建筑施工設備自動化技術的分析與研究

陳爽

摘? 要：自動化技術對人類的進步和發展起到了極大的促進作用，也是未來建筑施工一大趨勢。近年來，隨著建筑施工水平的不斷提高，自動機器人、BIM、工廠化與裝配化施工等智能化與自動化技術在建筑業應用愈加廣泛。文章研究的建筑施工設備自動化技術主要是指施工機械的自動化與信息化的集合，以智能化和智慧化的手段促進建筑施工的組織效率提升。文章結合自動化技術在建筑施工中的應用價值、發展趨勢和應用瓶頸，對如何在施工中更好地應用該技術進行了分析。

關鍵詞：建筑施工;自動化;技術;應用

中圖分類號：TU765? ? ? ? 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）17-0145-02

Abstract： Automation technology has played a great role in promoting the progress and development of human beings， and it is also a major trend of building construction in the future. In recent years， with the continuous improvement of the level of building construction， automatic robot， BIM， factory and assembly construction and other intelligent and automation technologies are more and more widely used in the construction industry. The automation technology of construction equipment studied in this paper mainly refers to the collection of automation and information of construction machinery， which promotes the organizational efficiency of building construction by means of intelligence and intelligence. Combined with the application value， development trend and application bottleneck of automation technology in building construction， this paper analyzes how to apply this technology better in construction.

Keywords： construction; automation; technology; application

相較國外建筑施工設備自動化技術的運用，我國起步較晚，還處于追趕階段。在建筑施工設備自動化發展過程中雖然取得明顯突破，但是遇到的問題也較多，實際解決的很多問題也是經過多次實驗的反復論證，還有待進一步提高。

1 自動化技術在建筑施工中的應用價值和發展趨勢

1.1 建筑施工設備自動化技術概述

狹義的建筑施工自動化技術指的是施工機械設備的自動化，傳統建筑施工依賴人力，但是隨著科學技術發展，這種方式明顯不適合現代建筑的發展，尤其道路、橋梁和樓宇建筑，依靠人力施工是不可能實現效果的。早在古代，人類就發明了滾筒、滑輪組等裝置提升施工的自動化水平。進入工業時代以后，建筑施工的設備自動化水平更是日益提高。而廣義上的建筑施工設備的自動化指的是工程機械的自動化和信息化的結合，尤其是采用BIM等技術提升組織化的水平，采用集成自動化和智能化的手段，降低人力投入，最為典型的例子就是神經網絡系統，讓機械自主學習，通過深度學習應對事故突發情況。建筑機械在施工中具有檢測和預警功能，彌補人為施工的不足，提升精度。比如通過自動化技術可以提高建筑結構的強度，比傳統人力的判斷要精確得多。

1.2 建筑施工自動化技術的應用價值

首先，自動化技術會提升建筑施工的效率，減少人力的使用，大大地加快工程的進度。在施工中，如果過度依賴人力，那么施工的組織水平就會大大下降。在傳統施工中，很多機械都需要人力操作，不僅使用復雜，而且會因為人為因素對工程質量造成破壞。而采用自動化設備，通過自主操作，減少人的主觀因素造成的破壞，確保各項指標更符合要求。

其次是自動化技術會促進工程建筑事業的發展，不僅會提高生產力，而且還能夠解決許多傳統施工技術造成的問題。比如自動化技術的AR功能，能夠更好地觀察施工對象的狀況，進行全方位的檢測。而依靠人為檢測，往往會出現很大的誤差，坐標計算容易出現失誤。單目攝像的應用也是如此，在圖形圖像的處理中能夠提升工作效率。BIM計算更是如此，能夠通過工程輔助對工程造價有一個全面的認識。

第三是自動化技術將會成為施工中的主要方式，在許多工程項目中，都會依賴自動化技術進行施工，不僅包括測繪、檢測、驗收等環節，在施工中也會越來越多用到自動化技術。自動化設備將會成為主流，施工組織將會像汽車制造裝備一樣，出現流水線模式，尤其是未來裝配式建筑的發展，會讓現場施工的自動化水平進一步提升，管理人員可以通過自動化方式遠程遙控設備，實現少人化甚至是無任何作業。

1.3 建筑施工自動化技術的發展趨勢

未來，為了保障工人的安全，降低施工中的危險因素，有效提高效率和降低成本，自動化技術將會有著更為廣泛的應用。到目前為止，這一趨勢已經在三個方面呈現出來：一是建筑工程施工的工廠化與裝配化，大量裝配式建筑的出現，決定了未來建筑行業會像汽車流水線一樣，采用自動化的標準作業模式，而且在未來，建筑的通用性會越來越高，就像汽車工業一樣，完全采用標準化構件生產，人工操作非常容易產生誤差。二是在各個施工環節中大量使用專項的自動化施工設備，比如電子推土機，智能挖掘機，24小時作業的自動化操作設備。在國外這類設備已經在投入使用，日本發明了一種自動化機械履帶式鏟車，該車輛可以無人駕駛，自主監控，在程序設定下，通過有效的識別方式單獨作業，而無需人為控制，其可靠性極高，甚至超過了傳統人為作業。三是智能化施工機械和相應的全新施工方式開始出現。不可否認，自動化施工提高了施工效率、降低了投資成本以及更大程度地保證了安全生產，促進了建設工程體系化，即圖紙設計、材料生產、現場施工三者間要緊密聯系和完美銜接，但是自動化設備的應用還應該更進一步，未來會向建筑施工機器人的方向發展，比如樓宇爆破等危險作業中，由機器人執行，這就要求設備具備自動識別、調整和程序變更的功能。

