陳曉萍 劉觀雯 楊潤梅 謝文森 劉俊航

本文綜述了國內(nèi)外高樓外窗清洗機(jī)的概況，以及目前國內(nèi)高樓外窗清洗的現(xiàn)狀，據(jù)此對高樓外窗清洗機(jī)的發(fā)展趨勢進(jìn)行了論述。

一、前言

在社會經(jīng)濟(jì)和建筑材料的不斷發(fā)展以及施工技術(shù)的日漸提升下，建筑的美觀功能越來越得到重視，在建筑幕墻和高樓的大量發(fā)展下，外窗清洗業(yè)在我國也引起了人們的普遍關(guān)注。由于高層建筑外窗由于受到煙塵污染以及大氣中有害氣體和油煙等污染發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)造成的侵蝕，使得外窗積滿污垢產(chǎn)生風(fēng)化，影響建筑的外觀和使用壽命。因此，對建筑外墻進(jìn)行清潔不僅可以美觀，還能起到保護(hù)建筑的作用。但目前高層建筑的窗外清潔卻一直主要依靠三種方式：一種是蜘蛛俠人一根繩子一塊木板一桶的普通方式;一種是通過升降臺、吊籃等工具攜帶清潔劑進(jìn)行清洗的方式;還有一種是天花板吊索軌道系統(tǒng)瞄準(zhǔn)窗戶開槽的方式。這三種方式都存在各種各樣的局限性和安全隱患，因此并不能廣泛應(yīng)用。然而替代人工進(jìn)行高樓外窗清洗的智能高樓外窗清洗一體機(jī)的出現(xiàn)將大大改變現(xiàn)狀，也勢必帶動高樓外窗清洗行業(yè)的發(fā)展。

二、智能高樓外窗清洗一體機(jī)的概況

世界上最早開始研究高樓外窗清洗機(jī)器人工作的可以追溯到1966年來自日本大阪府立大學(xué)的西亮講師，自行研發(fā)的一款利用風(fēng)扇產(chǎn)生的負(fù)壓進(jìn)行吸附的避免移動機(jī)器人。在1975年，考慮到了實(shí)用性的問題，西亮又設(shè)計(jì)出一款利用單吸盤吸附、用輪子行走的機(jī)器人，在西亮的影響下，日本高校以壁面移動機(jī)器人為核心，結(jié)合特定的清洗機(jī)構(gòu)形式了許多種類的壁面移動機(jī)器人。我國在這方面的研究起步比較晚卻發(fā)展迅速，在高樓外窗清洗機(jī)器人這一領(lǐng)域研究較為出名的有上海交通大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京航空航天大學(xué)等等。90年代研發(fā)出的利用直升機(jī)原理的推進(jìn)型壁面移動機(jī)器人，完美地詮釋了吸附和移動兩個(gè)基本功能，在螺旋槳的推動下產(chǎn)生的推力實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的移動?？傊?，高樓外窗清洗機(jī)器人的研制猶如百花齊放，實(shí)用方案層出不窮，可是仍然在吸附及密封技術(shù)、移動、控制和設(shè)計(jì)上存在著技術(shù)問題，這些障礙使得高樓外窗清洗機(jī)器人的發(fā)展陷入瓶頸，需要相當(dāng)長的時(shí)間加以解決。

智能高樓外窗清洗一體機(jī)主要是針對新建規(guī)則直面矩形的玻璃幕墻，基于無線通信方式的單片機(jī)和PLC的一體機(jī)上下位機(jī)控制系統(tǒng)的方案。上位機(jī)控制器可便捷操作，主要用來規(guī)劃一體機(jī)運(yùn)動路徑，發(fā)送指令以及接收當(dāng)前工作信息等。一體機(jī)本體控制器和樓頂?shù)跹b系統(tǒng)控制器采用PLC作為下位機(jī)，通過多傳感器信號感知，用來協(xié)調(diào)吸附、移動和清洗動作，并將當(dāng)前狀態(tài)發(fā)送給上位機(jī)顯示。利用三相異步電機(jī)變頻調(diào)速的原理，設(shè)計(jì)了樓頂卷揚(yáng)機(jī)電機(jī)的變頻調(diào)速系統(tǒng)。預(yù)估最終產(chǎn)品是20公斤級別，整個(gè)產(chǎn)品的主要結(jié)構(gòu)包括一體機(jī)、水泵、自動控制箱、遙控器、安全保護(hù)裝置等。

