蘇黎文, 代 江

中國葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司,四川 成都 610091

0 引言

智能建造設(shè)備的產(chǎn)生和應(yīng)用可以稱之為在傳統(tǒng)建筑基礎(chǔ)上發(fā)生的一次巨大的行業(yè)變革,過去傳統(tǒng)建筑工地繁重、危險(xiǎn)、效率低下的工作,現(xiàn)在可以由機(jī)器人完成。智能建造機(jī)器人通過接受各種指令,完成一些過去由人工完成的工作,每個(gè)工序按照規(guī)范有條不紊的進(jìn)行。另外,在需要測量數(shù)據(jù)時(shí),還可以通過應(yīng)用智能實(shí)測實(shí)量工具,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動統(tǒng)計(jì)上傳云端,并完成數(shù)據(jù)智能分析。這場技術(shù)變革來自于智能設(shè)備技術(shù)與建筑智能建造產(chǎn)業(yè)的深度融合[1],可實(shí)現(xiàn)建筑的自動化管理及運(yùn)行,能夠提高施工效率,提升質(zhì)量,減少成本,降低安全風(fēng)險(xiǎn)[2]。

1 傳統(tǒng)建筑施工存在的問題

在傳統(tǒng)建筑施工過程中,施工環(huán)境往往污染嚴(yán)重,包括噪音污染、泥漿污染、灰塵固體懸浮物污染等,長期在這樣的環(huán)境中工作,會對人體造成不可逆的傷害。由于傳統(tǒng)建筑業(yè)勞動強(qiáng)度大、工作環(huán)境差、安全風(fēng)險(xiǎn)高等問題,不僅對身體傷害大,對年輕人吸引力也持續(xù)下降,建筑行業(yè)“招工難”“用工荒”現(xiàn)象不斷加劇。

目前,建筑施工工地上的施工作業(yè)人員,學(xué)歷較低的外來務(wù)工人員是主力軍,由于他們未接受過專業(yè)學(xué)習(xí)培訓(xùn)教育,依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行施工,導(dǎo)致每個(gè)人的施工水平參差不齊,施工質(zhì)量無法得到統(tǒng)一保證。另外作業(yè)人員安全意識不強(qiáng)也是普遍存在的現(xiàn)象,所以整體工程質(zhì)量、安全難以得到保證。

同時(shí),由于工地施工人員老齡化的問題日趨加重,工地作業(yè)人員多為中老年人,工作的效率也大大折扣,導(dǎo)致施工總體進(jìn)度減緩,往往不能按施工計(jì)劃完成預(yù)定目標(biāo)。

2 智能建造設(shè)備的應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 保障施工安全

智能建筑機(jī)器人的應(yīng)用能夠完成一部分建筑施工人員無法直接完成的施工任務(wù),或者是替代施工作業(yè)人員完成高危和高空作業(yè)等,降低施工作業(yè)人員出現(xiàn)安全事故的風(fēng)險(xiǎn)概率,有效提高建筑工程施工現(xiàn)場的安全性,降低建筑工程施工過程中的損失。

首先,工程施工往往有一些比較危險(xiǎn)的工作,例如外墻抹灰、外墻噴涂、玻璃幕墻等,而使用機(jī)器人后,就可以把這些比較危險(xiǎn)的工作交給機(jī)器人進(jìn)行,能夠保證工人的安全[3](見圖1)。其次,一些體力活也可以交給機(jī)器人進(jìn)行,工人只需要在一旁進(jìn)行監(jiān)督,不需要消耗太多的體力,比如大理石壁板、天花板等的安裝可以交給板材安裝機(jī)器人,砌墻時(shí)切磚、放磚可以讓砌墻機(jī)器人完成。最后,工人可以讓它們?nèi)ネ瓿稍S多重復(fù)、繁瑣項(xiàng)目的工作,使得自己能夠有足夠的休息時(shí)間,保持更好的工作狀態(tài),避免因疲勞施工導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。

建筑機(jī)器人的使用,不僅提高了施工質(zhì)量和效率,而且保障了施工安全,降低了勞動強(qiáng)度,同時(shí)又能夠吸引年輕人進(jìn)入工地,重塑行業(yè)格局。

