钢结构、钢骨板、幕墙材料、机电设备等全专业装配式构件，在施工现场能够实现快速、有序的装配化安装，从而显著提升了整体施工工效。本文旨在系统性梳理智能建造工厂技术应用的政策背景、核心技术原理、在星汇变电站项目中的具体应用成效以及未来的发展趋势，以期展现这一创新模式对电力工程建设领域带来的的重大变化。

一、装配式施工国家政策支持体系

近年来，为促进建筑业的可持续与高质量发展，国家层面密集出台了一系列具有指导性和强制性的政策文件，为装配式建筑及智能建造技术的研发、推广与应用构筑了坚实的制度基础与顶层设计。

（一）法律保障

《中华人民共和国安全生产法》于2021年完成修订并正式实施，其第十三条明确规定了“国家鼓励和支持安全生产科学技术研究和安全生产先进技术的推广应用，提高安全生产水平。”这一条款从国家根本大法的层面，为包括装配式施工、智能建造在内的先进建造技术与装备推广应用提供了明确的法律依据与制度保障。它强调了通过技术进步来提升本质安全水平的重要性，引导工程建设领域从被动式、经验式的安全管理，转向主动式、技术驱动的安全防控。

（二）规划指引

2022年，由住房和城乡建设部发布的《“十四五”建筑业发展规划》，是将政策导向转化为具体行动指南的关键文件。该规划将“发展新型建造方式”列为重点任务，并明确指出要“大力推广装配式建筑”，加快推进“智能建造技术与新型建筑工业化协同发展”。规划不仅设定了到2025年“装配式建筑占新建建筑比例达到30%以上”的量化目标，更提出了“培育一批智能建造龙头企业”产业培育方向。这些具体要求为智能建造工厂这类集成化、系统化解决方案的研发与工程实践，提供了强大的政策驱动力和市场预期。

除了上述两部核心法律法规与规划文件外，国家发展改革委、工业和信息化部等部门也相继出台了一系列配套政策，如在重点项目中优先采用装配式技术、对符合标准的绿色建筑与智能建造项目给予财政补贴或信贷支持等。这些政策共同形成了一个多层次、多维度的支持体系，从法律法规、产业规划、财政金融、市场推广等多个角度，为智能建造工厂从概念走向成熟、从试点走向普及，铺平了道路，创造了有利的宏观环境。

二、装配式施工技术演进与智能建造工厂创新

（一）传统装配式施工的核心难点与挑战

尽管传统的装配式施工模式已经将部分建筑构件（如预制楼板、墙板、楼梯等）转移至工厂进行生产，在一定程度上减少了现场湿作业，提升了构件本身的质量均一性。然而，在关键的现场安装环节，该模式仍存在诸多难以克服的瓶颈，尤其在技术复杂度高、安全要求严苛的电力工程（如变电站建设）中，这些问题尤为突出：

1.效率瓶颈与协同困难

传统电力工程施工，其现场安装环节高度依赖于塔式起重机或汽车起重机等大型吊装设备。整个施工流程的核心效率瓶颈往往体现在“吊装协同”上。以一座标准的110千伏变电站建设为例，其大量的钢结构梁、柱以及配电设备的基础框架等构件，均需进行吊装作业。单件构件的吊装流程通常包括挂钩、起吊、空中转运、对位、临时固定、最终校正与永久固定等多个步骤。根据现场实测数据，完成单件构件的完整吊装流程平均耗时约15至20分钟。此外，不同工种（如钢结构安装工、焊工、设备安装工）之间的作业空间与时间交叉频繁，常常因吊装设备占用、作业面冲突等原因导致等待和窝工，严重制约了整体施工进度。

2.安全风险居高不下

电力工程建设，特别是变电站这类多层或高层工业建筑，存在大量高空作业。在传统的施工方法中，即便搭设了脚手架，楼层边缘等临边区域的防护往往依赖于简易的钢管护栏或安全网，其可靠性与完整性易受人为因素和频繁拆改的影响。行业统计数据显示，在传统装配式施工场景下，高处坠落类事故在所有安全事故类型中占比高达35%，是施工现场的第一大安全威胁。另一方面，在进行大型或异形构件吊装时，若构件重量接近起重机负荷极限，或遭遇突发性阵风、吊点设置稍有偏差等情况，极易引起构件在空中发生剧烈晃动或旋转，不仅对操作人员构成威胁，也存在与已安装好的主体结构发生碰撞的风险，可能导致设备损坏甚至结构损伤。

