淺談智能建造設備在建筑行業(yè)中的應用優(yōu)勢

蘇黎文, 代 江

中國葛洲壩集團第二工程有限公司,四川 成都 610091

0 引言

智能建造設備的產生和應用可以稱之為在傳統建筑基礎上發(fā)生的一次巨大的行業(yè)變革,過去傳統建筑工地繁重、危險、效率低下的工作,現在可以由機器人完成。智能建造機器人通過接受各種指令,完成一些過去由人工完成的工作,每個工序按照規(guī)范有條不紊的進行。另外,在需要測量數據時,還可以通過應用智能實測實量工具,實現數據自動統計上傳云端,并完成數據智能分析。這場技術變革來自于智能設備技術與建筑智能建造產業(yè)的深度融合[1],可實現建筑的自動化管理及運行,能夠提高施工效率,提升質量,減少成本,降低安全風險[2]。

1 傳統建筑施工存在的問題

在傳統建筑施工過程中,施工環(huán)境往往污染嚴重,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。由于傳統建筑業(yè)勞動強度大、工作環(huán)境差、安全風險高等問題,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”現象不斷加劇。

目前,建筑施工工地上的施工作業(yè)人員,學歷較低的外來務工人員是主力軍,由于他們未接受過專業(yè)學習培訓教育,依靠經驗進行施工,導致每個人的施工水平參差不齊,施工質量無法得到統一保證。另外作業(yè)人員安全意識不強也是普遍存在的現象,所以整體工程質量、安全難以得到保證。

同時,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,導致施工總體進度減緩,往往不能按施工計劃完成預定目標。

2 智能建造設備的應用優(yōu)勢

2.1 保障施工安全

智能建筑機器人的應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,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)人員出現安全事故的風險概率,有效提高建筑工程施工現場的安全性,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的工作,例如外墻抹灰、外墻噴涂、玻璃幕墻等,而使用機器人后,就可以把這些比較危險的工作交給機器人進行,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器人進行,工人只需要在一旁進行監(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器人,砌墻時切磚、放磚可以讓砌墻機器人完成。最后,工人可以讓它們去完成許多重復、繁瑣項目的工作,使得自己能夠有足夠的休息時間,保持更好的工作狀態(tài),避免因疲勞施工導致安全事故的發(fā)生。

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

圖1 外墻噴涂機器人

2.2 降低施工中對人體帶來的傷害

傳統施工中,很多施工工序對人體傷害特別大,比如膩子打磨、粉刷、管道噴油漆等,因為施工過程中產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,可以將這類傳統施工如打磨、粉刷等工作交給混凝土內墻面打磨機器人(見圖2)、混凝土天花打磨機器人(見圖3)、油漆噴涂機器人完成,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),危險系數也很高,而外墻噴涂機器人代替人工后,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 混凝土內墻面打磨機器人

圖3 混凝土天花板打磨機器人

2.3 提高質量合格率

由于建筑機器人施工的準確性高,因此能夠避免很多工人施工中出現的人為錯誤。智能建筑機器人擁有更加科學的算法,能夠準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)的質量,避免出現人為施工誤差,只要提前設定好算法和程序,智能建筑機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)時使用手扶設備進出作業(yè)場地容易留下腳印,不僅消耗大量體力,腳印問題也常常導致后續(xù)反復加工,任務繁重且效率低下。但采用機器人的話,直接用平板終端設置好規(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器人?；炷琳綑C器人(見圖4)借助激光水平儀作為高精度標高體系,實現混凝土地面的自動無人化整平施工。經第三方檢測,使用機器人后,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。經過機器人的振搗提漿,混凝土更加密實,防水性更強。外墻噴涂機器人的工作效率是人工的3～5倍,噴涂平整均勻,提高了質量合格率。

圖4 混凝土整平機器人

2.4 提高工作效率

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

2.5 操作便捷,方便計算與數據保存

使用智能設備能夠通過設備本身強大的芯片及自主知識產權軟件,對現場所需的數據進行快速收集、計算、保存。例如土方量測量無人機,可以一鍵采集地形信息,土石方量快速計算,效率是人工的40倍,可節(jié)省成本20%以上。三維測繪機器人由機器人自動規(guī)劃路徑到達待測區(qū)域,通過點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。智能實測實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,可將數據通過藍牙傳輸至手機客戶端,自動統計形成智能報表并上傳至云端,實現實測實量免計數、免讀數,提高實測效率和準確度,并實現數據智能分析。

2.6 與BIM結合使用能夠提前發(fā)現問題

在建筑的施工階段,利用人工智能技術打造建筑的BIM信息模型,能夠及時發(fā)現建筑施工過程中潛在的問題,并能提供相關數據建議,根據建議做出調整并把數據上傳給智能設備,幫助提升建筑的施工質量。在建筑的操作階段,通過物聯網技術能夠實現建筑數據在智能設備中的共享,并且可以通過監(jiān)測數據對現場的施工情況進行及時的了解,優(yōu)化現場的管理條件。在建筑檢查階段,BIM建筑技術能夠利用大數據以及智能監(jiān)測等方式,對施工階段的數據進行核對,避免出現失誤[4]。

2.7 降低施工成本

智能機器人的應用提高了工作效率,大大縮短了工期,由于它保證了施工的準確性和質量的穩(wěn)定性,能夠降低項目的延期風險,甚至能夠縮短施工時間,同時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)省施工費用。

3 結束語

建筑行業(yè)未來的趨勢是新技術會慢慢代替一些傳統施工方法,改變項目的進行方式。由于施工作業(yè)人員老齡化的問題,預計以后的建筑行業(yè)對于體力勞動的需求會減少,因為大多數工作都可以使用建筑機器人來完成。建筑機器人具有高效性與準確性能,夠快速完成施工作業(yè),而且不會有體力上的限制[5]。

建筑工程施工現場融入智能建造設備已經成為必然趨勢。與傳統建筑方式相比,建筑機器人優(yōu)勢明顯,能保障施工安全、提升施工質量、提高施工效率,同時能提升建筑施工的綜合效益。建筑施工人員和管理人員應當充分認識到智能建造設備在施工現場中的重要作用,完善建筑施工智能建造設備技術應用的信息化基礎設施,為智能建造設備的應用奠定堅實的基礎。建筑行業(yè)要實現可持續(xù)發(fā)展,需要順應信息化時代的發(fā)展趨勢,朝著智能化建設的趨勢推動建筑行業(yè)施工技術結構的轉變,引用先進的智能化技術,推動建筑行業(yè)的健康高質量發(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量提出了越來越高的要求,這些需求具有綜合性、超前性、實用性等特點,必須通過智能建造現代化設備來實現。智能建造機器人滿足了現代化信息社會對建筑物的特別需求,也將成為一個國家科學技術和文化發(fā)展水平的重要標志。智能建筑是時代發(fā)展的人類智慧結晶,是高科技技術與現代建筑的完美結合,將引領建筑行業(yè)快速進入現代化[6]。