建筑施工机器人技术的应用与发展

建筑施工机器人技术的应用与发展

余帆

湖北省梓山湖生态新城投资有限公司， 湖北 咸宁 437000

摘 要：近年来，随着我国经济建设的迅速发展，建筑业也进入了快速发展时期。根据建筑业的特点，采用工业机器人技术开发有针对性地施工机器人已是发展的必然趋势。本文通过分析建筑施工机器人技术的应用现状，探究其应用意义，从而总结几点建筑施工机器人技术的发展措施与建议，以供业内专业人士参考。

关键词：建筑施工；机器人；应用与发展

引言：当今建筑行业正面临着前所未有的变化，在现有的现代科技系统中，最有希望完成建筑改造任务的就是机器人。近三十年来，机器人技术逐渐被运用，许多产业都出现了巨大变革，特别是汽车制造业。机器人技术源于对“危险，复杂，肮脏，繁重”的工作的渴望，而建筑行业又是如此的繁重、复杂和危险。因此，“建筑施工机器人”这个概念就应运而生，希望由机械来取代或辅助人工，达到改善建筑工作环境，提高工作效率，使建筑建造真正的自动化。

一、建筑施工机器人技术的应用现状

1.1建筑机器人的分类

建筑机械人的发展及其类型的形成与建设项目的建设需求密切相关。从理论上讲，在施工过程中，各种复杂的工作都可以用相应的机器人代替或协助，这就是今后的发展趋势。在建筑工程中，它的施工技术有土方工程、地基基础工程、砌筑工程等，这些工程中还包含了大大小小的环节和步骤。但在目前建筑工程建设中应用于建筑机械的类型还很少，有些机器人的性能还存在着很大缺陷，这就使建筑机器人的发展前景非常广阔。建筑施工的机器人分类主要包括以下几种：

第一，坑道作业机器人。该种性能的机器人主要负责范围为建筑工程施工开始之前的场地环境，具体体现在基坑填埋、打孔等。通过阅读文献得知，全自动式打壁机、自动合装机器人、砼喷浆机器人都被列为坑道作业机器人的范围；

第二，用于建筑过程中的作业机器人。建筑中的正式施工是整个建筑施工最关键的环节，因此在这个过程中应用的机器人种类也非常多，具体包括焊接机器人、吊顶机器人、钢筋抬举机器人等。

第三，用于验收建筑工程的作业机器人。一个建筑项目的施工完成并不意味着整体建筑工程的结束，其验收和检查工作也至关重要，主要包括瓷砖稳固检查机器人、地面平坦调整机器人等。

可见，现有的施工机器人已广泛应用于基础工程、主体工程和装潢工程，但施工过程复杂，其性能的优化和类型的开发仍有很大的发展空间。

1.2建筑机器人使用场景

建筑机器人根据施工过程的特性，主要用于建筑工地的处理、主体工程的施工、装饰装修的三个方面，并对建筑进行检测和清洁。

（1）在主体工程建设中应用了建筑机器人。其主要内容有搅拌浇筑、钢筋配置、墙体砌筑等。由于其工作程量大、施工难度大，在施工中使用最多、耗时最多的施工机械，采用建筑机器人可以有效提高施工效率、缩短工期、节约成本。

（2）在室内装潢中应用了建筑机器人。在施工中，装修包括地面平整、抹灰、门窗安装、饰面安装等，施工中的装修施工对施工精度有很高要求。为了满足相关要求，手工操作往往要进行多次的检查和返工，使用施工机器人具有很高的精确度，基本上一次即可完成，不会出现返工现象，提高工作效率。

（3）建筑检查，清洁机器人。高层建筑的外观容易开裂、破损，如果仅靠手工检测，不仅工作量大，而且人工视觉和仪器难以检测，而采用自动检测系统可以全面、准确地检测到建筑物的问题。另外，随着我国高层建筑的不断发展，玻璃幕墙也越来越多地被应用到建筑中，但是由于受到粉尘的污染，会影响到整个建筑物的透光率和外观，所以必须进行清洗。传统的清理方式依赖于手工拉紧安全绳，存在着从上往下掉的危险，而且手工清理效率较低，作业效果不好，必须重复进行。利用机器人进行建筑玻璃幕墙的清洗，能够安全高效地完成。