3.质量控制稳定性不足

传统的装配式施工模式，并未能完全消除现场湿作业。例如，钢结构节点之间的灌浆填充、部分设备基础的现场浇筑等，这类湿作业的比例在某些项目中仍可占到总工作量的约30%。这些工序的质量极易受到施工现场环境温度、湿度变化的影响，且严重依赖于操作工人的技术水平和责任心，导致最终成型的结构节点或构件连接处强度离散性大，质量稳定性难以保证。同时，在构件安装精度方面，传统吊装主要依赖起重机械操作工与地面指挥人员、安装工人的肉眼观察和经验判断进行对位。这种方式受人为因素、设备自身稳定性（如钢丝绳伸长、制动器灵敏度）以及环境干扰（如光线、风速）的影响巨大，导致钢结构构件安装的平面位置和标高误差普遍在±30毫米至±50毫米之间，难以满足高精度设备安装对土建基础的要求。

4.管理效率低下与信息割裂

传统的电力工程施工现场，对于“人员、机械、材料”的管理模式相对粗放。项目经理、安全员、质量员等多依赖于定期的人工巡检来掌握现场动态。一个巡检员每天需要覆盖安全防护、施工质量、工程进度、材料堆放、文明施工等多个维度的检查任务，巡检面积大、内容繁杂，平均每人每天的巡检效率有限，极易出现检查盲区或“漏检”情况。此外，施工过程中产生的各类信息（如进度数据、质检记录、安全隐患清单）多采用纸质表单或分散的电子文档记录，难以实现实时汇总、共享与深度分析，导致项目管理决策存在滞后性，各参与方之间存在信息壁垒。

5.文明施工与环保管控难度大

传统的开放式施工现场，缺乏有效的物理隔离和封闭措施。钢结构现场的切割、焊接，混凝土的浇筑与修补等工序，会产生大量粉尘和焊接烟尘。施工机械设备（如起重机、混凝土搅拌机、切割机）运行时产生的噪音，在白天通常可达75至85分贝，若项目位于城市建成区或邻近居民区，极易引发噪音扰民和粉尘污染投诉，对项目的社会形象和周边环境造成负面影响。

（二）智能建造工厂的技术体系与核心突破

针对上述传统模式的痛点，智能建造工厂应运而生。它并非单一设备，而是一套集成了支撑系统、钢平台系统、挂架系统、智能桁车、可开合天幕以及一系列智能化辅助设施的综合性施工装备体系。其核心设计理念是将整个建筑物在施工阶段“包裹”起来，形成一个临时的、可移动的“空中工厂”，集成了防护、垂直与水平运输、作业平台、智能监控等多种功能于一体。以110千伏星汇变电站项目所应用的智能建造工厂为例，其技术架构与参数可具体阐述如下：

1.技术原理

一是建造规模与覆盖范围，该智能建造工厂系统整体尺寸为长95米、宽31米、高30米，完整覆盖了项目中的配电装置楼（4层）和实验楼（5层）的整个施工区域。系统由10个支撑立柱提供主要承重，顶部配备一台起重量为10吨的智能桁车系统，以及面积达600平方米的可伸缩式雨棚（亦称“天幕”）。这种规模设计使得在工厂内部能够支持土建、钢结构、机电安装等多个工种进行立体交叉、并行作业，极大提升了空间利用率和施工效率（可参照图1 、图2 ）。

图1：建造工厂体系

图2：建造工厂搭建过程

二是支撑系统，支撑立柱采用成熟可靠的塔式起重机标准节模块化拼装而成。在设计阶段，经过严格的整体结构力学验算，确保该系统具备足够的强度、刚度和稳定性，能够抵御50年一遇的强风（相当于特定风压值）荷载，具有较高的安全冗余度，为内部施工提供了坚实可靠的基础。

三是钢平台系统，平台主体采用型号为3015的标准贝雷架（一种成熟的模块化钢桥构件）进行搭设，最大跨距可达30米。平台顶面经过精密调平，其整体平整度误差可控制在3毫米以内。这种高精度的平台不仅为上部智能桁车的平稳运行提供了基础，也直接保障了构件吊装就位时的精准度，同时为施工人员提供了安全、稳固的作业面。

四是挂架系统，外围护体系采用通用化、标准化的钢制挂架构件，通过特定连接件附着在主体支撑系统或钢平台上。相比传统钢管扣件式脚手架，这种挂架安装和拆卸速度更快，构件自重更轻，且能形成连续、封闭的立面防护。

2.核心优势体现

一是施工效率显著提升。得益于高度的模块化设计，整个智能建造工厂在现场的安装搭建周期仅需10至15天，拆除周期约10天。相较于需要大量人工、耗时数周甚至更久的传统满堂脚手架搭设，效率提升了约3倍。同时，上部智能桁车系统实现了构件的精准、快速吊装，减少了传统塔吊频繁移动、对位的时间。

二是安全防护全面升级。全封闭的挂架结合防台风拉结系统，构成了一个坚固的临时围护结构，有效抵御高空坠物和人员坠落风险。系统设计允许在5级风及以下天气条件下正常进行内部施工，高处作业的防护覆盖率达到了100%，从根本上降低了高处坠落事故的发生概率。

