建筑施工機(jī)器人在高層建筑施工中的應(yīng)用

建筑施工機(jī)器人在高層建筑施工中的應(yīng)用摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平的進(jìn)步，人工智能技術(shù)在各行業(yè)得到有效應(yīng)用，在此背景下，為提高建筑行業(yè)的技術(shù)水平，提高施工效率與質(zhì)量，在建筑施工場所，尤其是高層建筑施工中引入施工機(jī)器人已是大勢所趨，它對于提高高層建筑的施工效率，確保施工過程的安全性，減少安全事故的發(fā)生有積極的作用?；诖?，本文首先對建筑施工機(jī)器人的分類、在高層建筑施工中的優(yōu)勢等方面作簡要介紹，然后介紹幾類施工機(jī)器人在高層建筑施工中的具體應(yīng)用，最后就施工機(jī)器人在高層建筑施工中的應(yīng)用提出具體策略，以供參考。關(guān)鍵詞：建筑施工機(jī)器人；高層建筑施工作為一種先進(jìn)的智能技術(shù)，人工智能技術(shù)集虛擬仿真技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)及互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)等高新技術(shù)的所有優(yōu)勢，在各行各業(yè)得到快速的推廣與應(yīng)用。人工智能技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)需求采取不同的樣式，常見的是智能機(jī)器人，尤其是高層建筑施工場所，施工機(jī)器人的應(yīng)用起到了積極的作用，可以全面提高施工質(zhì)量與效率，降低施工難度，確保建筑高空作業(yè)的穩(wěn)定性與安全性。一、建筑施工機(jī)器人概述1.建筑施工機(jī)器人分類在建筑施工場地，存在多種功能不同的智能施工機(jī)器人，它們在建筑施工中發(fā)揮著舉足輕重的作用。當(dāng)前，在建筑行業(yè)使用頻率且實(shí)用性較高的包括墻體施工機(jī)器人、高空機(jī)器人、混凝土噴涂機(jī)器人等類型。其中，墻體施工機(jī)器人在施工中，多采用自動(dòng)化液壓技術(shù)以提高建筑材料之間的黏合度，將其應(yīng)用于建筑施工中，可以有效減少施工難度，提高墻體的堅(jiān)固性與穩(wěn)定性，該機(jī)器人多應(yīng)用于墻體面積大、范圍廣或者施工環(huán)境差的建筑施工項(xiàng)目中；高空機(jī)器人以足夠長度與強(qiáng)度的機(jī)械臂作為施工工具，通過水平垂直方向旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)進(jìn)行作業(yè)，而操作人員只需按動(dòng)物品系數(shù)按鈕，即可在較短的時(shí)間內(nèi)將施工所需材料運(yùn)送到高空中；混凝土噴涂機(jī)器人可以把存儲(chǔ)的混凝土材料，在密集孔隙內(nèi)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)頻率噴涂到建筑物的表面，并且噴涂厚度、密度等相對均勻，從而起到支撐建筑、確保建筑物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的作用。所以，在建筑施工項(xiàng)目中使用施工機(jī)器人，可以縮短施工時(shí)間，簡化施工流程，具有明顯的實(shí)用價(jià)值。2.建筑施工機(jī)器人在高層建筑施工中的優(yōu)勢隨著科技的進(jìn)步，智能設(shè)備及技術(shù)在建筑行業(yè)的應(yīng)用，必將給建筑項(xiàng)目施工帶來較大的促進(jìn)作用，主要體現(xiàn)在整體施工項(xiàng)目建設(shè)的方方面面，尤其是對當(dāng)前的現(xiàn)代化施工項(xiàng)目來說，施工機(jī)器人的應(yīng)用在各個(gè)施工環(huán)節(jié)都顯現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢，這正是智能技術(shù)與設(shè)備在實(shí)踐中應(yīng)用的原因之一。