机械自动化在建筑工程上的应用

邢伟兵

（阳泉鹏飞建筑安装有限公司，山西阳泉 045000）

0 引言

工程机械是装备制造业的重要组成部分[1]，品类众多被广泛用在建筑、水利、电力、道路等领域，为了使工程机械更好、更专业的服务于各行业，机械自动化技术运用到工程机械中，以实现自动化控制。伴随科学技术的快速发展，机械自动化技术在建筑领域某些方面取得很大的成就。

1 机械自动化在建筑机械上应用历史与现状

1.1 机械自动化应用历史

机械自动化技术应用与建筑机械研究始发于50年代，80年代后期，研究开发的速度加快。目前，西方一些发达国家及我国哈尔滨工业大学、中科院沈阳自动化所等在进行建筑机械自动化的研究方面取得一定的成绩。机械自动化应用在建筑领域方面，主要是建筑机械、测量仪器等。机械自动化应用与建筑机械装备的主要有：推土机、平地机、挖掘机、装载机、起重机、基础工程机械、凿岩机、路面铺设机械、道路维护机械、检测机械、PC桥架设机械等[2]。

1.2 机械自动化发展现状

纵观国内外，建筑机械实施机械自动化是历史发展的潮流趋势。从施工作业情况分类：可实施多种作业的通用性建筑机械；实施单一作业的专用型建筑机械。

通用性建筑机械实现机械自动化需要人工干预。因为，此类建筑机械设备功能强大，通常需要执行复合型（多动作合成），工况多变，不易分解成简单的单一动作，完全实现全自动化较为困难。

当前，随着电子控制技术的飞速发展，控制手段的不断提高，产生了新型的电子挖掘机、电子推土机等。此类自动化程度高的机械设备可用于建筑施工中的专项作业。

为了更好的发挥机械自动化的优势，在进行建筑施工设计时，可以将施工工艺进行细化，对于适合建筑机械自动化设备施工的，由建筑设备施工，可实现24小时作业，施工能力强，有利于提高工程进度，优化施工质量。比如：日本研制的自动化建筑机械—履带式铲车。该设备采用惯性导航法原理，通过通信网络系统，能够自行操作、自行监控，依靠计算机控制与自行识别，能够在无人驾驶的情况下单独作业。可靠性能良好，可以适合无人区、海底、其他星球等危险性的区域进行施工作业。此类建筑机械设备必须具备能力：自身有控制、识别位置、姿势的能力；能自动设定操作、控制程序的能力；自动识别周围环境，依据判断，及时作出控制程序调整变更的能力。

2 建筑机械自动化控制技术内容

建筑工程施工中，施工机械通常在地表平整度差、工况差、环境粉尘大等现场从事工作。比如：建筑施工进行的地基开挖、建筑拆除工程等。要求机械自动化设备在工地具有确认自身方位的能力，即辨别位置能力；不得与工地其他设备、车辆等发生擦碰，即安全管理机能；施工过程中，能按照程序指定路线行进，即诱导机能；施工对象（土、砂、岩石等）识别能力；另外，多台机械、车辆共同进行施工作业时，具备配合能力，即机群控制适应能力。

2.1 辨别位置能力

辨别位置能力指的是机械设备拥有自动识别位置方位的能力。也就是机械设备配备自动识别系统。通常机械设备采用外部位置识别法、内部位置识别法。外部位置识别法一般在工地设立几处基准点，借助超声波或电磁波测定其位置的方法；内部位置识别法是利用速度测定传感器及回转式角度传感器等测定设备行走参数，从而确立运动及方位变化的能力。

2.2 位置诱导机能

指在机械自动化施工中，机械设备需要安全指定线路施工作业，若位置辨别机能确定施工作业偏离指定线路，此时设备必须具备自动修正的控制能力，即位置诱导机能。

2.3 施工对象识别能力

机械自动化施工作业中，机械设备要及时掌控施工对象的位置、大小等参数，即施工对象识别能力。通常采用超声波传感技术或画像处理技术实现[3]。

2.4 安全管理机能

机械自动化施工中，通常需要多设备、多车辆配合施工。建筑材料堆放、其他施工设备运行都会给施工机械自动化设备带来障碍。因此，机械设备要有感应—警告—机械设备停止—安全诱导等能力。

2.5 机群控制能力

在多种机械设备共同配合施工时，如要实现自动化，需要有一个能把个作业机械设备或车辆方位、工况传送到中央集控室，再把中央集控室的指令传送到个机械设备的控制系统。

3 机械自动化在建筑工程机械中的应用

3.1 自动化压路机

压路机是常见的施工机械之一，目前自动化压路机已经配备检测装置、数据处理装置、中央控制系统、远程通讯等功能。通过施工现场预设基准点，将基准点数据传递到中央控制系统，控制系统将将位置信号转化成设备控制指令，通过无线通讯技术进行调整和校准设备[4]，以此实现压实作业。

3.2 推土机、挖掘机

推土机、挖掘机等土方建筑施工机械，实现自动化有利于提高施工效率、提升工程质量。上世纪70年代最早在挖掘机的铲斗和推土机的铲刀上运用自动化控制装置，其主要元件为投光器、感光器、控制系统等组成。但该装置存在速度响应问题，没能得到推广使用。随着电子技术的发展，90年代，日本学者北郁夫研究的KOMATSU Laser leveling sustem系统实现推土机行进速度5 km/h时，平整度误差控制在3 cm范围内。此系统也应用与液压挖掘机。

4 未来发展方向

发展高精度、高性能，有感知能力的系统；开发拥有行走操纵的控制系统；开发深海、高空、地下施工机械；多台施工机械实现无人化作业；研究新工艺、新技术以适应机械自动化、无人化施工。

5 小结

随着科学技术水平的提高，机械自动化将会在建筑工程中发挥更大作用。机械自动化必将给人类带来更加广阔的施工空间。机械自动化技术必将为人类发掘更多的奥秘。

［1］邵杰，张勇.自动化技术在工程机械使用中的应用效用探讨［J］.中国石油和化工标准与质量，2011（09）：140.

［2］龙伟才.浅谈建筑工程施工中机械自动化［J］.江苏商报·建筑界，2013（17）：23.

［3］赵英利，陈春慧，尚云龙.谈土木施工工程机械自动化［J］.森林工程，2002（02）：63-64.

［4］陈来庆.建筑机械自动化应用技术和发展探究［J］.中国建材科技，2013（04）：68-69.