2 我國建筑施工設備自動化技術的應用瓶頸

2.1 自動化水平較低

雖然現在自動化技術已經有很大的發展，但是還是會遇到不少的瓶頸，如技術和設備的集成，復雜工作程序如何分解為簡單的單一動作，如何預知工程項目中的不可控因素，根據工況的變化讓自動化設備執行復雜性的工作。我國作為發展中國家，大量的建筑企業都已經采用大規模自動化生產設備，但是自動化技術水平還相對薄弱。而建筑施工設備自動化技術水平相比國外相對落后，可知我國的建筑設備施工自動化技術還處于最初級的發展階段，仍然有非常巨大的發展空間。

2.2 自動化人才缺乏

一方面是自動化研發人才較少，日本發明了能夠獨立操作無人駕駛的建筑工地車輛，但是我國顯然還不具備這一條件，人工智能技術和國外差距較大，而自動化技術發展緩慢的原因之一，是人才的缺少，所以即使有現成的技術運用在工程機械中，我們也是大多引進國外的設備和技術。另一方面是現場施工操作自動化設備的水平較低，缺乏自動化意識和思維，尤其是現場作業人員，多以農民工群體為主，對自動化設備如何使用不甚了解。

2.3 成本因素

大量采用自動化設備需要較高的成本，尤其是人工智能機器人等方面研發投入巨大，而且研發成功了也不一定適應現場的情況。所以目前的設備多是平面運行設備，如何開發高樓和其他環境的操作設備還是一個復雜的問題。單個開發某種自動化不具備推廣性，考慮到當前勞動力成本的問題，企業還是愿意使用人力和傳統工程機械。

3 我國建筑施工設備自動化技術的應用策略

要想實現建筑施工的信息化與自動化，應從以下三個方面入手：

3.1 加大自動化技術水平

為進一步降低建筑施工的勞動強度、節約利用建筑材料、大幅提高施工效率，應該加大設計研發全套自動化施工設備。建筑施工自動化技術應用中除了要解決建筑主體部分自動化施工方面的問題，為了進一步提高施工效率、節約投資成本和盡最大可能保證安全生產，還需要設計研發更高效的建筑裝修自動化設備。對于我國建筑施工設備自動化技術的研發，我國應該加大投入資金，一方面發展技術，一方面培養人才，兩手并抓，相信在未來的不久，建筑施工設備自動化與信息化在我國不再是一個工程領域的概念，也不會在施工中處處依賴國外的技術與設備。在建筑施工設備自動化發展的道路上，技術人才一把抓，熟練運用技術，培養應用型人才。

3.2 創新自動化設備的研發

在研發中要善于創新，能夠根據工程項目的實際進行自動化設備研發，實現以需定產，而且還要根據實際情況不斷調整設備。比如根據日本履帶機器人經驗，在工地上設計無人駕駛自動行走機器人和搬運機器人，代替人力進行運輸。筆者認為建筑自動化操作要更多借鑒工程機器人自動化的經驗，在此基礎上進行創新，打造一套符合工地運作的自動化作業體系，并且在全國范圍內逐漸推廣。

3.3 擴大自動化技術的使用規模

提升標準化的程度，擴大建筑施工自動化技術的適用范圍，比如建筑施工過程中應盡可能使用BIM技術，通過BIM技術實現建筑施工的信息化與自動化。建筑施工應用BIM技術，通過建立建筑模型，模擬施工，以此獲取建筑施工過程中需要的信息，大大推進了建筑施工的效率，對建筑施工自動化技術的發展也具有極大的促進意義。設備研發要經濟實用，具備推廣價值，切忌花了巨大投入進行研發，最終沒有實用價值。

4 結束語

隨著社會與經濟的快速發展，傳統勞動力密集型方式逐漸落后，未來施工自動化設備會逐步替代大量的人工，我們會看到越來越多無人駕駛設備在工地中行走。總的來說工程領域自動化的應用，在建設工程成本節約和安全保障方面起到了巨大的作用，使看不見的盲區轉化為看得見可控制的形式。只有不斷地完善和改進建筑施工設備的自動化技術，成熟地運用施工設備自動化技術，才可以減少人員傷亡事件，提高生產收益。

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