摘 要：本文從提高效率和生產(chǎn)力 、改善安全措施、提升成本效益、增強(qiáng)質(zhì)量控制四個角度闡述預(yù)制裝配式建筑施工中工程智能化機(jī)械施工設(shè)備的應(yīng)用優(yōu)勢。然后，針對制造和裝配階段的自動化機(jī)械設(shè)備運(yùn)用、安裝和運(yùn)輸階段的先進(jìn)工具運(yùn)用、監(jiān)控和控制系統(tǒng)應(yīng)用三個主要方面，討論預(yù)制裝配式建筑施工中工程智能化機(jī)械施工設(shè)備的應(yīng)用路徑。強(qiáng)調(diào)了工程智能化機(jī)械在預(yù)制裝配式建筑中的重要性，并呼吁進(jìn)一步研究和應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：預(yù)制裝配式建筑；施工；智能化機(jī)械施工設(shè)備文章編號：2095-4085（2024）09-0067-03

0 引言

預(yù)制建筑，通常稱為“預(yù)制件”，是一種現(xiàn)代建筑方法，其中建筑構(gòu)件或模塊在受控的工廠環(huán)境中制造，然后運(yùn)輸?shù)浇ㄖさ剡M(jìn)行組裝。這些組件一般包括墻壁、地板、屋頂桁架，甚至整個房間或建筑物的一部分。預(yù)制化旨在通過降低現(xiàn)場勞動力需求、最大限度地減少資源浪費(fèi)和提高施工質(zhì)量來簡化施工流程。

智能化機(jī)械施工設(shè)備在裝配式建筑施工中的應(yīng)用范圍廣、效果理想。此類設(shè)備利用先進(jìn)技術(shù)和自動化來增強(qiáng)施工效果，通過集成智能機(jī)械，預(yù)制建筑可以提高效率和生產(chǎn)率，改善安全措施，提高成本效益，并能更好地控制質(zhì)量。

1 預(yù)制裝配式建筑施工中，工程智能化機(jī)械施工設(shè)備的應(yīng)用優(yōu)勢

1.1 提高效率和生產(chǎn)力

將智能化機(jī)械施工設(shè)備融入裝配式建筑的主要優(yōu)勢之一是效率和生產(chǎn)率的大幅提升。傳統(tǒng)施工方法通常嚴(yán)重依賴手工勞動，既耗時又容易出錯；智能機(jī)械簡化了各種施工任務(wù)，減少了完成項目所需的時間。

1.1.1 重復(fù)性任務(wù)的自動化

機(jī)械臂和機(jī)械手等智能設(shè)備擅長處理重復(fù)性和勞動密集型任務(wù)。這些機(jī)器可以精確、快速地焊接、切割、提升和組裝建筑構(gòu)件，從而顯著減少這些活動所花費(fèi)的時間，而且它們可以連續(xù)工作而不會疲勞，可確保穩(wěn)定輸出。

1.1.2 更快的組裝

CNC（計算機(jī)數(shù)控）機(jī)器在預(yù)制建筑組件制造中至關(guān)重要，其高精度雕刻、銑削或成型能力確保了組件的精準(zhǔn)性和復(fù)雜性，使組裝過程更為順暢，進(jìn)而加速了整個施工進(jìn)程。

1.2 改進(jìn)安全措施

建筑行業(yè)安全第一，智能化機(jī)械施工設(shè)備在加強(qiáng)現(xiàn)場安全措施方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

1.2.1 減少危險暴露

機(jī)械臂與機(jī)械手在工地上的應(yīng)用，顯著降低了處理危險材料和執(zhí)行高風(fēng)險任務(wù)時的事故與傷害風(fēng)險，有效隔絕了有害物質(zhì)的接觸，為建筑工地營造了更為安全的工作環(huán)境。

1.2.2 遠(yuǎn)程操作

一些施工任務(wù)可以使用先進(jìn)的機(jī)械遠(yuǎn)程進(jìn)行，例如操作員可以在安全距離內(nèi)控制設(shè)備，從而最大程度地減少直接暴露于潛在危險的環(huán)境中。

1.3 提高成本效益

成本效益是任何建設(shè)項目的一個重要方面。智能化機(jī)械施工設(shè)備可以通過多種方式顯著節(jié)省成本。

1.3.1 減少勞動力需求

通過將原本需要大量勞動力的任務(wù)自動化，建筑公司可以降低勞動力成本。機(jī)器人裝配、數(shù)控加工和自動化運(yùn)輸系統(tǒng)最大限度地減少了對體力勞動的需求，從而節(jié)省了資金。

