陳雷鳴

（廣州工程總承包集團(tuán)有限公司）

1 引言

裝配式建筑近年來(lái)在我國(guó)快速普及，通過(guò)引入人工智能技術(shù)，利用機(jī)械化、智能化設(shè)備進(jìn)行一體化生產(chǎn)裝配，使裝配式建筑不斷提升智能制造水平。為推進(jìn)建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展，有必要深入探究與分析裝配式建筑智能制造和智能建造的創(chuàng)新需求，結(jié)合創(chuàng)新訴求加快技術(shù)研發(fā)步伐，在此基礎(chǔ)上提升我國(guó)建筑領(lǐng)域機(jī)械化、智能化程度。

2 裝配式建筑智能制造概述

裝配式建筑是先在構(gòu)件工廠展開(kāi)預(yù)制化生產(chǎn)，之后將構(gòu)件運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)裝配與安裝。裝配式建筑在國(guó)務(wù)院《關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見(jiàn)》中的定義是：“用預(yù)制部品部件在工地裝配而成的建筑”。裝配式建筑是建筑行業(yè)工業(yè)化發(fā)展的重要產(chǎn)物，是由傳統(tǒng)建筑生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變而來(lái)的新型建筑生產(chǎn)方式，充分符合時(shí)代發(fā)展需求。裝配式建筑促進(jìn)了一體化裝修的實(shí)現(xiàn)，建筑生產(chǎn)效率明顯提升，且更容易管理，符合建筑行業(yè)發(fā)展中的節(jié)能環(huán)保需求，屬于一種創(chuàng)新、環(huán)保、資源節(jié)約的建筑生產(chǎn)方式[1]。

裝配式建筑也是以智能化、機(jī)械化制造方式代替人工制造，促進(jìn)建筑生產(chǎn)制造方式轉(zhuǎn)變的基礎(chǔ)，并在此基礎(chǔ)上滿足城市化發(fā)展提出的工程建設(shè)需求，并在提高建筑行業(yè)技術(shù)水平、智能化水平的基礎(chǔ)上吸引更多年輕人才投入建筑行業(yè)。

3 基于EPC工程的智能制造面對(duì)的問(wèn)題及創(chuàng)新訴求

3.1 問(wèn)題

基于EPC工程的智能制造雖然經(jīng)過(guò)多年發(fā)展已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，但還存在諸多問(wèn)題。

①EPC工程智能制造過(guò)程中，數(shù)字設(shè)計(jì)和數(shù)字工地實(shí)踐匹配度低，雖然此類工作在智能制造中保持著較高數(shù)字設(shè)計(jì)水平，但是很多施工作業(yè)依舊以現(xiàn)澆抹灰等傳統(tǒng)方式實(shí)現(xiàn)，數(shù)字化程度低。有一些工地雖引入了機(jī)器人，但在操作中也只是簡(jiǎn)單模仿抹灰等傳統(tǒng)工作，實(shí)施期間與數(shù)字化控制系統(tǒng)的聯(lián)接還存在割裂問(wèn)題。

②此類工程智能制造中，PC構(gòu)件采購(gòu)環(huán)節(jié)對(duì)數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用明顯不足，不能立足整體層面，通過(guò)智能技術(shù)科學(xué)規(guī)劃需要采購(gòu)的零部件產(chǎn)品、機(jī)電設(shè)備等。

③PC構(gòu)件涉及到較為復(fù)雜的生產(chǎn)工藝，整體標(biāo)準(zhǔn)化程度不高。

④大型設(shè)備缺乏良好的聯(lián)動(dòng)性，包括起重機(jī)械設(shè)備、混凝土攪拌設(shè)備、鋼筋加工設(shè)備以及PC生產(chǎn)設(shè)備，設(shè)備和生產(chǎn)工藝之間也缺乏有效配合[3]。

⑤構(gòu)件生產(chǎn)中所用設(shè)備的信息化和自動(dòng)化程度有待提高，生產(chǎn)中大多應(yīng)用的是人工手動(dòng)單步控制，并且很多關(guān)鍵工位仍然涉及大量人工作業(yè)。

3.2 創(chuàng)新需求

通過(guò)分析EPC工程的智能制造問(wèn)題，可明確未來(lái)智能制造發(fā)展方向。為打造新型智能制造格局，本文梳理幾點(diǎn)裝配式智能制造創(chuàng)新訴求。

①在裝配智能領(lǐng)域引入智能化技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)等，打造集設(shè)計(jì)、科研、施工裝配、生產(chǎn)加工于一體的智能制造體系。

②應(yīng)用二維碼識(shí)別技術(shù)、無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)、高速移動(dòng)通信技術(shù)等進(jìn)行各種裝配制造數(shù)據(jù)處理。