建筑施工機(jī)器人是多種機(jī)械設(shè)備綜合運(yùn)行的產(chǎn)物，受外界環(huán)境等因素的影響較小，例如在施工場所，不會(huì)受到大風(fēng)、暴雨等極端天氣的不利影響；并且抗壓強(qiáng)度較大，可以在多種不利環(huán)境中都保持較高的運(yùn)行狀態(tài)。并且施工機(jī)器人在實(shí)際應(yīng)用中，其操作是由一整套嚴(yán)格的內(nèi)部程序控制的，相較于人力操作，可以明顯降低失誤率，進(jìn)一步提高施工效率，技術(shù)人員只需完善編程技術(shù)，就能滿足多個(gè)施工流程的操作要求。此外，部分施工機(jī)器人還有改進(jìn)生產(chǎn)工藝的技能，它通過預(yù)告編制的程序?qū)ιa(chǎn)工藝進(jìn)行詳細(xì)的觀察與分析，然后利用模擬仿真操作把草圖轉(zhuǎn)化成縮略版模型，例如在建筑施工中，因技術(shù)等原因施工人員難以對設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行深入研究，可以利用該類型的技術(shù)設(shè)計(jì)相關(guān)實(shí)體模型進(jìn)行分析研究，從而對建筑設(shè)計(jì)了解得更詳細(xì)，進(jìn)而提高工作效率，使施工機(jī)器人在較短的時(shí)間內(nèi)配合施工人員完成多項(xiàng)工作，尤其是在地震等災(zāi)區(qū)施工機(jī)器人更能起到非常關(guān)鍵的作用。3.建筑施工機(jī)器人應(yīng)用現(xiàn)狀相關(guān)資料研究表明，在國家政策的大力支持下，科學(xué)技術(shù)進(jìn)展顯著，建筑施工機(jī)器人的市場需求逐漸增長，這也充分說明了施工機(jī)器人在建筑業(yè)具有非常重要的作用與決定性地位。施工機(jī)器人的應(yīng)用，是推進(jìn)施工技術(shù)快速發(fā)展的必備工具。此外，從施工機(jī)器人實(shí)踐應(yīng)用的角度來看，隨著智能技術(shù)的不斷更新與完善，各行業(yè)都在引進(jìn)智能機(jī)器人以替代需要人力完成的工作，這不僅大大節(jié)約時(shí)間成本，并且可以提高項(xiàng)目的精準(zhǔn)性與有效性。在此背景下，建筑施工機(jī)器人在建筑行業(yè)的應(yīng)用也處在不斷完善與快速推進(jìn)中，根據(jù)施工環(huán)節(jié)將機(jī)器人融入其中，是未來建筑行業(yè)施工的主要趨勢，所以建筑行業(yè)要重視施工機(jī)器人的應(yīng)用，并在施工應(yīng)用中提高施工質(zhì)量，從而增強(qiáng)市場競爭力，達(dá)到節(jié)約施工成本的目的。二、建筑施工機(jī)器人在高層建筑施工中的應(yīng)用1.BIM放樣機(jī)器人BIM即建筑信息模型，是數(shù)字信息技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)、管理及建造等方面的數(shù)字化技術(shù)，應(yīng)用于建筑項(xiàng)目中，可以明顯提高施工進(jìn)程，減少施工風(fēng)險(xiǎn)，放樣機(jī)器人就是該技術(shù)在建筑行業(yè)應(yīng)用的典型，利用BIM技術(shù)實(shí)施建筑放樣工作，可以協(xié)助施工人員熟悉施工區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對放樣工作所需數(shù)據(jù)的全方位掌握，提高放樣施工的精準(zhǔn)性。此外，在施工項(xiàng)目的落實(shí)階段，放樣施工也是施工工作實(shí)施的基礎(chǔ)步驟，放樣施工是否準(zhǔn)確、有效，直接影響后續(xù)施工進(jìn)程。利用BIM技術(shù)設(shè)計(jì)的放樣機(jī)器人，可以在基礎(chǔ)模型的參考對照下，結(jié)合實(shí)際施工環(huán)境精準(zhǔn)做好放樣工作。