機械自動化在建筑工程上的應用

邢偉兵

（陽泉鵬飛建筑安裝有限公司，山西陽泉 045000）

0 引言

工程機械是裝備制造業的重要組成部分[1]，品類眾多被廣泛用在建筑、水利、電力、道路等領域，為了使工程機械更好、更專業的服務于各行業，機械自動化技術運用到工程機械中，以實現自動化控制。伴隨科學技術的快速發展，機械自動化技術在建筑領域某些方面取得很大的成就。

1 機械自動化在建筑機械上應用歷史與現狀

1.1 機械自動化應用歷史

機械自動化技術應用與建筑機械研究始發于50年代，80年代后期，研究開發的速度加快。目前，西方一些發達國家及我國哈爾濱工業大學、中科院沈陽自動化所等在進行建筑機械自動化的研究方面取得一定的成績。機械自動化應用在建筑領域方面，主要是建筑機械、測量儀器等。機械自動化應用與建筑機械裝備的主要有：推土機、平地機、挖掘機、裝載機、起重機、基礎工程機械、鑿巖機、路面鋪設機械、道路維護機械、檢測機械、PC橋架設機械等[2]。

1.2 機械自動化發展現狀

縱觀國內外，建筑機械實施機械自動化是歷史發展的潮流趨勢。從施工作業情況分類：可實施多種作業的通用性建筑機械；實施單一作業的專用型建筑機械。

通用性建筑機械實現機械自動化需要人工干預。因為，此類建筑機械設備功能強大，通常需要執行復合型（多動作合成），工況多變，不易分解成簡單的單一動作，完全實現全自動化較為困難。

當前，隨著電子控制技術的飛速發展，控制手段的不斷提高，產生了新型的電子挖掘機、電子推土機等。此類自動化程度高的機械設備可用于建筑施工中的專項作業。

為了更好的發揮機械自動化的優勢，在進行建筑施工設計時，可以將施工工藝進行細化，對于適合建筑機械自動化設備施工的，由建筑設備施工，可實現24小時作業，施工能力強，有利于提高工程進度，優化施工質量。比如：日本研制的自動化建筑機械—履帶式鏟車。該設備采用慣性導航法原理，通過通信網絡系統，能夠自行操作、自行監控，依靠計算機控制與自行識別，能夠在無人駕駛的情況下單獨作業。可靠性能良好，可以適合無人區、海底、其他星球等危險性的區域進行施工作業。此類建筑機械設備必須具備能力：自身有控制、識別位置、姿勢的能力；能自動設定操作、控制程序的能力；自動識別周圍環境，依據判斷，及時作出控制程序調整變更的能力。

2 建筑機械自動化控制技術內容

建筑工程施工中，施工機械通常在地表平整度差、工況差、環境粉塵大等現場從事工作。比如：建筑施工進行的地基開挖、建筑拆除工程等。要求機械自動化設備在工地具有確認自身方位的能力，即辨別位置能力；不得與工地其他設備、車輛等發生擦碰，即安全管理機能；施工過程中，能按照程序指定路線行進，即誘導機能；施工對象（土、砂、巖石等）識別能力；另外，多臺機械、車輛共同進行施工作業時，具備配合能力，即機群控制適應能力。

2.1 辨別位置能力

辨別位置能力指的是機械設備擁有自動識別位置方位的能力。也就是機械設備配備自動識別系統。通常機械設備采用外部位置識別法、內部位置識別法。外部位置識別法一般在工地設立幾處基準點，借助超聲波或電磁波測定其位置的方法；內部位置識別法是利用速度測定傳感器及回轉式角度傳感器等測定設備行走參數，從而確立運動及方位變化的能力。

2.2 位置誘導機能

指在機械自動化施工中，機械設備需要安全指定線路施工作業，若位置辨別機能確定施工作業偏離指定線路，此時設備必須具備自動修正的控制能力，即位置誘導機能。

2.3 施工對象識別能力

機械自動化施工作業中，機械設備要及時掌控施工對象的位置、大小等參數，即施工對象識別能力。通常采用超聲波傳感技術或畫像處理技術實現[3]。

2.4 安全管理機能

機械自動化施工中，通常需要多設備、多車輛配合施工。建筑材料堆放、其他施工設備運行都會給施工機械自動化設備帶來障礙。因此，機械設備要有感應—警告—機械設備停止—安全誘導等能力。

2.5 機群控制能力

在多種機械設備共同配合施工時，如要實現自動化，需要有一個能把個作業機械設備或車輛方位、工況傳送到中央集控室，再把中央集控室的指令傳送到個機械設備的控制系統。

3 機械自動化在建筑工程機械中的應用

3.1 自動化壓路機

壓路機是常見的施工機械之一，目前自動化壓路機已經配備檢測裝置、數據處理裝置、中央控制系統、遠程通訊等功能。通過施工現場預設基準點，將基準點數據傳遞到中央控制系統，控制系統將將位置信號轉化成設備控制指令，通過無線通訊技術進行調整和校準設備[4]，以此實現壓實作業。

3.2 推土機、挖掘機

推土機、挖掘機等土方建筑施工機械，實現自動化有利于提高施工效率、提升工程質量。上世紀70年代最早在挖掘機的鏟斗和推土機的鏟刀上運用自動化控制裝置，其主要元件為投光器、感光器、控制系統等組成。但該裝置存在速度響應問題，沒能得到推廣使用。隨著電子技術的發展，90年代，日本學者北郁夫研究的KOMATSU Laser leveling sustem系統實現推土機行進速度5 km/h時，平整度誤差控制在3 cm范圍內。此系統也應用與液壓挖掘機。

4 未來發展方向

發展高精度、高性能，有感知能力的系統；開發擁有行走操縱的控制系統；開發深海、高空、地下施工機械；多臺施工機械實現無人化作業；研究新工藝、新技術以適應機械自動化、無人化施工。

5 小結

隨著科學技術水平的提高，機械自動化將會在建筑工程中發揮更大作用。機械自動化必將給人類帶來更加廣闊的施工空間。機械自動化技術必將為人類發掘更多的奧秘。

［1］邵杰，張勇.自動化技術在工程機械使用中的應用效用探討［J］.中國石油和化工標準與質量，2011（09）：140.

［2］龍偉才.淺談建筑工程施工中機械自動化［J］.江蘇商報·建筑界，2013（17）：23.

［3］趙英利，陳春慧，尚云龍.談土木施工工程機械自動化［J］.森林工程，2002（02）：63-64.

［4］陳來慶.建筑機械自動化應用技術和發展探究［J］.中國建材科技，2013（04）：68-69.