建筑施工設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)的分析與研究

陳爽

摘? 要：自動(dòng)化技術(shù)對(duì)人類的進(jìn)步和發(fā)展起到了極大的促進(jìn)作用，也是未來建筑施工一大趨勢(shì)。近年來，隨著建筑施工水平的不斷提高，自動(dòng)機(jī)器人、BIM、工廠化與裝配化施工等智能化與自動(dòng)化技術(shù)在建筑業(yè)應(yīng)用愈加廣泛。文章研究的建筑施工設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)主要是指施工機(jī)械的自動(dòng)化與信息化的集合，以智能化和智慧化的手段促進(jìn)建筑施工的組織效率提升。文章結(jié)合自動(dòng)化技術(shù)在建筑施工中的應(yīng)用價(jià)值、發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用瓶頸，對(duì)如何在施工中更好地應(yīng)用該技術(shù)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：建筑施工;自動(dòng)化;技術(shù);應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TU765? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）17-0145-02

Abstract： Automation technology has played a great role in promoting the progress and development of human beings， and it is also a major trend of building construction in the future. In recent years， with the continuous improvement of the level of building construction， automatic robot， BIM， factory and assembly construction and other intelligent and automation technologies are more and more widely used in the construction industry. The automation technology of construction equipment studied in this paper mainly refers to the collection of automation and information of construction machinery， which promotes the organizational efficiency of building construction by means of intelligence and intelligence. Combined with the application value， development trend and application bottleneck of automation technology in building construction， this paper analyzes how to apply this technology better in construction.

Keywords： construction; automation; technology; application

相較國(guó)外建筑施工設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)的運(yùn)用，我國(guó)起步較晚，還處于追趕階段。在建筑施工設(shè)備自動(dòng)化發(fā)展過程中雖然取得明顯突破，但是遇到的問題也較多，實(shí)際解決的很多問題也是經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)的反復(fù)論證，還有待進(jìn)一步提高。

1 自動(dòng)化技術(shù)在建筑施工中的應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展趨勢(shì)

1.1 建筑施工設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)概述

狹義的建筑施工自動(dòng)化技術(shù)指的是施工機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化，傳統(tǒng)建筑施工依賴人力，但是隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，這種方式明顯不適合現(xiàn)代建筑的發(fā)展，尤其道路、橋梁和樓宇建筑，依靠人力施工是不可能實(shí)現(xiàn)效果的。早在古代，人類就發(fā)明了滾筒、滑輪組等裝置提升施工的自動(dòng)化水平。進(jìn)入工業(yè)時(shí)代以后，建筑施工的設(shè)備自動(dòng)化水平更是日益提高。而廣義上的建筑施工設(shè)備的自動(dòng)化指的是工程機(jī)械的自動(dòng)化和信息化的結(jié)合，尤其是采用BIM等技術(shù)提升組織化的水平，采用集成自動(dòng)化和智能化的手段，降低人力投入，最為典型的例子就是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，讓機(jī)械自主學(xué)習(xí)，通過深度學(xué)習(xí)應(yīng)對(duì)事故突發(fā)情況。建筑機(jī)械在施工中具有檢測(cè)和預(yù)警功能，彌補(bǔ)人為施工的不足，提升精度。比如通過自動(dòng)化技術(shù)可以提高建筑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，比傳統(tǒng)人力的判斷要精確得多。

1.2 建筑施工自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值

首先，自動(dòng)化技術(shù)會(huì)提升建筑施工的效率，減少人力的使用，大大地加快工程的進(jìn)度。在施工中，如果過度依賴人力，那么施工的組織水平就會(huì)大大下降。在傳統(tǒng)施工中，很多機(jī)械都需要人力操作，不僅使用復(fù)雜，而且會(huì)因?yàn)槿藶橐蛩貙?duì)工程質(zhì)量造成破壞。而采用自動(dòng)化設(shè)備，通過自主操作，減少人的主觀因素造成的破壞，確保各項(xiàng)指標(biāo)更符合要求。

其次是自動(dòng)化技術(shù)會(huì)促進(jìn)工程建筑事業(yè)的發(fā)展，不僅會(huì)提高生產(chǎn)力，而且還能夠解決許多傳統(tǒng)施工技術(shù)造成的問題。比如自動(dòng)化技術(shù)的AR功能，能夠更好地觀察施工對(duì)象的狀況，進(jìn)行全方位的檢測(cè)。而依靠人為檢測(cè)，往往會(huì)出現(xiàn)很大的誤差，坐標(biāo)計(jì)算容易出現(xiàn)失誤。單目攝像的應(yīng)用也是如此，在圖形圖像的處理中能夠提升工作效率。BIM計(jì)算更是如此，能夠通過工程輔助對(duì)工程造價(jià)有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)。

