饒逸鴻，陳春鳴，黃永樂，龔鎮(zhèn)濤，陳俊安，徐土法

（1、東莞城市學(xué)院 廣東 東莞 523419；2、品茗科技股份有限公司 杭州 310012）

0 引言

隨著信息技術(shù)和工業(yè)化的發(fā)展，智能建造技術(shù)作為一種新型建造方式正逐漸興起［1］。該技術(shù)通過數(shù)據(jù)集成和自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)對傳統(tǒng)建筑領(lǐng)域的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營等各個(gè)方面的智能化升級。其中，BIM（Building Information Modeling）技術(shù)是智能建造中最為重要的技術(shù)之一，其在建筑物設(shè)計(jì)、施工過程控制、工程信息管理等方面都有廣泛的應(yīng)用［2-4］。機(jī)器人技術(shù)也是智能建造的另一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，具有替代勞動(dòng)力、提高生產(chǎn)效率、減少質(zhì)量問題等優(yōu)點(diǎn)，并已廣泛應(yīng)用于混凝土施工、搬運(yùn)和安裝、維護(hù)和檢修等領(lǐng)域［5-6］。此外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和人工智能技術(shù)也為智能建造提供了支持，它們可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備監(jiān)測、傳感器采集、數(shù)據(jù)分析等功能，從而提高建筑設(shè)備的效率和質(zhì)量，同時(shí)也可以應(yīng)用于生命安全、環(huán)境監(jiān)測等方面，實(shí)現(xiàn)更加智能化、可持續(xù)化的建筑［7-9］。

智能建造技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)成為未來建筑領(lǐng)域的趨勢［10-11］。這些新興技術(shù)將使設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營等各個(gè)領(lǐng)域變得更加智能化、自動(dòng)化和高效化。本研究以東莞某中學(xué)擴(kuò)建工程為案例，分析了BIM 智能化建造技術(shù)在該項(xiàng)目中的應(yīng)用，同時(shí)還對施工機(jī)器人進(jìn)行了配置和研究，可為相關(guān)行業(yè)從業(yè)者提供有益的參考和借鑒。

1 工程概況

東莞某中學(xué)擴(kuò)建工程是根據(jù)東莞市發(fā)展需要，為了滿足當(dāng)?shù)亟逃聵I(yè)的發(fā)展需求，對現(xiàn)有該中學(xué)進(jìn)行擴(kuò)建而計(jì)劃的一項(xiàng)工程。該工程總面積約為15 000 m2，主要包括新建教學(xué)樓、實(shí)驗(yàn)樓和圖書館等。其中，教學(xué)樓將提供更多教室和辦公空間，實(shí)驗(yàn)樓將配備更先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)室，圖書館將增加更多的藏書和數(shù)字化資源。

該工程的目標(biāo)是通過智能化建造技術(shù)和管理，提高施工效率和質(zhì)量，并為當(dāng)?shù)貛熒鷦?chuàng)造更好的教育環(huán)境和服務(wù)。同時(shí)，該工程還將注重可持續(xù)發(fā)展，采用綠色建筑理念，降低能耗和排放，打造更加環(huán)保、節(jié)能、智能的校園建筑。

2 智能建造管理規(guī)劃方案

2.1 項(xiàng)目需求

為提高學(xué)校擴(kuò)建工程效率和質(zhì)量，采用BIM 技術(shù)、慧眼AI技術(shù)進(jìn)行數(shù)字化設(shè)計(jì)、勘測和施工，并充分利用智能建造技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化建模、機(jī)器人自動(dòng)化施工等操作。此外，項(xiàng)目還使用智能建造技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、遠(yuǎn)程監(jiān)控等操作，以提升安全管理水平，降低安全風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，建立共同的信息平臺和專業(yè)的建造團(tuán)隊(duì)，利用文件共享、在線協(xié)作平臺、云端存儲(chǔ)等技術(shù)輔助協(xié)同合作，減少成本、文檔重復(fù)，提高整體效益。

2.2 核心問題分析

為確保擴(kuò)建工程的質(zhì)量、效率和安全達(dá)標(biāo)，需要整合并分析不同來源的數(shù)據(jù)，如勘測、設(shè)計(jì)、學(xué)生上下學(xué)和地基數(shù)據(jù)。此外，為了正確應(yīng)用技術(shù)，需要對BIM技術(shù)、慧眼AI 技術(shù)和Tybot Rebar Tying Robot（以下簡稱Tybot 機(jī)器人）進(jìn)行培訓(xùn)和指導(dǎo)，提高人員的專業(yè)技能和操作水平。同時(shí)，需要選擇適當(dāng)?shù)腡ybot 機(jī)器人，并加強(qiáng)設(shè)備管理和維護(hù)。最后，為防止數(shù)據(jù)泄露和安全問題，需要加強(qiáng)數(shù)據(jù)加密和存儲(chǔ)，建立完善的數(shù)據(jù)安全管理制度，并提高人員的安全意識和技能。