③在EPC工程智能制造中統(tǒng)籌規(guī)劃零部件產(chǎn)品、裝配設(shè)施、機(jī)電設(shè)備等一體化集成設(shè)計(jì)，同步利用BIM技術(shù)建立集成化系統(tǒng)及數(shù)字設(shè)計(jì)平臺(tái)，促進(jìn)裝配零部件的數(shù)字化及智能化升級(jí)。

④針對(duì)PC構(gòu)件生產(chǎn)線研發(fā)擺模機(jī)器人和相關(guān)配套模具。在PC構(gòu)件生產(chǎn)中應(yīng)用擺模機(jī)器人，主要由控制系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)組成。擺模機(jī)器人應(yīng)具備較高控制精度，要求擺模精度誤差不超過(guò)±2mm，并設(shè)置便捷高效、高度開(kāi)放、具有良好兼容性的人機(jī)互動(dòng)界面，且其控制系統(tǒng)易于移植[4]。另外，通過(guò)專用模具的配合使用，可在PC生產(chǎn)線中自動(dòng)化的進(jìn)行模具放置、拆卸、固定、回收等操作。

⑤研發(fā)集模具和鋼筋籠為一體的智能組裝設(shè)備，該設(shè)備能對(duì)鋼筋籠和模具實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化識(shí)別、搬運(yùn)、運(yùn)輸、存儲(chǔ)等，同步存儲(chǔ)與標(biāo)記鋼筋籠及模具信息，還可自動(dòng)、準(zhǔn)確組裝[5]。通過(guò)智能組裝設(shè)備的應(yīng)用，能夠解決搬運(yùn)、組裝鋼筋籠以及模具期間存在的安裝精度差、組裝環(huán)節(jié)多等問(wèn)題，還方便自動(dòng)化識(shí)別PC構(gòu)件，高效建立信息化檔案。

⑥針對(duì)復(fù)雜預(yù)制構(gòu)件，研發(fā)精確化、智能化、數(shù)字化的混凝土布料技術(shù)，通過(guò)對(duì)混凝土布料智能化設(shè)備和關(guān)鍵工藝的研發(fā)，可智能化地對(duì)布料機(jī)的閥門開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，同步自動(dòng)控制布料速度、布料機(jī)運(yùn)行情況，在混凝土澆筑環(huán)節(jié)也能自動(dòng)化、精確化作業(yè)與控制。智能布料設(shè)備能夠適用于多種塌落高度的混凝土，能夠自動(dòng)控制下料量，保證均勻落料，振動(dòng)高效且多維，噪音較小。此外，智能布料設(shè)備要能夠自動(dòng)、高效、便捷地將料斗中剩余物料全面清除，以防料倉(cāng)中出現(xiàn)凝結(jié)。

⑦針對(duì)預(yù)制構(gòu)件產(chǎn)品研發(fā)專用運(yùn)輸設(shè)備，研發(fā)專門用于PC構(gòu)件運(yùn)輸?shù)能囕v，裝配有托盤，應(yīng)用時(shí)可在堆場(chǎng)直接放置托盤，不需要進(jìn)行吊裝工作，車輛能夠自動(dòng)化裝卸。車輛應(yīng)用中支持運(yùn)輸超高構(gòu)件，突破道路限高以及限寬等約束。車輛應(yīng)滿足任意負(fù)載、各種工況提出的減震需求，以免構(gòu)件運(yùn)輸環(huán)節(jié)發(fā)生顛簸損壞[6]。車輛使用中可智能化結(jié)合路況情況，自動(dòng)對(duì)托盤離地高度進(jìn)行調(diào)整，車輛應(yīng)設(shè)置有防爆保護(hù)裝置，以防出現(xiàn)托盤墜地以及構(gòu)件損壞問(wèn)題。

4 裝配式智能建造面臨的問(wèn)題、對(duì)策與創(chuàng)新

4.1 問(wèn)題

目前，裝配式建筑制造中智能化技術(shù)應(yīng)用還比較少，應(yīng)用時(shí)間相對(duì)較短，雖然和現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)與機(jī)械化施工相比，裝配式智能建造具有突出優(yōu)勢(shì)，但就目前情況來(lái)看，裝配式智能建造技術(shù)還有很長(zhǎng)的發(fā)展道路，智能建造還存在一系列問(wèn)題。

①構(gòu)件吊裝設(shè)備其智能化與自動(dòng)化程度有待提升，并且設(shè)備精確度并不理想。

②目前所用灌漿設(shè)備依舊為人工操作模式，很難智能化的控制灌漿施工質(zhì)量。

③智能建造中所用臨時(shí)支撐系統(tǒng)不具有良好的調(diào)整性，并且系統(tǒng)精確度也明顯不足。

④裝配式智能建造中仍然涉及大量人工作業(yè)環(huán)節(jié)，并且很多智能建造工作缺乏技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與相關(guān)規(guī)范，難以為智能建造實(shí)踐提供參考和約束，一定程度上影響整體建造效率。