這款智能高樓外窗清洗一體機(jī)是安裝在樓體特殊軌道上，成為樓體的一個(gè)功能部件，而不是一個(gè)獨(dú)立個(gè)體，使得產(chǎn)品每小時(shí)可清潔120平米左右的幕墻，每天可清潔1000平米左右的幕墻。所以，與人工清洗相比，使得清洗效率大大提升，成本大幅下降，而且安全性也得到更好的保障。除此之外，為了防止一體機(jī)出現(xiàn)跌落失控等意外情況，清洗一體機(jī)還設(shè)計(jì)了安全保障系統(tǒng)，主要是由屋頂安置的固定導(dǎo)軌、卷揚(yáng)機(jī)、鋼索及隨動控制系統(tǒng)等構(gòu)成。在一體機(jī)正常工作時(shí)，鋼索牢牢地連接在一體機(jī)框架上，隨動控制系統(tǒng)控制卷揚(yáng)機(jī)跟隨一體機(jī)在導(dǎo)軌上同步平移;一旦一體機(jī)出現(xiàn)意外跌落，隨動控制系統(tǒng)可以控制卷揚(yáng)機(jī)拉動鋼索將一體機(jī)收回。安全保障系統(tǒng)大大提升了一體機(jī)的安全性和實(shí)用性。所以，基于一體機(jī)的基本運(yùn)作原理，使得無論是在成本上還是在安全上，都大大優(yōu)于“蜘蛛人”。

三、智能高樓外窗清洗一體機(jī)的發(fā)展趨勢

由于傳統(tǒng)的清潔市場存在多、亂、濫的現(xiàn)象，實(shí)則是無序競爭。市場秩序的紊亂，不僅給客戶造成不便，對本行業(yè)的發(fā)展也極為不利，由此急需改革和創(chuàng)新。而且近年來國家大力扶持科技創(chuàng)新、技術(shù)革命，為傳統(tǒng)清潔市場轉(zhuǎn)型提供契機(jī)，人工清潔方式轉(zhuǎn)變成智能清潔方式勢在必行，故該市場前景巨大。

目前中國的建筑面積達(dá)到600億平方米，其中幕墻占5%，且每年新建幕墻達(dá)9000萬平方米。即使以最低收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)且每年清洗一次來計(jì)算，國內(nèi)的幕墻清洗市場也達(dá)到100億以上，加上當(dāng)前的市場迫切需要智能清洗設(shè)備來替代高難度、高危險(xiǎn)的人工清洗。智能高樓外窗清洗一體機(jī)應(yīng)時(shí)而生，打開了高樓外窗清洗的市場，有利于高樓外窗清洗行業(yè)的發(fā)展。由此可見，目前國內(nèi)高層建筑清洗市場的發(fā)展趨勢還是十分樂觀的。

綜上分析可以看出目前的高樓外窗人工清洗業(yè)存在不少弊端，不僅危險(xiǎn)度高，而且成本還高，除了設(shè)備成本，還要人工成本。而智能外窗清洗一體機(jī)打破了傳統(tǒng)的人工清洗，利用現(xiàn)代化科技，使得外窗清洗更加方便、更加安全、更加實(shí)用。 （作者單位：廣東白云學(xué)院）

本文系廣東白云學(xué)院年度大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目，項(xiàng)目編號201810822104，項(xiàng)目名稱：智能高樓外窗清洗一體機(jī) 。