圖1 外墻噴涂機(jī)器人

2.2 降低施工中對人體帶來的傷害

傳統(tǒng)施工中,很多施工工序?qū)θ梭w傷害特別大,比如膩?zhàn)哟蚰?、粉刷、管道噴油漆?因?yàn)槭┕み^程中產(chǎn)生的粉塵及油漆本身的刺激性氣味,即便戴了口罩,長期處在這樣環(huán)境中也會對人體造成不可逆的傷害,容易引發(fā)塵肺病。為避免這樣的情況發(fā)生,可以將這類傳統(tǒng)施工如打磨、粉刷等工作交給混凝土內(nèi)墻面打磨機(jī)器人(見圖2)、混凝土天花打磨機(jī)器人(見圖3)、油漆噴涂機(jī)器人完成,它們還具備自動吸塵的功能,可以改善施工作業(yè)環(huán)境,可降低施工對環(huán)境的污染,最大程度減少了粉塵、油漆對人體的傷害。又比如外墻高空作業(yè),危險(xiǎn)系數(shù)也很高,而外墻噴涂機(jī)器人代替人工后,如蜘蛛俠般在外墻自如爬升,從根本上避免了高空墜落安全事故的發(fā)生。

圖2 混凝土內(nèi)墻面打磨機(jī)器人

圖3 混凝土天花板打磨機(jī)器人

2.3 提高質(zhì)量合格率

由于建筑機(jī)器人施工的準(zhǔn)確性高,因此能夠避免很多工人施工中出現(xiàn)的人為錯(cuò)誤。智能建筑機(jī)器人擁有更加科學(xué)的算法,能夠準(zhǔn)確地控制建筑施工作業(yè)的精度,可以通過智能化程序和算法提高施工作業(yè)的質(zhì)量,避免出現(xiàn)人為施工誤差,只要提前設(shè)定好算法和程序,智能建筑機(jī)器人就能夠無誤差地開展施工作業(yè)。例如混凝土地面整平工序,工人施工作業(yè)時(shí)使用手扶設(shè)備進(jìn)出作業(yè)場地容易留下腳印,不僅消耗大量體力,腳印問題也常常導(dǎo)致后續(xù)反復(fù)加工,任務(wù)繁重且效率低下。但采用機(jī)器人的話,直接用平板終端設(shè)置好規(guī)劃路徑就可以自動完成工作了,操作人員可以保持在安全距離以外控制機(jī)器人?；炷琳綑C(jī)器人(見圖4)借助激光水平儀作為高精度標(biāo)高體系,實(shí)現(xiàn)混凝土地面的自動無人化整平施工。經(jīng)第三方檢測,使用機(jī)器人后,混凝土完成面的水平度與平整度,抽檢合格率比傳統(tǒng)人工施工提高了10%,使用其施工,水平度合格率能穩(wěn)定地控制在95%以上。經(jīng)過機(jī)器人的振搗提漿,混凝土更加密實(shí),防水性更強(qiáng)。外墻噴涂機(jī)器人的工作效率是人工的3～5倍,噴涂平整均勻,提高了質(zhì)量合格率。

圖4 混凝土整平機(jī)器人

2.4 提高工作效率

智能建筑機(jī)器人具有更強(qiáng)的動力,可以長時(shí)間、持續(xù)地開展施工作業(yè),加快建筑施工建設(shè)的速度。把工人與機(jī)器人各自的優(yōu)勢結(jié)合到一起,將工人的工作重點(diǎn)放在一些必須人工操作的工作上,將建筑機(jī)器人放在對于速度、力量等有需求的工作上,可以大大提高工作效率。例如在使用噴漆機(jī)器人時(shí),為保證噴漆時(shí)不污染到其他構(gòu)配件,大面噴漆由智能機(jī)器人完成,邊角地方由人工拿刷子進(jìn)行施工,這樣既保證了施工質(zhì)量,又最大化提高了工作效率。

