装配式建筑的智能机器人应用现状与关键技术探讨论文_鲁海

装配式建筑的智能机器人应用现状与关键技术探讨论文_鲁海

摘要:对于装配式建筑,我国已在建造标准、工艺规范与流程、BIM辅助设计/建造、优化管理等方面开展了大量研究与实践。构件制造效率的低下,已成为制约我国装配式建筑发展的瓶颈问题。近年来,国际上掀起了“建筑机器人”研究的热潮,用于砌墙、瓷砖铺设、钻孔、线材编织、清拆等用途的机器人相继问世,表明基于机器人技术的智能建造已成为时代潮流。

1标准系统建立影响因素

1.1政策导向

各省市分别出台了推进装配式建筑的方案,制定了相关的标准,个别省市装配式建筑推进较快,如辽宁沈阳、浙江绍兴等地,部分省市发展较为滞后,京津冀、长三角、珠三角较发达地区作为装配式建筑发展的重点。由于装配式建筑需要考虑地域因素,也造成了标准发展的不平衡现象,影响了标准系统的发展。

1.2技术因素

技术因素是影响装配式建筑的一个重要因素,目前装配式建筑在技术上还不够成熟,比如设计方面,预制混凝土高层建筑的节点连接问题,使结构整体抗震性能达不到,在抗震要求高的地区不能使用;构件生产方面,构件生产的精度达不到设计要求,造成安装的不便;运输方面,预制构件不适合尺寸过大,不宜在山区或远距离运输;施工安装方面,外墙板拼接接缝防水问题,以及施工安装的精度不够,造成二次搬运等问题。技术上仍存在不少问题,同时由于技术的不成熟,造成实际施工中的经济指标的提高。因此,标准系统在技术上缺乏有力支撑。

1.3人的因素

人的因素主要指参与标准制定的各个利益主体,如标准制定人员本身的知识水平及素质参差不齐,主观因素较强;各利益主体人员代表性不强;技术委员会委员资格把关不严,人员组成不合理;工作效率低下,工作质量不高等。人的因素在标准化系统中起着重要的作用,人的素质、工作机制及工作效率直接影响到标准的质量。

2施工技术要点

2.1预制构件的深化设计

(1)整体式楼板和支座处的连接设计。在对整体式楼板以及预制墙板施工前,必须要保证其在水平方向上要有至少10mm的搭接,在施工过程中,在搭接的地方跟楼板之间要采取防止其漏浆的措施。之所以这样做是为了尽可能的避免整体式楼板施工过程中漏浆现象的出现,从而导致预制的整体式楼板出现开裂的问题。(2)预制叠合板内线管预留设计。在对设计方案进行优化改进的过程中,要特别重视预制叠合板内线管预留设计,根据施工实际,采取一定的有效措施对内线管进行排布设计,以防止交叉现象的发生,从而影响到工程进度。(3)PC构件易损处加强设计。在设计PC构件时,务必采取强有力的措施,针对预制构件容易发生损坏的部位进行强化处理,从而有效避免预制构件在运输、安装和施工过程中开裂现象的发生。

2.2预制构件的运输和储藏

(1)预制构件的运输。在对预制构件进行运输时,往往会因为受到运输工具内部或者外部的剧烈碰撞二导致预制构件的破损。一般而言,预制构件的运输距离都相对较远,所以在对预制构件进行运输前,要对运输的路线以及外部环境和限制条线等有一个总体的了解,必要时要进行实际勘察,左后才能确定最优的运输路线,从而从根本上避免上述破损现象的发生。(2)PC剪力墙的堆放方式。剪力墙需用堆放架进行堆放,在对堆放架进行预制时,要保证它的刚度以及承载力满足支撑要求。因为PC墙板的外侧面强度较低,不能作为支撑面,所以工作人员要加强对预制构件易损部位的防护,才能防止因为对方方式不合理而造成构件破损现象的发生。