2.3 場景化施工方案

本項(xiàng)目采用的品茗科技軟件在場景化施工方案編制中擁有多種領(lǐng)先的技術(shù)與智能化措施，能夠提高施工質(zhì)量、效率和安全性，滿足客戶和市場的需求，實(shí)現(xiàn)良好的施工效果。該項(xiàng)目智能建造模型如圖1所示。

圖1 本項(xiàng)目智能建造模型Fig.1 Intelligent Construction Model of the Project

⑴智能建造技術(shù)應(yīng)用方面，可以通過采用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和建模來協(xié)調(diào)各階段的設(shè)計(jì)和施工過程，減少工作重復(fù)率，并提高信息共享。無人機(jī)技術(shù)可以用于勘測和監(jiān)測，快速準(zhǔn)確地收集數(shù)據(jù)生成三維模型和地形圖，同時(shí)觀察學(xué)生靠近情況以減少安全事故。智能燈具和溫度傳感器可以被用來降低用電成本、提高能源利用效率。臨邊防護(hù)網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)可以被使用來預(yù)防意外事故。鋼筋困扎機(jī)器人可以用來降低施工成本，提高施工效率、精度、安全性和靈活性，而且受天氣、時(shí)間等限制的影響較小。

⑵在現(xiàn)場管理計(jì)劃方面，采用BIM 技術(shù)實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目全過程數(shù)字化管理可以提升施工質(zhì)量和效率。使用無人機(jī)巡查現(xiàn)場及施工情況可以及時(shí)解決安全隱患和建設(shè)工程進(jìn)度問題。實(shí)施智能監(jiān)控系統(tǒng)可以對施工過程進(jìn)行24 h 監(jiān)控并觸發(fā)警報(bào)，防止危險(xiǎn)情況的發(fā)生。另外，開展專業(yè)培訓(xùn)可以確保智能建造技術(shù)得到正確應(yīng)用。

⑶材料管理計(jì)劃方面，可以通過實(shí)施物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)追蹤和管理材料的存儲(chǔ)、運(yùn)輸和使用情況。使用RFID標(biāo)簽可以識別材料信息，避免混淆和丟失。建立材料庫存管理系統(tǒng)可以提高材料利用率并減少浪費(fèi)。

⑷在安全管理計(jì)劃方面，實(shí)施智能安全監(jiān)管可以使用高支模和臨邊防護(hù)網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)來對施工現(xiàn)場進(jìn)行安全監(jiān)測和預(yù)警。加強(qiáng)培訓(xùn)可以確保工人掌握必要的安全意識和操作技能，并針對學(xué)生制定相關(guān)規(guī)劃和告示牌。建立安全評估機(jī)制可以收集施工數(shù)據(jù)并評估和改進(jìn)存在的安全隱患，以確保安全施工。

⑸質(zhì)量管理計(jì)劃方面，可以通過實(shí)施智能巡檢，使用無人機(jī)設(shè)備收集數(shù)據(jù)并生成三維模型進(jìn)行質(zhì)量檢查，確保施工達(dá)到設(shè)計(jì)要求和標(biāo)準(zhǔn)。加強(qiáng)驗(yàn)收管理可以嚴(yán)格質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和流程，并對每個(gè)RFID 標(biāo)簽進(jìn)行識別以確保材料質(zhì)量符合要求。實(shí)施數(shù)據(jù)分析可以通過數(shù)字化建模技術(shù)分析施工工藝和質(zhì)量，優(yōu)化施工方式提升施工質(zhì)量并降低錯(cuò)誤率。

⑹在監(jiān)督與評估方面，使用信息平臺和數(shù)據(jù)庫可以由東莞市厚街鎮(zhèn)工程建設(shè)中心和住房城鄉(xiāng)建設(shè)局進(jìn)行監(jiān)督和評估，開展電子監(jiān)督檢查，共享數(shù)據(jù)和實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。提高監(jiān)督和評估工作的質(zhì)量和效率可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行改進(jìn)。