就具體施工環(huán)節(jié)來說，利用BIM放樣機(jī)器人對建筑施工場所進(jìn)行全面勘察，并把施工數(shù)據(jù)錄入到計(jì)算機(jī)終端中，利用虛擬配置的支持，從而設(shè)計(jì)出相應(yīng)建筑模型，為設(shè)計(jì)師的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考數(shù)據(jù)。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，將其和BIM放樣機(jī)器人結(jié)合，可以取代人力，實(shí)現(xiàn)施工的智能化，操作人員只需利用BIM技術(shù)采集相關(guān)施工數(shù)據(jù)，由設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)代碼并輸入機(jī)器人程序中，由放樣機(jī)器人進(jìn)行操作，可以有效提高施工進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)放樣定位的精準(zhǔn)性。2.墻面及地面施工機(jī)器人傳統(tǒng)的地磚、墻磚的鋪貼，要耗費(fèi)大量的人力、物力，時(shí)間成本巨大，但鋪貼質(zhì)量不高，尤其是大范圍施工更是如此，在此背景下墻面及地面施工機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生。2000年，科研人員從概念的角度提出該機(jī)器人要具備六個(gè)方面以上的自由度，從而實(shí)現(xiàn)瓷磚的隨意鋪貼與角度調(diào)整?？蒲腥藛T在2001年研究出了龍門機(jī)器人，但并非用于瓷磚的鋪貼，而是作為人類的TRAX游戲?qū)κ?，因定位系統(tǒng)特殊，該機(jī)器人利用視覺系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)瓦片檢測及定位、攝像機(jī)標(biāo)定、游戲玩家檢測及游戲玩法等，這也給施工機(jī)器人在建筑行業(yè)的應(yīng)用提供了設(shè)計(jì)靈感。2005年科研人員研究出混合機(jī)器人，并應(yīng)用到瓷磚鋪貼中，該機(jī)器人串聯(lián)構(gòu)件由伺服電機(jī)控制，并聯(lián)構(gòu)件則由氣動(dòng)執(zhí)行器控制，但是，在建筑行業(yè)的實(shí)際應(yīng)用中存在摩擦等問題，運(yùn)動(dòng)精度不好掌握。隨著技術(shù)的進(jìn)步，當(dāng)前該技術(shù)的研究取得較大進(jìn)展，2014年，新加坡研究人員研究出一臺(tái)地磚鋪貼機(jī)器人，其定位系統(tǒng)由四個(gè)激光傳感器，可以實(shí)現(xiàn)對地磚的平面及空間定位，該機(jī)器人由一個(gè)自由導(dǎo)航的移動(dòng)平臺(tái)與一支機(jī)械手組成，在機(jī)械手末端設(shè)置有吸盤與混凝土噴射口，并在機(jī)械手上安置了傳感器，能夠精準(zhǔn)識(shí)別地磚邊界區(qū)域，在計(jì)算機(jī)程序的配合下，提高瓷磚鋪貼的精度，該機(jī)器人小巧靈活，既可應(yīng)用到大型建筑群中，也可在小型民居中應(yīng)用。當(dāng)前，墻面及地面機(jī)器人多由四個(gè)以上的傳感器組成，將影響定位的精確度，造成計(jì)算誤差，所以需要把傳感器數(shù)據(jù)控制在合理范圍內(nèi)，從而提高定位的準(zhǔn)確性。3.3D打印建筑機(jī)器人3D打印建筑機(jī)器人用到的技術(shù)包括輪廓工藝、混凝土打印、D型工藝、群組機(jī)器人集合打印及分段組裝打印等，該技術(shù)起源于美國Khoshnevis教授提出的輪廓工藝（即CC技術(shù)），該機(jī)器人像一個(gè)超級(jí)打印機(jī)，其外形像停在建筑物上的起重機(jī)，中間棟梁為機(jī)械臂，兩邊是軌道，通過橫梁的前后左右擺動(dòng)，可以把房子一層層的打印出來，該技術(shù)作業(yè)速度快，可以在24小時(shí)內(nèi)把一棟面積為200余平米的兩層樓打印出來。