建筑机器人在解决施工难题中的应用论文_张跃军

建筑机器人在解决施工难题中的应用论文_张跃军

陕西永桓天建设工程有限公司

摘要:随着现代建筑行业的发展,建筑施工技术难度与水平越来越高,这使得各种现代科学技术开始应用于建筑施工中,建筑机器人就是其中一种。建筑机器人作为多种现代技术与建筑机械的融合体,能够代替人类完成许多自动化的施工作业任务,同时也能解决许多依靠人力难以解决的难题。本文介绍了建筑机器人的发展现状及其在建筑施工中的应用,然后以两种建筑机器人为例探讨了建筑机器人在解决施工难题中的应用。

关键词:建筑机器人;建筑施工;自动化

一、建筑机器人的发展现状

建筑机器人是现代科技与建筑行业结合的产物,其融合了现代机械自动化、人工智能、信息通讯等多种先进技术。从其组成结构看,建筑机器人主要有传感设备、控制器等电子元器件和机械零部件组成,可以根据事先编制好的程序或直接由人工操控来完成建筑施工中的各项工作。

目前,建筑机器人已经在我国建筑领域中得到较为广泛的应用,对我国建筑业的发展起到积极的促进作用。而随着我国新型城镇化建设和城乡一体化事业的发展,国内建筑行业仍处于上升期。建筑行业的繁荣使得国内建筑企业对建筑机器人的需求也越来越高涨,这无疑给我国建筑机器人发展带来了源源不断的活力。

随着建筑领域对建筑机器人研究的不断深入,人们已经针对建筑工程施工中的各个环节设计出了不同用途的建筑机器人,如较有代表性的砌墙机器人、测量机器人、放样机器人以及检测机器人等,都为建筑工程施工提升效率起到了重要作用。而随着现代工业自动化技术与智能技术的不断发展创新,建筑机器人无论在功能性还是智能化水平上仍有极大发展空间,而这也正是我国建筑领域未来发展中的重要研究方向。

二、建筑机器人在建筑施工中的作用

建筑工程施工是一项具有专业性、危险性的工作,且工程项目对施工中的操作规范化、标准化要求十分严格,任何一个小差错都有可能对整个工程项目产生影响。因此如何解决施工过程中遇到的各种难题就成为建筑施工能否按进度高质量完成的关键。对此,人们就开始运用各种现代科学技术来找寻解决建筑施工中的各种复杂问题的方法,由此诞生出了具备各种强大功能的建筑机器人。可以说,建筑机器人就是为解决建筑施工难题而生的,所以建筑机器人在建筑施工中常常能起到以往人力和机械设备无法比拟的作用。从当前建筑机器人的应用实际看,建筑机器人在建筑施工中的作用主要集中在以下几方面:

首先,促进施工效率的提升。建筑机器人与传统建筑施工机械设备相比其最大的区别就在于其具备自动化或智能化作业的能力,这对于以往需要依靠手工作业的机械施工而言是一种质的飞跃,不仅帮助建筑企业解放了大量的劳动力,更拜托人工作业在精力、体力上的束缚,极大提升了施工效率。此外,建筑机器人还能够应对各种复杂与恶劣的施工条件,如恶劣天气、地震与泥石流等自然灾害都不会对建筑机器人的施工造成过大影响,这也在一定程度上保障了建筑施工进度,从而起到变向提高施工效率的效果。

其次,提升建筑施工的安全性。建筑工程项目具有较高的危险性,其中高空作业、机械设备的操作与运转等都有可能引发安全生产事故。不仅如此,建筑施工中所产生的粉尘污染、噪音污染等也有可能给施工人员的身体健康造成影响,从而引发各种职业病。但建筑机器人作为一种非人力的施工主体,其不会受到施工环境的影响,且能够代替施工人员完成一些高难度、高风险作业项目,这在极大程度上保障了施工人员的生命安全,提升了建筑施工的安全性。

最后,提升建筑企业的经济效益。随着现代社会的发展,社会中可以从事的职业越来越多,加之“大众创业,万众创新”口号的提出,社会中充满了创新、创业活力与发展机遇,这就带给现代年轻人更多的就业选择。而建筑施工这种具有“危、繁、脏、重”属性的传统行业则越来越少有人愿意从事,这就在一定程度上减少建筑工程行业的劳动力来源,使得人力资源成本倍增。而建筑机器人具备智能化与自动化作业功能,能够代替人完成许多施工任务,且工作效率比人更高,因对于建筑企业而言建筑机器人的应用可以为其节省出大量的人力成本,这无疑可以帮助建筑企业提升经济效益。

