浅谈智能建造设备在建筑行业中的应用优势

苏黎文, 代 江

中国葛洲坝集团第二工程有限公司,四川 成都 610091

0 引言

智能建造设备的产生和应用可以称之为在传统建筑基础上发生的一次巨大的行业变革,过去传统建筑工地繁重、危险、效率低下的工作,现在可以由机器人完成。智能建造机器人通过接受各种指令,完成一些过去由人工完成的工作,每个工序按照规范有条不紊的进行。另外,在需要测量数据时,还可以通过应用智能实测实量工具,实现数据自动统计上传云端,并完成数据智能分析。这场技术变革来自于智能设备技术与建筑智能建造产业的深度融合[1],可实现建筑的自动化管理及运行,能够提高施工效率,提升质量,减少成本,降低安全风险[2]。

1 传统建筑施工存在的问题

在传统建筑施工过程中,施工环境往往污染严重,包括噪音污染、泥浆污染、灰尘固体悬浮物污染等,长期在这样的环境中工作,会对人体造成不可逆的伤害。由于传统建筑业劳动强度大、工作环境差、安全风险高等问题,不仅对身体伤害大,对年轻人吸引力也持续下降,建筑行业“招工难”“用工荒”现象不断加剧。

目前,建筑施工工地上的施工作业人员,学历较低的外来务工人员是主力军,由于他们未接受过专业学习培训教育,依靠经验进行施工,导致每个人的施工水平参差不齐,施工质量无法得到统一保证。另外作业人员安全意识不强也是普遍存在的现象,所以整体工程质量、安全难以得到保证。

同时,由于工地施工人员老龄化的问题日趋加重,工地作业人员多为中老年人,工作的效率也大大折扣,导致施工总体进度减缓,往往不能按施工计划完成预定目标。

2 智能建造设备的应用优势

2.1 保障施工安全

智能建筑机器人的应用能够完成一部分建筑施工人员无法直接完成的施工任务,或者是替代施工作业人员完成高危和高空作业等,降低施工作业人员出现安全事故的风险概率,有效提高建筑工程施工现场的安全性,降低建筑工程施工过程中的损失。

首先,工程施工往往有一些比较危险的工作,例如外墙抹灰、外墙喷涂、玻璃幕墙等,而使用机器人后,就可以把这些比较危险的工作交给机器人进行,能够保证工人的安全[3](见图1)。其次,一些体力活也可以交给机器人进行,工人只需要在一旁进行监督,不需要消耗太多的体力,比如大理石壁板、天花板等的安装可以交给板材安装机器人,砌墙时切砖、放砖可以让砌墙机器人完成。最后,工人可以让它们去完成许多重复、繁琐项目的工作,使得自己能够有足够的休息时间,保持更好的工作状态,避免因疲劳施工导致安全事故的发生。

建筑机器人的使用,不仅提高了施工质量和效率,而且保障了施工安全,降低了劳动强度,同时又能够吸引年轻人进入工地,重塑行业格局。

图1 外墙喷涂机器人

2.2 降低施工中对人体带来的伤害

传统施工中,很多施工工序对人体伤害特别大,比如腻子打磨、粉刷、管道喷油漆等,因为施工过程中产生的粉尘及油漆本身的刺激性气味,即便戴了口罩,长期处在这样环境中也会对人体造成不可逆的伤害,容易引发尘肺病。为避免这样的情况发生,可以将这类传统施工如打磨、粉刷等工作交给混凝土内墙面打磨机器人(见图2)、混凝土天花打磨机器人(见图3)、油漆喷涂机器人完成,它们还具备自动吸尘的功能,可以改善施工作业环境,可降低施工对环境的污染,最大程度减少了粉尘、油漆对人体的伤害。又比如外墙高空作业,危险系数也很高,而外墙喷涂机器人代替人工后,如蜘蛛侠般在外墙自如爬升,从根本上避免了高空坠落安全事故的发生。