CC技術(shù)的應(yīng)用，使建筑物外形擺脫直線限制，建筑物形狀可以曲線或異形結(jié)構(gòu)等復(fù)雜多變的形狀，提高建筑物的度及空間利用率。盡管3D機(jī)器人應(yīng)用于建筑行業(yè)有諸多的優(yōu)勢，但該技術(shù)也存在諸多缺點(diǎn)，需要研究人員不斷改進(jìn)，例如3D機(jī)器人對零部件與組裝成本的要求很高，而當(dāng)前智能化技術(shù)的水平還相關(guān)較低，難以滿足需求；其次3D機(jī)器人在建筑行業(yè)的適用范圍較窄，不能廣泛應(yīng)用到各類建筑中；再者該技術(shù)適用的材料有限，所以在后續(xù)研究中還有很長的路要走。4.揚(yáng)塵測控機(jī)器人由于高層建筑施工的特殊性，揚(yáng)塵問題是施工中常見的問題之一，解決施工中的揚(yáng)塵問題是施工建設(shè)中的關(guān)鍵性問題，揚(yáng)塵測控機(jī)器人的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)施工區(qū)域揚(yáng)塵濃度及覆蓋范圍的檢測，為降低揚(yáng)塵對施工項(xiàng)目的影響提供技術(shù)支持。此外，揚(yáng)塵測控機(jī)器人以自動(dòng)運(yùn)行方式對不同的施工區(qū)域的揚(yáng)塵問題進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測與分析，若發(fā)現(xiàn)揚(yáng)塵超標(biāo)可以直接預(yù)警，為揚(yáng)塵處理提供技術(shù)支持。在高層建筑施工中，需要用到大量的建材與施工技術(shù)，必然產(chǎn)生大量揚(yáng)塵，并造成環(huán)境污染，而揚(yáng)塵測控機(jī)器人的出現(xiàn)，可以有效改善這一問題，它利用監(jiān)測儀或傳感器感應(yīng)空氣污染情況，動(dòng)態(tài)監(jiān)測空氣中的污染顆粒數(shù)量，若發(fā)現(xiàn)污染系數(shù)超標(biāo)，就啟動(dòng)機(jī)器人內(nèi)部定點(diǎn)設(shè)備及噴灑裝置，輔以機(jī)器人的移動(dòng)及定位噴灑等操作，盡量減少揚(yáng)塵的產(chǎn)生。另外，高空塔吊在建筑材料運(yùn)輸中，也會(huì)產(chǎn)生大量的揚(yáng)塵，并且揚(yáng)塵將損害塔吊的機(jī)械臂，在高空塔吊上安裝微型揚(yáng)塵測控機(jī)器人，可以實(shí)現(xiàn)空氣水分的自動(dòng)控制噴灑，減少揚(yáng)塵對機(jī)械臂的損害。三、在高層建筑施工中應(yīng)用施工機(jī)器人的策略1.政策引導(dǎo)，企業(yè)跟進(jìn)人工智能是國家與社會(huì)發(fā)展的趨勢，尤其是對于建筑行業(yè)來說，是社會(huì)發(fā)展的核心產(chǎn)業(yè)，所以建筑行業(yè)的施工技術(shù)與設(shè)備要實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍，離不開政府宏觀政策的支持，將施工機(jī)器人應(yīng)用于高層建筑施工領(lǐng)域，同樣需要政府部門轉(zhuǎn)變思想，認(rèn)識(shí)到先進(jìn)技術(shù)對建筑行業(yè)的積極作用，并深入調(diào)研，出臺(tái)政策或者協(xié)助企業(yè)引進(jìn)更先進(jìn)的技術(shù)與設(shè)備，為建筑行業(yè)的智能化發(fā)展提供動(dòng)力支持。另外，施工機(jī)器人是一種新興的高新技術(shù)，將其應(yīng)用于高層建筑，具有一定的實(shí)際價(jià)值，可以推進(jìn)建筑行業(yè)的快速發(fā)展，所以政府要制定相關(guān)補(bǔ)貼政策，從而減輕建筑行業(yè)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，盡快把施工機(jī)器人引入到市場中，實(shí)現(xiàn)施工機(jī)器人在建筑行業(yè)的大面積推廣應(yīng)用。