智能高樓外窗清洗一體機的發展趨勢

陳曉萍 劉觀雯 楊潤梅 謝文森 劉俊航

本文綜述了國內外高樓外窗清洗機的概況，以及目前國內高樓外窗清洗的現狀，據此對高樓外窗清洗機的發展趨勢進行了論述。

一、前言

在社會經濟和建筑材料的不斷發展以及施工技術的日漸提升下，建筑的美觀功能越來越得到重視，在建筑幕墻和高樓的大量發展下，外窗清洗業在我國也引起了人們的普遍關注。由于高層建筑外窗由于受到煙塵污染以及大氣中有害氣體和油煙等污染發生的化學反應造成的侵蝕，使得外窗積滿污垢產生風化，影響建筑的外觀和使用壽命。因此，對建筑外墻進行清潔不僅可以美觀，還能起到保護建筑的作用。但目前高層建筑的窗外清潔卻一直主要依靠三種方式：一種是蜘蛛俠人一根繩子一塊木板一桶的普通方式;一種是通過升降臺、吊籃等工具攜帶清潔劑進行清洗的方式;還有一種是天花板吊索軌道系統瞄準窗戶開槽的方式。這三種方式都存在各種各樣的局限性和安全隱患，因此并不能廣泛應用。然而替代人工進行高樓外窗清洗的智能高樓外窗清洗一體機的出現將大大改變現狀，也勢必帶動高樓外窗清洗行業的發展。

二、智能高樓外窗清洗一體機的概況

世界上最早開始研究高樓外窗清洗機器人工作的可以追溯到1966年來自日本大阪府立大學的西亮講師，自行研發的一款利用風扇產生的負壓進行吸附的避免移動機器人。在1975年，考慮到了實用性的問題，西亮又設計出一款利用單吸盤吸附、用輪子行走的機器人，在西亮的影響下，日本高校以壁面移動機器人為核心，結合特定的清洗機構形式了許多種類的壁面移動機器人。我國在這方面的研究起步比較晚卻發展迅速，在高樓外窗清洗機器人這一領域研究較為出名的有上海交通大學、哈爾濱工業大學、北京航空航天大學等等。90年代研發出的利用直升機原理的推進型壁面移動機器人，完美地詮釋了吸附和移動兩個基本功能，在螺旋槳的推動下產生的推力實現了機器人的移動?？傊?，高樓外窗清洗機器人的研制猶如百花齊放，實用方案層出不窮，可是仍然在吸附及密封技術、移動、控制和設計上存在著技術問題，這些障礙使得高樓外窗清洗機器人的發展陷入瓶頸，需要相當長的時間加以解決。

智能高樓外窗清洗一體機主要是針對新建規則直面矩形的玻璃幕墻，基于無線通信方式的單片機和PLC的一體機上下位機控制系統的方案。上位機控制器可便捷操作，主要用來規劃一體機運動路徑，發送指令以及接收當前工作信息等。一體機本體控制器和樓頂吊裝系統控制器采用PLC作為下位機，通過多傳感器信號感知，用來協調吸附、移動和清洗動作，并將當前狀態發送給上位機顯示。利用三相異步電機變頻調速的原理，設計了樓頂卷揚機電機的變頻調速系統。預估最終產品是20公斤級別，整個產品的主要結構包括一體機、水泵、自動控制箱、遙控器、安全保護裝置等。

這款智能高樓外窗清洗一體機是安裝在樓體特殊軌道上，成為樓體的一個功能部件，而不是一個獨立個體，使得產品每小時可清潔120平米左右的幕墻，每天可清潔1000平米左右的幕墻。所以，與人工清洗相比，使得清洗效率大大提升，成本大幅下降，而且安全性也得到更好的保障。除此之外，為了防止一體機出現跌落失控等意外情況，清洗一體機還設計了安全保障系統，主要是由屋頂安置的固定導軌、卷揚機、鋼索及隨動控制系統等構成。在一體機正常工作時，鋼索牢牢地連接在一體機框架上，隨動控制系統控制卷揚機跟隨一體機在導軌上同步平移;一旦一體機出現意外跌落，隨動控制系統可以控制卷揚機拉動鋼索將一體機收回。安全保障系統大大提升了一體機的安全性和實用性。所以，基于一體機的基本運作原理，使得無論是在成本上還是在安全上，都大大優于“蜘蛛人”。

三、智能高樓外窗清洗一體機的發展趨勢

由于傳統的清潔市場存在多、亂、濫的現象，實則是無序競爭。市場秩序的紊亂，不僅給客戶造成不便，對本行業的發展也極為不利，由此急需改革和創新。而且近年來國家大力扶持科技創新、技術革命，為傳統清潔市場轉型提供契機，人工清潔方式轉變成智能清潔方式勢在必行，故該市場前景巨大。

目前中國的建筑面積達到600億平方米，其中幕墻占5%，且每年新建幕墻達9000萬平方米。即使以最低收費標準且每年清洗一次來計算，國內的幕墻清洗市場也達到100億以上，加上當前的市場迫切需要智能清洗設備來替代高難度、高危險的人工清洗。智能高樓外窗清洗一體機應時而生，打開了高樓外窗清洗的市場，有利于高樓外窗清洗行業的發展。由此可見，目前國內高層建筑清洗市場的發展趨勢還是十分樂觀的。

綜上分析可以看出目前的高樓外窗人工清洗業存在不少弊端，不僅危險度高，而且成本還高，除了設備成本，還要人工成本。而智能外窗清洗一體機打破了傳統的人工清洗，利用現代化科技，使得外窗清洗更加方便、更加安全、更加實用。 （作者單位：廣東白云學院）

本文系廣東白云學院年度大學生創新創業訓練計劃項目，項目編號201810822104，項目名稱：智能高樓外窗清洗一體機 。