淺述機電一體化在建筑工業化中的應用和發展趨勢

李春莉

摘 要 隨著現代信息技術普及以及其發展深度、廣度的加深，機電一體化技術也實現了飛速發展，在多數行業中得到了應用。在建筑工業化的進程中，機電一體化充分發揮了其自動化、智能化的優點，為全面推進建筑工業化起到了重要的作用。本文簡要闡述機電一體化在建筑工業化各個環節中的應用，并分析其發展趨勢。

關鍵詞 機電一體化 建筑工業化 應用 趨勢

一、機電一體化概述

隨著傳統的機械和電子技術的交叉應用，機電一體化技術得以誕生。借助于計算機計算能力的提高，機電一體化技術進入高速發展通道，成為一門融機械、計算機、信息、傳感檢測、自動控制與伺服傳動等多專業技術于一體的系統技術。

二、建筑工業化概述

建筑工業化，指運用先進的工業化生產技術與管理方式來改變傳統建筑業的生產方式；它的主要標志是標準化建筑設計、工廠化構配件生產以及機械化施工和科學化管理。

三、機電一體化在建筑工業化中的應用

國內部分企業對機電一體化技術在建筑的全生命周期中的應用進行了探索。建筑工業化的整體發展方向包括設計標準化、構件部品化、施工機械化、管理信息化等。目前，機電一體化技術在這些發展內容中都可以找到相關的應用。

（一）在設計階段的應用

在建筑設計中，機電一體化是一個單獨的專業，有著十分重要的地位。隨著標準化設計的推進，其要求相關人員在設計階段就需要考慮相關設備的安裝位置與安裝方式；通過選用模塊化設備提高整體設計的效率；通過選用先進的小型化設備提高空間利用率等。這些都要求相關人員能夠系統地考慮各專業的需求，將整個建筑作為一個有機整體來對機電一體化做系統的設計。

（二）在生產階段的應用

建筑工業化改變了傳統的作業方式，其多數作業在構件廠內進行，實現了工廠化制造。由國家提出的“中國制造2025”規劃，其實質是從“制造”到“智造”的轉變，機電一體化技術在這個過程中起著舉足輕重的作用。

目前，國內已經有部分廠家通過投入流水生產線、安裝智能化設備（機器人）等措施實現整個生產過程的自動控制、自主決策；通過布置三維掃描等設備實現產品的自動檢測。這種方式的主要構件產品包括PC墻板、隧道管片、預制橋梁、橋墩、蓋梁等。此外，有的生產企業還布置了智能物流系統，生產出的構件由無人運輸車自動送至堆場。

這些技術的應用大大地降低了勞動者的作業強度，提高了生產效率；同時也減少了因人為操作不當而帶來的風險，保障了工程的質量。

（三）在施工階段的應用

在建筑工業化形式下，現場施工的主要作業內容就是吊裝。目前國內大多數城市通過采用盾構機普遍實現了隧道施工的自動化，在城市綜合管廊的安裝上也已有廠家著手研發成套設備來進行自動化施工。而在施工作業量較大的住宅施工（PC墻板安裝）方面，因施工環境復雜、工藝繁瑣，目前仍鮮見自動化、智能化設備的出現。在相關工程機械中對其主要系統和部件的運行狀態進行監控，如果在施工中發現異常情況，就可以自動報警并提示異常部位；從而有利于進行程序化地維護、檢查工作，減少維修投入，縮短維修時間，提高設備使用效率，從根本上確保施工安全。

（四）在運行和維護階段的應用

隨著建筑工業化的推進，結合機電一體化技術，運行和維護的方式將發生極大的改變。目前，絕大多數的建筑消防通過運用機電一體化技術，實現了自動報警、噴淋等；很多重要橋梁也都引入了自動監控系統，實現了對關鍵參數的實時監控與預警。此外，在城市綜合管廊運維中已經開發出了智能巡線機器人，通過視頻分析與傳感器數據收集，其能對各種管線進行外觀觀測與發熱監測，還可對管廊內氣體成分進行監測與分析診斷；用先進技術手段輔助管廊監控，有利于提高管廊管理效率。并且，這些類似技術的應用必將進一步推動機電一體化運行和維護向信息化方向發展。

四、機電一體化在建筑工業化中的發展趨勢

同主流機電一體化技術一樣，其在建筑工業化過程中的發展趨勢主要有：

（一）智能化

智能化是機電一體化相較于一般機械自動化的重要進步。智能傳感器的出現為機電產品提供了更為智能的硬件基礎。近年來，飛速升級的神經網絡等人工智能技術為機電一體化向智能化的發展提供了軟件基礎。這些智能技術可以促使機電產品更智能，通過算法使它具備部分人的思考、判斷等功能。

（二）微型化

通過與微電子技術的融合，可以縮小部件尺寸，向著納米級的方向推進。這些產品性能高、重量輕，可運用于各個的行業，擁有廣闊的前景。

（三）模塊化

出于標準化設計的需要，各功能部件需達到較高的互換程度，這就要求各部件必須高度模塊化。

（四）網絡化

伴隨著互聯網與物聯網技術的演進，網絡技術被大面積地應用到各個領域，而其與機電一體化技術的交叉應用也將是科技發展的必然，會帶來機電產品協同、自主作業的可能。

（五）系統化

在這方面主要是要求目前的機電產品采用更為開放的架構，通過組合各個功能模塊，提高產品的拓展能力，使其可以與其他智能部件協同工作，發揮“1+1>2”的作用。

（六）環保化

人們的物質、生活水平在工業化進程中得到提高，但這也消耗了資源，極大地破壞了生態環境；在這種情況下，誕生了綠色產品這一概念。環保化是時代的趨勢，其目的是將產品在其整個生命過程中對生態環境的影響控制到最小，提高資源的使用率。使用過程中對生態環境無污染，結束使用時可以回收并能重新利用就是機電產品環保化的主要發展方向。

五、結語

在建筑工業化的進程中，機電一體化起著舉足輕重的作用。它改變了傳統機械的形態，優化了設備功能，同時提高了設備的使用效率；它和工程設備的融合將成為未來的主要發展趨勢，并將在智能監控、智能維護等方面有所運用；它改變了傳統建筑施工的方式，是實現“中國制造2025”的強有力的技術支撐。為不斷適應要求逐漸提高的建筑工業化，提升機電一體化水平十分必要；企業應積極探討、大膽嘗試，以推進機電一體化技術在建筑工業化進程中的深度應用。

（作者單位為中鐵二十三局軌道交通工程有限公司）

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