1.3.2 減少材料浪費(fèi)

智能機(jī)械促進(jìn)精密制造和裝配，可最大限度地減少材料浪費(fèi)。這不僅節(jié)省了材料成本，還有助于環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

1.3.3 縮短項目時間

自動化技術(shù)的應(yīng)用顯著提升了工作效率和生產(chǎn)力，從而加快了項目完成速度，有效降低了因施工時間延長而產(chǎn)生的間接費(fèi)用。

1.4 加強(qiáng)質(zhì)量控制

智能化機(jī)械施工設(shè)備確保了整個預(yù)制和組裝過程中更高程度的質(zhì)量控制。

1.4.1 精度和一致性

數(shù)控機(jī)床與機(jī)器人系統(tǒng)產(chǎn)出的組件，其精度和一致性均達(dá)到甚至超越手工水平，可顯著減少誤差，確保測量精準(zhǔn)，為施工質(zhì)量提供卓越保障。

1.4.2 實(shí)時監(jiān)控

配備物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)可提供各種施工參數(shù)的實(shí)時數(shù)據(jù)，這樣可以立即識別和糾正任何問題，防止缺陷并確保最終產(chǎn)品達(dá)到或超過質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

總之，智能化機(jī)械施工設(shè)備已成為裝配式建筑領(lǐng)域的規(guī)則改變者，它能夠提高效率和生產(chǎn)力、改善安全措施、提高成本效益并確保卓越的質(zhì)量控制，徹底改變了建筑行業(yè)。技術(shù)進(jìn)步正促進(jìn)智能設(shè)備與傳統(tǒng)施工流程的深度融合，推動行業(yè)持續(xù)創(chuàng)新。對于希望在快速發(fā)展的市場中保持競爭力并交付高質(zhì)量、具有成本效益的項目的建筑公司來說，應(yīng)用這些技術(shù)至關(guān)重要。

2 預(yù)制裝配式建筑施工中，工程智能化機(jī)械施工設(shè)備的應(yīng)用路徑

2.1 制造和裝配自動化機(jī)械

在裝配式建筑領(lǐng)域，智能機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用改變了建筑構(gòu)件的制造和組裝方式。本節(jié)深入探討此轉(zhuǎn)變的兩個關(guān)鍵組成部分。

2.1.1 機(jī)械臂和機(jī)械手

機(jī)械臂與機(jī)械手是裝配式建筑中的尖端智能機(jī)械設(shè)備，其高精度與靈活性使其成為施工任務(wù)中不可或缺的通用機(jī)械。

（1）組裝和焊接。機(jī)械臂擅長組裝復(fù)雜結(jié)構(gòu)，例如鋼框架或模塊化住房單元。其可以焊接、螺栓連接和固定部件，其準(zhǔn)確性和一致性是人類勞動力無法比擬的，能確保組裝好的模塊完美契合，從而減少了調(diào)整和返工的需要。

（2）物料搬運(yùn)。這些機(jī)器還擅長輕松提升和運(yùn)輸重型建筑材料和部件，從而最大限度地減少了工人的體力壓力并提高了整體效率。

（3）重復(fù)性任務(wù)。機(jī)械臂對于處理重復(fù)性和勞動密集型任務(wù)特別有價值，其可以連續(xù)工作而不會疲勞，從而可以更快地生產(chǎn)建筑構(gòu)件。

2.1.2 CNC（計算機(jī)數(shù)控）機(jī)器

數(shù)控機(jī)床是預(yù)制施工過程的另一個組成部分，這些自動化工具使用計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）文件來精確切割、銑削和塑造建筑材料，從而生成準(zhǔn)確且一致的組件。

（1）精密制造。數(shù)控機(jī)床對于高精度生產(chǎn)墻板、地板系統(tǒng)和屋頂桁架等組件至關(guān)重要，它們可以創(chuàng)建復(fù)雜的設(shè)計和幾何形狀，確保組件在組裝過程中無縫裝配在一起［1］。

（2）材料多樣性。數(shù)控機(jī)床可以加工多種材料，包括木材、金屬、塑料和復(fù)合材料，這種多功能性可進(jìn)行多種結(jié)構(gòu)選擇和設(shè)計。