第三是自動(dòng)化技術(shù)將會(huì)成為施工中的主要方式，在許多工程項(xiàng)目中，都會(huì)依賴自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行施工，不僅包括測(cè)繪、檢測(cè)、驗(yàn)收等環(huán)節(jié)，在施工中也會(huì)越來越多用到自動(dòng)化技術(shù)。自動(dòng)化設(shè)備將會(huì)成為主流，施工組織將會(huì)像汽車制造裝備一樣，出現(xiàn)流水線模式，尤其是未來裝配式建筑的發(fā)展，會(huì)讓現(xiàn)場(chǎng)施工的自動(dòng)化水平進(jìn)一步提升，管理人員可以通過自動(dòng)化方式遠(yuǎn)程遙控設(shè)備，實(shí)現(xiàn)少人化甚至是無任何作業(yè)。

1.3 建筑施工自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

未來，為了保障工人的安全，降低施工中的危險(xiǎn)因素，有效提高效率和降低成本，自動(dòng)化技術(shù)將會(huì)有著更為廣泛的應(yīng)用。到目前為止，這一趨勢(shì)已經(jīng)在三個(gè)方面呈現(xiàn)出來：一是建筑工程施工的工廠化與裝配化，大量裝配式建筑的出現(xiàn)，決定了未來建筑行業(yè)會(huì)像汽車流水線一樣，采用自動(dòng)化的標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)模式，而且在未來，建筑的通用性會(huì)越來越高，就像汽車工業(yè)一樣，完全采用標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件生產(chǎn)，人工操作非常容易產(chǎn)生誤差。二是在各個(gè)施工環(huán)節(jié)中大量使用專項(xiàng)的自動(dòng)化施工設(shè)備，比如電子推土機(jī)，智能挖掘機(jī)，24小時(shí)作業(yè)的自動(dòng)化操作設(shè)備。在國(guó)外這類設(shè)備已經(jīng)在投入使用，日本發(fā)明了一種自動(dòng)化機(jī)械履帶式鏟車，該車輛可以無人駕駛，自主監(jiān)控，在程序設(shè)定下，通過有效的識(shí)別方式單獨(dú)作業(yè)，而無需人為控制，其可靠性極高，甚至超過了傳統(tǒng)人為作業(yè)。三是智能化施工機(jī)械和相應(yīng)的全新施工方式開始出現(xiàn)。不可否認(rèn)，自動(dòng)化施工提高了施工效率、降低了投資成本以及更大程度地保證了安全生產(chǎn)，促進(jìn)了建設(shè)工程體系化，即圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、材料生產(chǎn)、現(xiàn)場(chǎng)施工三者間要緊密聯(lián)系和完美銜接，但是自動(dòng)化設(shè)備的應(yīng)用還應(yīng)該更進(jìn)一步，未來會(huì)向建筑施工機(jī)器人的方向發(fā)展，比如樓宇爆破等危險(xiǎn)作業(yè)中，由機(jī)器人執(zhí)行，這就要求設(shè)備具備自動(dòng)識(shí)別、調(diào)整和程序變更的功能。

2 我國(guó)建筑施工設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用瓶頸

2.1 自動(dòng)化水平較低

雖然現(xiàn)在自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)有很大的發(fā)展，但是還是會(huì)遇到不少的瓶頸，如技術(shù)和設(shè)備的集成，復(fù)雜工作程序如何分解為簡(jiǎn)單的單一動(dòng)作，如何預(yù)知工程項(xiàng)目中的不可控因素，根據(jù)工況的變化讓自動(dòng)化設(shè)備執(zhí)行復(fù)雜性的工作。我國(guó)作為發(fā)展中國(guó)家，大量的建筑企業(yè)都已經(jīng)采用大規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，但是自動(dòng)化技術(shù)水平還相對(duì)薄弱。而建筑施工設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)水平相比國(guó)外相對(duì)落后，可知我國(guó)的建筑設(shè)備施工自動(dòng)化技術(shù)還處于最初級(jí)的發(fā)展階段，仍然有非常巨大的發(fā)展空間。

2.2 自動(dòng)化人才缺乏

一方面是自動(dòng)化研發(fā)人才較少，日本發(fā)明了能夠獨(dú)立操作無人駕駛的建筑工地車輛，但是我國(guó)顯然還不具備這一條件，人工智能技術(shù)和國(guó)外差距較大，而自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展緩慢的原因之一，是人才的缺少，所以即使有現(xiàn)成的技術(shù)運(yùn)用在工程機(jī)械中，我們也是大多引進(jìn)國(guó)外的設(shè)備和技術(shù)。另一方面是現(xiàn)場(chǎng)施工操作自動(dòng)化設(shè)備的水平較低，缺乏自動(dòng)化意識(shí)和思維，尤其是現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員，多以農(nóng)民工群體為主，對(duì)自動(dòng)化設(shè)備如何使用不甚了解。