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三、建筑机器人在解决施工难题中的应用

(一)放样机器人在解决放样问题中的应用

放样工作是建筑施工中的关键环节,其主要作用是为后续施工工作提供基准。在放样工作中,放样的准确性至关重要,而这也是此项工作中的难点。放样机器人作为建筑机器人的一种,其主要由软件与硬件组成,可以高效的在CAD图或Revit模型中创建出放样点并生成数据列表,然后将之导入到智能终端中以便测量与放样中进行调用。该建筑机器人的优点在于可以发射出红外机关来自动对准现实点位,以真正做到“所见即所得”,如此就将CAD与BIM模型中的点准确的反映到建筑施工现场,极大提升了施工精度,进而促进施工效率的提高。此外,由于该机器人放样工作中的每个点都是单独放样,所以其误差累积比人工放样大大降低。在放样机器人的具体应用中主要包含以下的程序:

(1)图形坐标处理

对于一些所有点都在一个平面上的工程,在放样点处理的过程中可以运用CAD图纸,即先在CAD图中创建出放样点,然后对所要放样的点位做好标记与编号工作以便在后续工作中加以识别。

(2)CAD图纸的导入

在做好图形坐标处理后,就需要将CAD图导入到智能终端中,然后再把放样机器人放置在制定位置并做好调平、设备软硬件链接等进一步的调试工作。

(3)开始放样

在实际现场放样工作中可以采用后交汇的方式,即现在现场挑选不少于2各控制点来设站,这些点与机器人构成的夹角要控制在45°至135°范围内。在放样过程中,可以采取手动点选点位放样的方式,依靠机器人发射的红外激光来自动找准放样点位,如此就达到“所见点即所得”的效果。经过这一过程,CAD图中的点位就可以准确的反应到施工现场,最大限度的提升了放样精度。

(4)校核

在放样完成后,放样机器人自带的系统会自行对放样点位实施校核,从而进一步保证了放样工作的精确度。

通过对当前放样机器人在建筑施工中的应用加以统计分析能够发现其放样速度基本可以达到20s/个,这比传统放样技术节省了2分多钟的时间。而按照每层楼600个放样点的量来计算,其每层楼就可以节约超过1天时间。此外,放样机器人的精度可以达到3毫米以内,由此可见,放样机器人无论在效率还是精度方面都较传统人工放样有了质的提升。

(二)智能测量机器人在弧形结构施工中的应用

在现代建筑工程领域,弧形建筑结构越来越多,但弧形结构的测量却一直是建筑施工中的一个难题。对此,在弧形结构施工中运用智能测量机器人就可以有效解决这一难题。智能测量机器人通常由机器人全站仪、智能终端以及软件构成,其可以利用软件将虚拟结构模型放样到施工现场,同时也能够将现场结构的测量结果模拟成虚拟模型。在具体应用中,该机器人需要利用软件创建放样点并标识出内控点,然后对弧形板便放样点练成多条直线并拟合成曲线。在放样点创建完成后,再对其进行拟合误差分析,以保证其误差控制在施工允许的范围内。最后要进行全站仪设站,再利用智能终端进行自动测量方向即可完成测量工作。

结束语:建筑施工中的建筑机器人还有许多种类,且每种建筑机器人都能有效应对建筑施工中的一些难题。在当前建筑工程建设要求日益提高的情况下,施工中加强对建筑机器人的应用,可以有效提升建筑工程建设的质量与效率,从而为我国现代化社会建设增添助力。

参考文献:

[1]李朋昊,李朱锋,益田正,喜冠南.建筑机器人应用与发展[J].机械设计与研究,2018,34(06):25-29.

[2]林治阳.建筑机器人在我国建筑业企业中的应用障碍及对策研究[D].重庆大学,2017.

[3]于军琪,曹建福,雷小康.建筑机器人研究现状与展望[J].自动化博览,2016(08):68-75.

论文作者:张跃军

论文发表刊物:《基层建设》2019年第30期

论文发表时间:2020/3/11

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