二、应用建筑施工机器人技术的意义

2.1有利于保障施工人员安全、提升工作品质

建筑行业被认为是高风险行业，死亡人数仅次于煤矿和交通事故。举例来说，美国的建筑行业已经成为一个严重的社会问题，每年导致400,000人死亡和受伤。此外，建筑工人的工作环境极其恶劣，作业强度大，泥浆、粉尘、噪声、震动等，对工人的身体和心理健康造成了很大影响，造成了职业病的发生。以目前的技术水平想要解决这个问题，恐怕只有机器人可以取代。

2.2有利于提升建筑施工效率

目前的建筑工程，尽管已经投入了大量的机械设备，但大部分工作仍依赖于人工，因此建设周期较长。而利用机器人技术可以极大地提高施工的效率。这意味着即使遭遇地震、恐怖袭击、泥石流等灾害，也能在短时间内迅速完成房屋的改建，保证居民的生活水平，这在以前是难以想象的。

2.3有利于适应构建节约型社会的时代诉求

建筑行业是一个对资源要求非常高的行业，传统的人工操作方法比较粗糙，对建筑材料的利用无法进行严格控制，造成了大量的材料浪费。一般住宅的建筑工艺中，建筑材料的浪费高达40%。另外，对于旧房的拆迁，至今尚未形成资源化再利用的理念，除了少量的金属材料如钢筋外，其余的都被当作垃圾掩埋，造成无法估计的资源浪费。其实，如果由机器人来取代手工，经过合理的计划和精细操作，可以大大降低原材料的浪费，甚至达到零废物，而使用机器人技术也能对废旧建材进行循环利用，这样既能减少建设费用，又能满足建设节约型社会的时代需要。

三、建筑施工机器人技术的发展措施与建议

根据目前国内建设机械设备发展状况不理想的情况，按照“从难到易、分阶段”的思想，提出了如下发展对策和建议：

3.1大力推动建筑业专用机器人系统研发

毫无疑问，建筑行业有其自身特点，所以一般的技术不能全部解决。针对建筑行业的特点，开发特殊的施工机器人非常有必要。比如“轮廓工艺”技术是3D打印建筑机器人中的佼佼者，它能够根据不同的建筑需要进行有效的针对性设计，从而实现了一套完整的房子，包括水力管道。喷浆机器人、 ERO混凝土回收机器人等都是为满足建筑行业的具体需求而量身定做，这方面工作今后要做得更多。

3.2促进可穿戴辅助施工机器人研究

目前，工程机器人还不能全面取代人工作业，因此在今后的发展中对于具有防护和协同作用的外骨骼机器人将是一个巨大的市场。这种系统可以参照军用外骨骼机器人进行结构设计，而在功能上取决于具体的使用情况。尤其是建筑工程中有许多协同作业，都要求机器人系统积极配合，因此如何正确识别和帮助员工就成了一个难题。

3.3协同推进适应于机器化施工的新型建筑结构及建材研究

为了使机器人更好地发挥其优越性，必须对传统结构和结构模式进行调整。目前比较可行的方法是采用模块式结构，由机器人完成模块的预制和装配，从而大大降低了施工难度，并能有效加快新的施工进度。此外，开发和开发新型建筑材料也要同步进行。比如，3D打印施工机器人需要混凝土的流动性、凝固速度等，而在空中施工中需要各个模块之间的主动连接。

四、结束语

建筑机器人是由工程和机器人技术相结合而形成的一个崭新的研究领域，它的应用范围可以涵盖整个建筑的整个生命周期。为了更好地发展，施工机器人需要从以下几个方面进行精细开发：（1）重量轻。传统的机械臂由于体积过大，对工作面的要求也很高，而且在施工中占用的空间也很大，这对工程的工作产生了一定的影响。在允许的限度之内可以选用更轻的材料，对建筑机器人的结构进行优化，使其体积减小，而不影响其原来的功能。（2）敏感。传统的建筑机械臂由于灵敏度不够，无法准确地进行定位，常常会出现误差，这不是单纯的测量距离就可以解决的问题，而采用先进的材料不仅可以弥补现有缺点，还可以增加工程的精度。综上所述，建筑施工机器人技术的应用与发展的前景十分广阔。

参考文献：

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