2.5 操作便捷,方便計(jì)算與數(shù)據(jù)保存

使用智能設(shè)備能夠通過設(shè)備本身強(qiáng)大的芯片及自主知識產(chǎn)權(quán)軟件,對現(xiàn)場所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速收集、計(jì)算、保存。例如土方量測量無人機(jī),可以一鍵采集地形信息,土石方量快速計(jì)算,效率是人工的40倍,可節(jié)省成本20%以上。三維測繪機(jī)器人由機(jī)器人自動規(guī)劃路徑到達(dá)待測區(qū)域,通過點(diǎn)云掃描儀快速精確自動掃描測量墻面、柱面的平整度和垂直度。智能實(shí)測實(shí)量工具包括智能靠尺、智能測距儀、智能卷尺、智能陰陽角尺等,可將數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙傳輸至手機(jī)客戶端,自動統(tǒng)計(jì)形成智能報(bào)表并上傳至云端,實(shí)現(xiàn)實(shí)測實(shí)量免計(jì)數(shù)、免讀數(shù),提高實(shí)測效率和準(zhǔn)確度,并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)智能分析。

2.6 與BIM結(jié)合使用能夠提前發(fā)現(xiàn)問題

在建筑的施工階段,利用人工智能技術(shù)打造建筑的BIM信息模型,能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)建筑施工過程中潛在的問題,并能提供相關(guān)數(shù)據(jù)建議,根據(jù)建議做出調(diào)整并把數(shù)據(jù)上傳給智能設(shè)備,幫助提升建筑的施工質(zhì)量。在建筑的操作階段,通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)建筑數(shù)據(jù)在智能設(shè)備中的共享,并且可以通過監(jiān)測數(shù)據(jù)對現(xiàn)場的施工情況進(jìn)行及時(shí)的了解,優(yōu)化現(xiàn)場的管理?xiàng)l件。在建筑檢查階段,BIM建筑技術(shù)能夠利用大數(shù)據(jù)以及智能監(jiān)測等方式,對施工階段的數(shù)據(jù)進(jìn)行核對,避免出現(xiàn)失誤[4]。

2.7 降低施工成本

智能機(jī)器人的應(yīng)用提高了工作效率,大大縮短了工期,由于它保證了施工的準(zhǔn)確性和質(zhì)量的穩(wěn)定性,能夠降低項(xiàng)目的延期風(fēng)險(xiǎn),甚至能夠縮短施工時(shí)間,同時(shí)還降低了安全事故的發(fā)生。各種因素綜合起來,就能夠大大地節(jié)省施工費(fèi)用。

3 結(jié)束語

建筑行業(yè)未來的趨勢是新技術(shù)會慢慢代替一些傳統(tǒng)施工方法,改變項(xiàng)目的進(jìn)行方式。由于施工作業(yè)人員老齡化的問題,預(yù)計(jì)以后的建筑行業(yè)對于體力勞動的需求會減少,因?yàn)榇蠖鄶?shù)工作都可以使用建筑機(jī)器人來完成。建筑機(jī)器人具有高效性與準(zhǔn)確性能,夠快速完成施工作業(yè),而且不會有體力上的限制[5]。

建筑工程施工現(xiàn)場融入智能建造設(shè)備已經(jīng)成為必然趨勢。與傳統(tǒng)建筑方式相比,建筑機(jī)器人優(yōu)勢明顯,能保障施工安全、提升施工質(zhì)量、提高施工效率,同時(shí)能提升建筑施工的綜合效益。建筑施工人員和管理人員應(yīng)當(dāng)充分認(rèn)識到智能建造設(shè)備在施工現(xiàn)場中的重要作用,完善建筑施工智能建造設(shè)備技術(shù)應(yīng)用的信息化基礎(chǔ)設(shè)施,為智能建造設(shè)備的應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。建筑行業(yè)要實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,需要順應(yīng)信息化時(shí)代的發(fā)展趨勢,朝著智能化建設(shè)的趨勢推動建筑行業(yè)施工技術(shù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變,引用先進(jìn)的智能化技術(shù),推動建筑行業(yè)的健康高質(zhì)量發(fā)展。

隨著建筑行業(yè)的迅猛發(fā)展,人們對建筑物的安全和質(zhì)量提出了越來越高的要求,這些需求具有綜合性、超前性、實(shí)用性等特點(diǎn),必須通過智能建造現(xiàn)代化設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。智能建造機(jī)器人滿足了現(xiàn)代化信息社會對建筑物的特別需求,也將成為一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)和文化發(fā)展水平的重要標(biāo)志。智能建筑是時(shí)代發(fā)展的人類智慧結(jié)晶,是高科技技術(shù)與現(xiàn)代建筑的完美結(jié)合,將引領(lǐng)建筑行業(yè)快速進(jìn)入現(xiàn)代化[6]。