⑺風(fēng)險(xiǎn)評估方面，可以考慮工程規(guī)模和復(fù)雜性可能導(dǎo)致工期拖延，使用BIM 技術(shù)和無人機(jī)技術(shù)可以進(jìn)行工程模擬以減少返工和整改。材料質(zhì)量和施工質(zhì)量不合格可能導(dǎo)致質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)施智能巡查、加強(qiáng)驗(yàn)收管理和數(shù)據(jù)分析可以降低質(zhì)量問題。人流量大易造成施工事故，與學(xué)校合作可以規(guī)劃施工范圍并嚴(yán)格要求學(xué)生不經(jīng)過。

3 人機(jī)協(xié)同作業(yè)可行性分析

3.1 應(yīng)用價(jià)值介紹

本項(xiàng)目采用的Tybot 機(jī)器人是一種自主完成鋼筋綁扎任務(wù)的機(jī)器人，它采用了先進(jìn)的視覺識別技術(shù)和運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)自主綁扎，并且不需要人工干預(yù)，從而提高了工作效率。

與傳統(tǒng)的鋼筋綁扎工具相比，Tybot 機(jī)器人優(yōu)勢顯著：①自主性能強(qiáng)，通過自主的視覺識別和運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)完成鋼筋綁扎任務(wù)，提高工作效率；②操作簡便，采用智能化的操作系統(tǒng)，只需要簡單的指令輸入即可完成操作，無需復(fù)雜設(shè)置和調(diào)試；③安全性高，采用多重安全保護(hù)措施，如避障傳感器和緊急停止按鈕等，確保作業(yè)安全，避免意外事故的發(fā)生；④靈活性強(qiáng)，具有靈活的移動(dòng)能力，適應(yīng)不同工地的需求，并可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行鋼筋綁扎的角度和位置調(diào)整；⑤精度高，采用高精度的視覺識別技術(shù)和精準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)精度高、穩(wěn)定性好的鋼筋綁扎操作，提高施工質(zhì)量。Tybot機(jī)器人現(xiàn)場應(yīng)用情況如圖2所示。

Tybot 機(jī)器人的應(yīng)用具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，包括提高鋼筋綁扎效率、質(zhì)量和精度、降低施工成本和鋼筋損耗，并減少機(jī)器故障和維修成本。同時(shí)，該機(jī)器人還帶來了重要的社會(huì)價(jià)值，包括提高施工安全、增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性、縮短工期、減少對交通和環(huán)境的影響。此外，Tybot 機(jī)器人還具有環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展特點(diǎn)，例如節(jié)約資源、減少能源消耗和噪音污染、提高建筑品質(zhì)并符合可持續(xù)發(fā)展理念。這些優(yōu)勢使得Tybot 機(jī)器人在建筑工程領(lǐng)域具有重大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境價(jià)值。

3.2 人機(jī)資源配置清單

人機(jī)資源配置清單編制是根據(jù)建設(shè)設(shè)計(jì)文檔和工程施工計(jì)劃，編制涵蓋人員、機(jī)械和設(shè)備等方面內(nèi)容的清單，本項(xiàng)目人機(jī)資源配置清單如表1所示。

表1 人機(jī)資源配置清單Tab.1 Personnel and Equipment Resource Allocation List

4 協(xié)同作業(yè)組織方案

4.1 工作安排

在建筑工程中，前期準(zhǔn)備工作至關(guān)重要。這些工作包括確定項(xiàng)目范圍、完成建筑設(shè)計(jì)和施工圖紙、獲取相關(guān)建筑許可和批準(zhǔn)、簽訂合同以及對現(xiàn)場進(jìn)行勘查和測繪等。同時(shí)，制定詳細(xì)的時(shí)間表和進(jìn)度計(jì)劃也是必要的，以確保機(jī)器人和操作人員的工作任務(wù)和時(shí)間得到充分控制。在鋼筋工程啟動(dòng)時(shí)，需要準(zhǔn)備并切割所需的鋼筋，并使用Tybot 機(jī)器人進(jìn)行捆扎，以提高捆扎效率和質(zhì)量。完成鋼筋工程后，還需進(jìn)行質(zhì)量檢查，以確保鋼筋捆扎符合設(shè)計(jì)要求。這些過程相互關(guān)聯(lián)，只有經(jīng)過充分規(guī)劃和高效執(zhí)行，才能確保整個(gè)鋼筋工程的順利進(jìn)行。