图2 混凝土内墙面打磨机器人

图3 混凝土天花板打磨机器人

2.3 提高质量合格率

由于建筑机器人施工的准确性高,因此能够避免很多工人施工中出现的人为错误。智能建筑机器人拥有更加科学的算法,能够准确地控制建筑施工作业的精度,可以通过智能化程序和算法提高施工作业的质量,避免出现人为施工误差,只要提前设定好算法和程序,智能建筑机器人就能够无误差地开展施工作业。例如混凝土地面整平工序,工人施工作业时使用手扶设备进出作业场地容易留下脚印,不仅消耗大量体力,脚印问题也常常导致后续反复加工,任务繁重且效率低下。但采用机器人的话,直接用平板终端设置好规划路径就可以自动完成工作了,操作人员可以保持在安全距离以外控制机器人。混凝土整平机器人(见图4)借助激光水平仪作为高精度标高体系,实现混凝土地面的自动无人化整平施工。经第三方检测,使用机器人后,混凝土完成面的水平度与平整度,抽检合格率比传统人工施工提高了10%,使用其施工,水平度合格率能稳定地控制在95%以上。经过机器人的振捣提浆,混凝土更加密实,防水性更强。外墙喷涂机器人的工作效率是人工的3～5倍,喷涂平整均匀,提高了质量合格率。

图4 混凝土整平机器人

2.4 提高工作效率

智能建筑机器人具有更强的动力,可以长时间、持续地开展施工作业,加快建筑施工建设的速度。把工人与机器人各自的优势结合到一起,将工人的工作重点放在一些必须人工操作的工作上,将建筑机器人放在对于速度、力量等有需求的工作上,可以大大提高工作效率。例如在使用喷漆机器人时,为保证喷漆时不污染到其他构配件,大面喷漆由智能机器人完成,边角地方由人工拿刷子进行施工,这样既保证了施工质量,又最大化提高了工作效率。

2.5 操作便捷,方便计算与数据保存

使用智能设备能够通过设备本身强大的芯片及自主知识产权软件,对现场所需的数据进行快速收集、计算、保存。例如土方量测量无人机,可以一键采集地形信息,土石方量快速计算,效率是人工的40倍,可节省成本20%以上。三维测绘机器人由机器人自动规划路径到达待测区域,通过点云扫描仪快速精确自动扫描测量墙面、柱面的平整度和垂直度。智能实测实量工具包括智能靠尺、智能测距仪、智能卷尺、智能阴阳角尺等,可将数据通过蓝牙传输至手机客户端,自动统计形成智能报表并上传至云端,实现实测实量免计数、免读数,提高实测效率和准确度,并实现数据智能分析。

2.6 与BIM结合使用能够提前发现问题

在建筑的施工阶段,利用人工智能技术打造建筑的BIM信息模型,能够及时发现建筑施工过程中潜在的问题,并能提供相关数据建议,根据建议做出调整并把数据上传给智能设备,帮助提升建筑的施工质量。在建筑的操作阶段,通过物联网技术能够实现建筑数据在智能设备中的共享,并且可以通过监测数据对现场的施工情况进行及时的了解,优化现场的管理条件。在建筑检查阶段,BIM建筑技术能够利用大数据以及智能监测等方式,对施工阶段的数据进行核对,避免出现失误[4]。

2.7 降低施工成本

智能机器人的应用提高了工作效率,大大缩短了工期,由于它保证了施工的准确性和质量的稳定性,能够降低项目的延期风险,甚至能够缩短施工时间,同时还降低了安全事故的发生。各种因素综合起来,就能够大大地节省施工费用。

3 结束语

建筑行业未来的趋势是新技术会慢慢代替一些传统施工方法,改变项目的进行方式。由于施工作业人员老龄化的问题,预计以后的建筑行业对于体力劳动的需求会减少,因为大多数工作都可以使用建筑机器人来完成。建筑机器人具有高效性与准确性能,够快速完成施工作业,而且不会有体力上的限制[5]。

建筑工程施工现场融入智能建造设备已经成为必然趋势。与传统建筑方式相比,建筑机器人优势明显,能保障施工安全、提升施工质量、提高施工效率,同时能提升建筑施工的综合效益。建筑施工人员和管理人员应当充分认识到智能建造设备在施工现场中的重要作用,完善建筑施工智能建造设备技术应用的信息化基础设施,为智能建造设备的应用奠定坚实的基础。建筑行业要实现可持续发展,需要顺应信息化时代的发展趋势,朝着智能化建设的趋势推动建筑行业施工技术结构的转变,引用先进的智能化技术,推动建筑行业的健康高质量发展。

随着建筑行业的迅猛发展,人们对建筑物的安全和质量提出了越来越高的要求,这些需求具有综合性、超前性、实用性等特点,必须通过智能建造现代化设备来实现。智能建造机器人满足了现代化信息社会对建筑物的特别需求,也将成为一个国家科学技术和文化发展水平的重要标志。智能建筑是时代发展的人类智慧结晶,是高科技技术与现代建筑的完美结合,将引领建筑行业快速进入现代化[6]。