同時(shí)建筑企業(yè)也要充分認(rèn)識(shí)施工機(jī)器人在建筑行業(yè)應(yīng)用的優(yōu)勢，將其應(yīng)用于高層建筑施工中。2.建立建筑施工機(jī)器人體驗(yàn)中心為了便于施工人員與管理人員掌握施工機(jī)器人的特點(diǎn)與應(yīng)用方法，以更直觀的方法進(jìn)行體驗(yàn)分析，建議有條件的單位建立施工機(jī)器人體驗(yàn)中心，從而對各施工環(huán)節(jié)所用機(jī)器人的功能與操作流程更加熟悉，總結(jié)不足，改進(jìn)流程。同時(shí)，體驗(yàn)中心的構(gòu)建也標(biāo)志著施工機(jī)器人在性能上得到更好的提升。施工機(jī)器人的推廣不僅限于理論層面，還要重視在實(shí)際施工中的應(yīng)用，使建筑企業(yè)根據(jù)需求采購符合要求的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)高科技產(chǎn)品的推廣使用。3.建筑企業(yè)施工試點(diǎn)從實(shí)踐的角度來說，為確保施工機(jī)器人在實(shí)際施工中得到更好的應(yīng)用，要求管理及技術(shù)人員在實(shí)際應(yīng)用中向建筑企業(yè)推廣施工機(jī)器人，充分發(fā)揮其施工優(yōu)勢，體現(xiàn)出其高效率、智能化的優(yōu)勢，所以政府部門要選擇符合條件的建筑企業(yè)作為試點(diǎn)，在建筑施工項(xiàng)目中推廣施工機(jī)器人，從而使建筑企業(yè)在政府部門的引導(dǎo)下購進(jìn)施工機(jī)器人，提高建筑施工技術(shù)的自動(dòng)化與智能化，提高企業(yè)施工質(zhì)量與效率，增強(qiáng)企業(yè)的市場競爭力。結(jié)語總之，隨著高新技術(shù)的快速發(fā)展，施工機(jī)器人性能的不斷完善，將在高層建筑施工中發(fā)揮著重要的作用，不僅能夠提高施工的效率，不能明顯降低高空作業(yè)難度，確保施工項(xiàng)目的工程質(zhì)量，所以對于建筑企業(yè)來說，若要在建筑行業(yè)占據(jù)主導(dǎo)地位，提高核心競爭力，就要積極引進(jìn)施工機(jī)器人。同時(shí)，中央及地方各級(jí)政府要加大政府扶持力度，積極推進(jìn)施工機(jī)器人在高層建筑施工中的應(yīng)用，使施工機(jī)器人在建筑行業(yè)朝著智能化方向發(fā)展。參考文獻(xiàn)：[1]韓清忠,程曉琳.淺析噴涂機(jī)器人在高層建筑中的應(yīng)用[J].磚瓦,2015(5):52-53.[2]嚴(yán)勝華,楊根明.測量機(jī)器人在高層建筑變形監(jiān)測中的運(yùn)用[J].城市建筑,2015(20):120-120.[3]岳建章,楊冬,王剛,樊旭,李鐵軍.高層建筑幕墻安裝機(jī)器人系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析[J].機(jī)床與液壓,2015,43(21):19-22.[4]王再英,楊宇婷,尚東森.基于ADAMS六足高層建筑清潔機(jī)器人的建模與仿真[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2019,41(8):64-67.[5]劉通,呂碩,溫浩,陳雪.高層建筑外墻壁噴涂機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].吉林化工學(xué)院學(xué)報(bào),2019,36(9):22-24.[6]林鳳欽.建筑機(jī)器人及智慧工地應(yīng)用出發(fā)點(diǎn)及著落點(diǎn)[J].機(jī)械管理開發(fā),2021,36(2):266-269.[7]李永鑫,郭安福,李俊頡,盧紅梅