4.2 對(duì)策

根據(jù)上述問(wèn)題分析，提出幾點(diǎn)裝配式智能建造問(wèn)題解決策略。

①針對(duì)PC構(gòu)件研發(fā)智能抓取、精確微調(diào)與安放設(shè)備，由相關(guān)設(shè)備代替裝配式施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行微調(diào)、安放、抓取等操作的水平尺、斜拉支撐、吊鉤等傳統(tǒng)設(shè)備。比如，可研發(fā)具有較好自適應(yīng)性且精度較高的斜撐系統(tǒng)，尤其對(duì)墻體角度進(jìn)行自動(dòng)化測(cè)量，并智能顯示測(cè)量數(shù)據(jù)，設(shè)備可結(jié)合測(cè)量結(jié)果對(duì)斜撐系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化調(diào)整，以此大量節(jié)約系統(tǒng)調(diào)整時(shí)間，并大幅提高設(shè)備安裝精度，相關(guān)設(shè)備要能適應(yīng)多種建筑造型。

②針對(duì)裝配式構(gòu)件連接過(guò)程研發(fā)智能化灌漿設(shè)備，因?yàn)樵谘b配式建筑混凝土施工中，灌漿作業(yè)屬于關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其施工質(zhì)量會(huì)對(duì)裝配式建筑整體結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生直接影響。研發(fā)智能化灌漿設(shè)備，應(yīng)包含計(jì)量稱重、上料、控制系統(tǒng)、制漿注漿等，并具備自動(dòng)規(guī)劃、自動(dòng)計(jì)量、自動(dòng)注漿、自動(dòng)清洗、自動(dòng)配漿、數(shù)據(jù)交互等功能[7]。在智能灌漿設(shè)備應(yīng)用下，體現(xiàn)灌注施工的自執(zhí)行、自決策以及自感知優(yōu)勢(shì)，管理人員能夠可視化的觀察與監(jiān)控注漿過(guò)程以及注漿結(jié)果。

③針對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件吊裝研發(fā)智能化吊裝設(shè)備，因?yàn)檠b配式構(gòu)件大多為大型構(gòu)件，在吊裝裝配式建筑主體結(jié)構(gòu)過(guò)程中，主要利用塔式起重機(jī)或汽車吊。為使吊裝更可靠、安全與智能，可專門為吊裝環(huán)節(jié)研發(fā)智能操控系統(tǒng)，使吊裝設(shè)備所做出的吊裝行為精度更高，更便于控制和管理。同時(shí)，可基于PLC技術(shù)研發(fā)智能吊裝機(jī)械，由其對(duì)吊裝全過(guò)程進(jìn)行智能化的參數(shù)監(jiān)控，同步進(jìn)行故障診斷與處理。

4.3 創(chuàng)新

裝配式智能建造要實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，除了要解決目前智能建造所面臨的問(wèn)題，還要不斷創(chuàng)新。首先，可研發(fā)自動(dòng)化通用型鋪地機(jī)器人，機(jī)器人運(yùn)行中可直接從電腦端導(dǎo)入場(chǎng)地瓷磚尺寸、作業(yè)區(qū)域面積等。另外，機(jī)器人當(dāng)中設(shè)置有智能控制芯片，可對(duì)工作程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化計(jì)算、調(diào)整與規(guī)劃，運(yùn)行中能夠在作業(yè)區(qū)域內(nèi)自動(dòng)預(yù)先涂抹粘合劑或砂漿。機(jī)器人的機(jī)械臂具有瓷磚搬運(yùn)、吸附等功能，通過(guò)掃描設(shè)備或預(yù)先設(shè)定參數(shù)能夠自動(dòng)獲取瓷磚間隙寬度，對(duì)瓷磚位置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化調(diào)整，還能對(duì)瓷磚形狀、大小等進(jìn)行自動(dòng)化切割與掃描[8]。其次，可針對(duì)生產(chǎn)線研發(fā)配套的建筑3D打印設(shè)備。相關(guān)設(shè)備中的設(shè)計(jì)軟件應(yīng)具有良好的兼容性。同時(shí)，要合理設(shè)計(jì)打印噴頭形式和材料運(yùn)輸系統(tǒng)，以便更精確地進(jìn)行混凝土布料工作。除此以外，要研發(fā)具有較好抗裂性能、保溫隔熱性能、力學(xué)性能的新型打印材料。

5 結(jié)語(yǔ)

裝配式建筑要完全實(shí)現(xiàn)信息化管理、機(jī)械化施工與工廠化生產(chǎn)，還有很長(zhǎng)的道路要走，在此發(fā)展過(guò)程中，要積極借鑒多方經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)資源整合，關(guān)注技術(shù)研發(fā)，以科技促發(fā)展，不斷突破裝配式建筑智能制造與智能建造面臨的技術(shù)難題。各相關(guān)領(lǐng)域要大力支持與推進(jìn)裝配式建筑智能化產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，不斷提高裝配式建筑智能建造水平，推進(jìn)我國(guó)建筑行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)與可持續(xù)發(fā)展。