（3）提高效率并減少浪費(fèi)。數(shù)控加工的自動化特性可將材料浪費(fèi)降至最低，它優(yōu)化了材料的使用，從而降低了成本并有助于環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

簡而言之，機(jī)械臂和機(jī)械手以及數(shù)控機(jī)床在裝配式建筑中的應(yīng)用引領(lǐng)了行業(yè)的重大變革。這些智能機(jī)械設(shè)備簡化了制造和裝配流程，從而能提高效率、減少勞動力需求、提高精度并增強(qiáng)整體質(zhì)量控制。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，可以期待自動化機(jī)械的進(jìn)一步創(chuàng)新，為未來更高效、更可持續(xù)的預(yù)制建筑方法鋪平道路。

2.2 先進(jìn)的安裝和運(yùn)輸工具

智能化機(jī)械施工設(shè)備在裝配式建筑構(gòu)件的安裝和運(yùn)輸中也有重要應(yīng)用。這些先進(jìn)的工具優(yōu)化了材料和模塊的移動，可確保施工過程中高效、精確地放置。

2.2.1 起重機(jī)系統(tǒng)

起重機(jī)系統(tǒng)在預(yù)制建筑中至關(guān)重要，以其卓越的多功能性和精確性，可有效提升并定位重型建筑構(gòu)件。當(dāng)配備智能功能時，它們將成為建筑工地上更有價值的資產(chǎn)。

（1）精確定位。先進(jìn)的起重機(jī)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)極其精確的定位，它們可以以毫米精度放置預(yù)制模塊，可確保組件在組裝過程中無縫對齊。

（2）安全性增強(qiáng)。智能起重機(jī)系統(tǒng)配備了傳感器和監(jiān)控裝置，可增強(qiáng)安全性。它們可以檢測潛在的危險，例如超載，并自動調(diào)整操作或向操作員發(fā)送警報以防止事故發(fā)生［2］。

（3）遠(yuǎn)程操作。一些起重機(jī)系統(tǒng)可以遠(yuǎn)程操作，允許操作員在安全距離內(nèi)控制它們，該功能在處理易碎或危險材料時特別有用。

2.2.2 傳送帶和自動導(dǎo)引車（AGV）

傳送帶和AGV是預(yù)制建筑運(yùn)輸系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，它們在施工現(xiàn)場可高效地移動材料和部件，減少了人工搬運(yùn)并改善了物流。

（1）物料流優(yōu)化。傳送帶和AGV旨在簡化物料流。他們可以將部件從制造區(qū)域無縫運(yùn)輸?shù)窖b配現(xiàn)場，從而最大限度地減少停機(jī)時間和勞動力需求。

（2）空間效率。這些系統(tǒng)具有空間效率，因為它們可以穿過狹窄或擁擠的區(qū)域，這種靈活性可以提高建筑施工區(qū)域的空間利用率。

（3）自動控制。AGV通常配備傳感器和導(dǎo)航系統(tǒng)，使其能夠自主運(yùn)行，它們可以避開障礙物并調(diào)整路線，確保物資運(yùn)輸過程順利進(jìn)行［3］。

（4）減少勞動力依賴。自動化材料運(yùn)輸顯著減少了建筑項目中裝卸和搬運(yùn)材料的人工勞動，這不僅節(jié)省了時間，還最大限度地降低了工人受傷的風(fēng)險。

總而言之，先進(jìn)的安裝和運(yùn)輸工具，包括起重機(jī)系統(tǒng)、傳送帶和AGV，已成為預(yù)制建筑領(lǐng)域不可或缺的一部分。它們帶來的精確度、安全性和效率提升對項目成功至關(guān)重要［4］。這些智能化機(jī)械施工設(shè)備減少了對勞動力的依賴，優(yōu)化了物料流程，并縮短了整體項目時間，使其成為現(xiàn)代施工流程的關(guān)鍵組成部分。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，這些工具預(yù)計將變得更加實(shí)用，并集成到整個建筑生態(tài)系統(tǒng)中，從而進(jìn)一步提高預(yù)制建筑的效率和效果。

2.3 監(jiān)測和控制系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)與智能化機(jī)械施工設(shè)備集成，處于提高預(yù)制建筑項目效率、安全和質(zhì)量的最前沿。本節(jié)探討物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 設(shè)備和實(shí)時數(shù)據(jù)分析在這方面發(fā)揮的重要作用。

2.3.1 物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備是現(xiàn)代建筑的基石，它們與智能設(shè)備的集成徹底改變了建筑工地的管理和控制方式，這些設(shè)備配備了傳感器和連接功能，可以進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)收集和通信。