2.3 成本因素

大量采用自動(dòng)化設(shè)備需要較高的成本，尤其是人工智能機(jī)器人等方面研發(fā)投入巨大，而且研發(fā)成功了也不一定適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)的情況。所以目前的設(shè)備多是平面運(yùn)行設(shè)備，如何開發(fā)高樓和其他環(huán)境的操作設(shè)備還是一個(gè)復(fù)雜的問題。單個(gè)開發(fā)某種自動(dòng)化不具備推廣性，考慮到當(dāng)前勞動(dòng)力成本的問題，企業(yè)還是愿意使用人力和傳統(tǒng)工程機(jī)械。

3 我國(guó)建筑施工設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用策略

要想實(shí)現(xiàn)建筑施工的信息化與自動(dòng)化，應(yīng)從以下三個(gè)方面入手：

3.1 加大自動(dòng)化技術(shù)水平

為進(jìn)一步降低建筑施工的勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)約利用建筑材料、大幅提高施工效率，應(yīng)該加大設(shè)計(jì)研發(fā)全套自動(dòng)化施工設(shè)備。建筑施工自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用中除了要解決建筑主體部分自動(dòng)化施工方面的問題，為了進(jìn)一步提高施工效率、節(jié)約投資成本和盡最大可能保證安全生產(chǎn)，還需要設(shè)計(jì)研發(fā)更高效的建筑裝修自動(dòng)化設(shè)備。對(duì)于我國(guó)建筑施工設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)的研發(fā)，我國(guó)應(yīng)該加大投入資金，一方面發(fā)展技術(shù)，一方面培養(yǎng)人才，兩手并抓，相信在未來的不久，建筑施工設(shè)備自動(dòng)化與信息化在我國(guó)不再是一個(gè)工程領(lǐng)域的概念，也不會(huì)在施工中處處依賴國(guó)外的技術(shù)與設(shè)備。在建筑施工設(shè)備自動(dòng)化發(fā)展的道路上，技術(shù)人才一把抓，熟練運(yùn)用技術(shù)，培養(yǎng)應(yīng)用型人才。

3.2 創(chuàng)新自動(dòng)化設(shè)備的研發(fā)

在研發(fā)中要善于創(chuàng)新，能夠根據(jù)工程項(xiàng)目的實(shí)際進(jìn)行自動(dòng)化設(shè)備研發(fā)，實(shí)現(xiàn)以需定產(chǎn)，而且還要根據(jù)實(shí)際情況不斷調(diào)整設(shè)備。比如根據(jù)日本履帶機(jī)器人經(jīng)驗(yàn)，在工地上設(shè)計(jì)無人駕駛自動(dòng)行走機(jī)器人和搬運(yùn)機(jī)器人，代替人力進(jìn)行運(yùn)輸。筆者認(rèn)為建筑自動(dòng)化操作要更多借鑒工程機(jī)器人自動(dòng)化的經(jīng)驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新，打造一套符合工地運(yùn)作的自動(dòng)化作業(yè)體系，并且在全國(guó)范圍內(nèi)逐漸推廣。

3.3 擴(kuò)大自動(dòng)化技術(shù)的使用規(guī)模

提升標(biāo)準(zhǔn)化的程度，擴(kuò)大建筑施工自動(dòng)化技術(shù)的適用范圍，比如建筑施工過程中應(yīng)盡可能使用BIM技術(shù)，通過BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)建筑施工的信息化與自動(dòng)化。建筑施工應(yīng)用BIM技術(shù)，通過建立建筑模型，模擬施工，以此獲取建筑施工過程中需要的信息，大大推進(jìn)了建筑施工的效率，對(duì)建筑施工自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展也具有極大的促進(jìn)意義。設(shè)備研發(fā)要經(jīng)濟(jì)實(shí)用，具備推廣價(jià)值，切忌花了巨大投入進(jìn)行研發(fā)，最終沒有實(shí)用價(jià)值。

4 結(jié)束語

隨著社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)勞動(dòng)力密集型方式逐漸落后，未來施工自動(dòng)化設(shè)備會(huì)逐步替代大量的人工，我們會(huì)看到越來越多無人駕駛設(shè)備在工地中行走。總的來說工程領(lǐng)域自動(dòng)化的應(yīng)用，在建設(shè)工程成本節(jié)約和安全保障方面起到了巨大的作用，使看不見的盲區(qū)轉(zhuǎn)化為看得見可控制的形式。只有不斷地完善和改進(jìn)建筑施工設(shè)備的自動(dòng)化技術(shù)，成熟地運(yùn)用施工設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)，才可以減少人員傷亡事件，提高生產(chǎn)收益。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋國(guó)棟，趙鯤鵬，王梓任.談土木施工工程機(jī)械自動(dòng)化[J].電子制作，2013（23）.

[2]解開宏.淺析自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械工程中的運(yùn)用[J].商品與質(zhì)量，2017（13）.

[3]趙夏清.論機(jī)械自動(dòng)化在土木工程施工中應(yīng)用[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2015（8）：64-66.

[4]李進(jìn)強(qiáng).機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化技術(shù)研究[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2018（5）：229.

[5]何挺繼.工程施工機(jī)械的自動(dòng)化與無人化技術(shù)[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，1997（2）：2-4+41.