三是工程质量精准可控。智能建造工厂的应用，实现了建筑物零米标高以上完全无现场湿作业，所有混凝土构件和节点连接均在工厂预制并采用干式连接。通过智能桁车的精确定位和刚性平台的支撑，工厂预制的装配式构件安装误差能够稳定地控制在±50毫米的设计要求范围内，部分关键节点的安装精度甚至更高。

四是绿色环保与文明施工。全封闭的外立面与顶部的天幕系统，共同构成了一个物理屏障，有效抑制了施工粉尘和噪音向外扩散。内部集成通风系统改善了作业环境。该系统能使施工场界昼间噪音降低，粉尘排放大幅减少，显著提升了对周边环境的友好度。

五是智能管控与数据驱动。系统集成了自动化安全巡检机器人和一套数字化的智能管理平台。机器人可沿预设轨道进行不间断巡检，管理平台则汇集了来自各类传感器（如应力、位移、倾角传感器）的实时数据，实现对结构健康、起重安全的在线监控和预警，实现了线上线下协同的精细化、智能化管理。

三、跨领域首创成果及多维应用成效

智能建造工厂的技术优势，深度契合了110千伏星汇变电站这一全专业装配式项目的创新性需求。该项目成功地将传统土木建筑工程领域的“工厂化”理念，系统性地引入到电力行业变电站建设中，实践了从施工环境、工厂化智能装备、工厂化智能管理等全新路径，取得了显著的综合效益。

（一）构建全天候、人性化的工厂化施工环境

通过智能开合天幕与外挂架围护体系的协同作用，智能建造工厂在施工现场内部创造了一个近乎于室内厂房搬的作业环境。天幕可根据天气状况开合，实现作业区域100%的遮阳率，并在雨天提供防雨保护；集成式的通风系统能够在夏季有效降低作业面的温度，改善空气流通。这不仅保障了在恶劣天气条件下部分工序仍能继续进行，缩短因天气导致的工期延误，更重要的是为一线作业人员提供舒适的空间，有助于提高劳动效率和保障职业健康。同时，全封闭的结构形式，较好解决了项目地处重要地段所面临的环保压力，实现了防尘、隔音降噪、减少防尘及灯光对周边影响，提升文明施工水平。

（二）搭载高效、精准的工厂化智能装备

1.智能桁车系统

针对变电站全装配建造过程中对构件吊装精度和效率的高要求，项目创新性地开发并应用了智能桁车系统。该系统具备高精度的自主定位与导航功能，智能识别吊装就位，自动姿态转换，实时状态感知等功能。与传统依赖司机经验和肉眼判断的塔吊或汽车吊相比，智能桁车系统将吊装效率提升了10%至20%，且精度和安全性大幅提高。

2.轨道式智能巡检机器人

该机器人系统搭载于建造工厂桁架下弦预设轨道上，配备了不间断的云轨系统与便携充电站，可实现24小时不间断自主巡航。机器人搭载的高清摄像头和AI图像识别算法，能够对施工区域进行移动式监控。它将管理人员从重复、繁重的日常巡检中部分解放出来，实现了安全与质量监控的自动化、常态化和智能化。

（三）实现数据集成、预警联动的工厂化智能管理

智能建造工厂作为一个集成了大量传感设备的物理实体，是其数字化管理的基础。通过在关键支撑点、吊点等位置布设三轴加速度传感器（监测振动）、应变传感器（监测应力）、位移传感器（监测沉降）和倾角传感器（监测整体倾斜）等，有效杜绝超限起吊、结构倾覆等重大安全风险。同时，可以自动识别并预警可能发生的碰撞风险，规范起吊作业区域。所有这些信息都集成在一个统一的数字管理平台上，实现了对施工进度、安全、质量、环境的全方位、实时化、可视化管控，为项目管理者提供了科学的决策支持，推动了项目管理模式的数字化转型。

（四）建造领域施工成效新高度

在110千伏变电站同类型建设规模下，智能建造工厂相较传统装配式结构施工优势显著，其核心突破点体现在施工精度、施工效率、绿色环保等多方面的提升，最终实现建造全流程的质效双升。

表1：传统装配式结构与智能建造工厂对比分析

四、未来展望

从国家宏观政策的持续驱动，到具体项目中的关键技术突破，智能建造工厂在110千伏星汇变电站项目中的成功实践，展现了电力工程建设模式正在经历一场深刻的路径探索。它不仅仅是一项新设备或新工艺的应用，更是一种系统性、集成化的建造理念在电力行业的落地生根。

从单一项目的成功实践出发，逐步走向行业标准的建立与完善，再到最终形成可复制、可推广的成熟商业模式，智能建造工厂正在重塑电力工程乃至更广泛工业建筑领域的施工范式。随着数字化与低碳化技术的深度融合，这一创新模式将推动电力工程建造向更高效、更安全、更绿色的方向持续演进，为构建新型电力系统、保障国家能源安全提供坚实可靠的工程建设技术支撑。