（1）資產(chǎn)跟蹤。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可實(shí)時追蹤設(shè)備、材料和組件的位置與狀態(tài)，確保資產(chǎn)動向盡在掌握，從而有效降低丟失或被盜風(fēng)險［5］。

（2）環(huán)境監(jiān)測。建筑工地可以配備物聯(lián)網(wǎng)傳感器來監(jiān)測溫度、濕度和空氣質(zhì)量等環(huán)境條件。這些數(shù)據(jù)對于確保施工人員的最佳工作條件和安全至關(guān)重要。

（3）設(shè)備健康狀況。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以監(jiān)控機(jī)器和設(shè)備的健康狀況和性能。它們收集溫度、壓力和振動等變量的數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)測性維護(hù)，以防止故障和代價高昂的停機(jī)。

（4）安全性。物聯(lián)網(wǎng)安全系統(tǒng)通過監(jiān)控接入點(diǎn)、實(shí)時檢測入侵并發(fā)出警報，可顯著提升站點(diǎn)安全防護(hù)能力。

（5）能源效率。物聯(lián)網(wǎng)傳感器可通過監(jiān)控照明、暖通空調(diào)系統(tǒng)和其他耗電設(shè)備來管理建筑工地的能源消耗。這可以節(jié)省成本并減少建設(shè)項目的環(huán)境足跡。

2.3.2 實(shí)時數(shù)據(jù)分析

由物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和復(fù)雜軟件提供的實(shí)時數(shù)據(jù)分析為施工團(tuán)隊提供了可行的數(shù)據(jù)支持，可助力做出明智決策并優(yōu)化流程。

（1）效率提高。數(shù)據(jù)分析可以識別施工工作流程中的瓶頸和低效率。通過分析實(shí)時數(shù)據(jù)，項目經(jīng)理可以即時進(jìn)行調(diào)整，確保運(yùn)營更順暢并及時交付項目［6］。

（2）質(zhì)量控制。實(shí)時數(shù)據(jù)分析可以識別出現(xiàn)的質(zhì)量問題。例如，如果數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)的部件不符合規(guī)格，系統(tǒng)可以觸發(fā)警報，以便立即采取糾正措施。

（3）資源配置。通過分析設(shè)備使用情況、材料消耗、勞動生產(chǎn)率等數(shù)據(jù)，施工團(tuán)隊可以優(yōu)化資源配置，這確保了資源被分配到最需要的地方，從而減少浪費(fèi)。

（4）安全增強(qiáng)。實(shí)時數(shù)據(jù)分析可以檢測施工現(xiàn)場的不安全狀況或行為。例如，如果工人在沒有適當(dāng)安全裝備的高風(fēng)險區(qū)域作業(yè)，系統(tǒng)可以發(fā)出警告或關(guān)閉操作，直到采取安全措施［7］。

（5）項目進(jìn)度跟蹤。實(shí)時數(shù)據(jù)分析可為項目經(jīng)理提供最新的進(jìn)度報告，這樣可以準(zhǔn)確跟蹤每個項目節(jié)點(diǎn)并確保項目按計劃進(jìn)行。

總之，在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和實(shí)時數(shù)據(jù)分析的支持下，監(jiān)控系統(tǒng)支持對施工全過程、各領(lǐng)域的動態(tài)監(jiān)控和管理。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，智能化機(jī)械施工設(shè)備與監(jiān)控系統(tǒng)的集成將在建筑行業(yè)中發(fā)揮越來越關(guān)鍵的作用，強(qiáng)化運(yùn)用技術(shù)革新，是預(yù)制建筑領(lǐng)域保持競爭優(yōu)勢和卓越品質(zhì)的不二法門。

3 結(jié)語

總之，智能化機(jī)械施工設(shè)備已成為徹底改變裝配式建筑格局的關(guān)鍵力量，它在提高效率、增強(qiáng)安全性、降低成本和確保一流質(zhì)量方面發(fā)揮著重要作用。

展望建筑行業(yè)未來，必須堅持創(chuàng)新并投資先進(jìn)技術(shù)，深挖智能機(jī)械施工裝備的巨大潛力。鼓勵該領(lǐng)域的持續(xù)研究和開發(fā)，并促進(jìn)技術(shù)專家和建筑專業(yè)人員之間的合作，從而為建筑行業(yè)塑造更光明的未來。

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