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2.3预制构件的吊装和定位

(1)预制构件吊装时对垂直度的控制。目前,预制构件在吊装施工时,一般存在着施工精度低、浇筑过程中位移现象严重、斜撑调节精度低等种种问题,这些问题都是导致预制构件在吊装施工过程中垂直度发生大幅度偏差的主要原因。正因如此,施工人员在吊装施工时,必须要严格参照施工质量规范要求,采取强有力的方式将施工误差控制在1mm左右,与此同时还要对相应的薄弱部位进行一定的加固,这样才能保证施工质量符合要求。(2)螺栓的定位。预制结构与现浇结构都是以螺栓连接为主要的连接方式,但在工程实际中,往往会有螺栓掉环、拧不上去等现象的出现。为了解决这个问题,在实际施工时,施工人员务必要采取试拧螺栓的方法仔细确认螺栓与其空洞的尺寸是否一致,再确认满足要求后,才能将预制构件与现浇结构连接在一起。

2.4转换层施工技术

(1)控制现浇结构层的平整度及标高。施工人员在架设模架前,除了要先跟技术人员进行技术交底之外,还要要求相关测量人员利用测量仪器进行测量作业,这样才能保证模架架设的精准性。在模架架设完成后,浇筑混凝土施工前,施工人员还要再次核查底板、外墙和梁等部位标高,再确认情况无误后,才能开始浇筑混凝土。(2)控制垫片的设置偏差。施工过程中,有些时候需要使用到垫片,使用时必须预先将放置面按照施工规范要求处理,确认放置面上没有出现任何杂物后,才能由测量人员测算出放置面的标高,计算预制构件落位处的标准高度,最后再依据相关等式进行层高的计算。在确认放置垫片的位置后,使用符合要求的垫片,这样才能避免垫片由于施工过程中的干扰而出现倾倒和位移等危险情况的发生,保障工程的安全性。(3)控制水平缝的宽度。根据施工质量要求,在施工开始前,施工人员应该及时与设计人员进行技术交底,一般设计25mm的水平缝宽度,以此来保证混凝土浇筑施工的有序进行。

3未来要研究的核心技术问题

(1)机器人本体方面。PC构件普遍体积大、重量重(宽可超过3m,长超过20m,厚达50cm以上,重达数吨或十余吨),这对机器人本体的硬件机构、强度、载荷比等提出了很高的要求。加之生产现场的水、混凝土、粉尘等影响,对机器人机构的稳定性、鲁棒性、可靠性,以及人员安全性等,都提出了特殊的要求。(2)机器人的感知与控制方面。PC构件生产中,机器人作业环境较为复杂,非结构特征显著,加之作业对象超大、超重。这在环境感知与建模、三维空间运动规划、大尺度柔性系统的非线性控制、基于视觉反馈的运动控制、多机器人协作、人机交互等方面,对机器人技术都提出了很多新问题。(3)将机器人技术应用于PC构件制造,必然引起后者流程的重定义。当前PC构件制造模式粗放,依靠人工较多。各类智能机器人装备的引入,要求传统制造流程、管理方式发生相应的改变。如何合理分配“人-机”承担的任务,如何相互合作实现最优生产效率,这是需要从系统工程角度深入研究的问题。除制造环节外,在构件的运输、现场吊装、装配对接、室内装修、质量检测及运营维护等方面,智能机器人也都面临着一些特殊的技术问题。

结束语:智能化生产设备的不足,是当下制约我国装配建筑产业发展的瓶颈之一。而将机器人技术用于PC构件制造领域,是突破该瓶颈的有效途径。同时,建议国家有关部门导向性地设立相关研究课题或专项,以便研究形成一套符合我国国情的、完整的装配式建筑机器人化智能建造的工艺流程和关键技术体系,为我国装配式建筑的大发展奠定坚实的理论和技术基础。

参考文献:

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论文作者:鲁海

论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第24期

论文发表时间:2019/11/26

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