4.2 工作流程

在鋼筋綁扎工程中，規(guī)劃和設(shè)計(jì)階段負(fù)責(zé)確定工程進(jìn)度和鋼筋綁扎計(jì)劃，以確保工作順利進(jìn)行。在此期間，工程師與項(xiàng)目經(jīng)理和團(tuán)隊(duì)成員進(jìn)行溝通和協(xié)商，控制人員監(jiān)督鋼筋綁扎機(jī)器的操作流程并協(xié)調(diào)操作員的配合。準(zhǔn)備階段包括準(zhǔn)備鋼筋材料和相關(guān)工具，并對Tybot 機(jī)器人進(jìn)行測試和調(diào)整以確保機(jī)器正常運(yùn)行。執(zhí)行階段需要Tybot 機(jī)器人操作員和工人進(jìn)行配合完成鋼筋綁扎的工作。期間，工程師和操作員進(jìn)行鋼筋綁扎工作的檢查和質(zhì)量控制，而控制人員負(fù)責(zé)監(jiān)督機(jī)器的運(yùn)行情況并及時(shí)處理問題和故障。完成階段需要工程師和操作員對鋼筋綁扎的質(zhì)量進(jìn)行最終檢查和驗(yàn)收，同時(shí)由控制人員總結(jié)和評估機(jī)器的運(yùn)行情況并對機(jī)器進(jìn)行必要的維護(hù)和保養(yǎng)。

4.3 任務(wù)協(xié)調(diào)

在本次擴(kuò)建工程中，使用Tybot 機(jī)器人需要協(xié)調(diào)三類人員：機(jī)器人操作員、鋼筋工人和維護(hù)人員。機(jī)器人操作員負(fù)責(zé)控制和操作機(jī)器人完成鋼筋捆扎任務(wù)，鋼筋工人則負(fù)責(zé)將鋼筋安裝在正確的位置，并將鋼筋送到機(jī)器人的工作區(qū)域。另外，維護(hù)人員負(fù)責(zé)對機(jī)器人進(jìn)行維護(hù)和調(diào)試以及處理機(jī)器人作業(yè)時(shí)遇到的突發(fā)問題。對于機(jī)器人的工作范圍，由于教學(xué)樓的建筑跨度大且形狀不規(guī)則，因此難以使用Tybot 機(jī)器人完成鋼筋綁扎施工，故該機(jī)器人將會(huì)運(yùn)用在飯?zhí)谩Ⅲw育館、宿舍樓、圖書館等共計(jì)10棟建筑的施工中。

4.4 信息交流

為了有效地管理和協(xié)調(diào)機(jī)器人工程項(xiàng)目，以下是建立信息交流渠道的四大步驟：①建立一個(gè)信息交流平臺，如釘釘?shù)燃磿r(shí)通訊和在線項(xiàng)目管理工具，方便工程師、機(jī)器人操作員和其他相關(guān)人員及時(shí)交流項(xiàng)目進(jìn)展、技術(shù)問題和機(jī)器人運(yùn)行情況；②需要明確每個(gè)階段的信息交流內(nèi)容，包括機(jī)器人的操作規(guī)程、安全要求、維護(hù)保養(yǎng)等。對于突發(fā)事件，還應(yīng)制定應(yīng)急方案，并在信息交流平臺上及時(shí)發(fā)布和溝通；③成立信息交流小組，由工程師、機(jī)器人操作員和其他相關(guān)人員組成，定期召開會(huì)議，分享項(xiàng)目進(jìn)展和技術(shù)問題，協(xié)調(diào)解決機(jī)器人操作中出現(xiàn)的問題；④根據(jù)項(xiàng)目進(jìn)度和工作需要，確定信息交流頻率，例如每日交流、每周交流或每月交流，以確保信息能夠及時(shí)傳遞和溝通。通過以上建議，可以為機(jī)器人工程項(xiàng)目提供高效的信息交流和管理方式，保證項(xiàng)目順利進(jìn)行。

5 總結(jié)

經(jīng)過分析，Tybot 機(jī)器人在東莞某中學(xué)擴(kuò)建工程中的成功應(yīng)用表明：①該機(jī)器人可以大大提高鋼筋綁扎的效率和質(zhì)量，從而加快工程的建設(shè)速度；②使用該機(jī)器人可以降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少工傷風(fēng)險(xiǎn)，提高工作安全性；③通過人機(jī)協(xié)同工作的方式，在保證工程質(zhì)量的前提下，減少對人力資源的需求，從而降低勞動(dòng)力成本。因此，使用Tybot 機(jī)器人可為該中學(xué)擴(kuò)建工程建設(shè)帶來更高效、更安全和更經(jīng)濟(jì)的解決方案。