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摘要：近几年来，科学技术的飞速发展在很大程度上促进了建筑工程的自动化的实现，给人们提供安全、舒适的环境的基础上，促进了的便捷性和高效性。当前对建筑自动化进行研究有着重要的现实意义。
关键词：建筑；自动化；技术
1 国外建筑自动化技术的进展
1.1轮廓工艺
南加州大学霍什内维斯教授首次提出采用轮廓工艺（contourcrafting）建造房屋，整个过程完全自动化，并成功应用在实验室环境中。据有关媒体报导，其目标是在24h之内建造200m2的房屋。整个装置的示意图如图1（a）所示，图1（b）是核心部件喷头的结构。
1—水平泥刀;2—喷嘴;3—材料输送管;4—侧泥刀控制机构;5—侧泥刀
图1轮廓工艺
整个装置在两条导轨上运行，便于建造大型建筑。采用龙门式结构，逐层建造。采用双头设计，一个喷头负责混凝土的喷射浇筑，另一个实际上是机械手，负责抓取成型件，用于搭建房顶。喷头是一个具有多轴联动功能的复杂结构，这是由其任务决定的，它的基本运动形式包括:
1）混凝土挤出操作，必要时还可以混合多种混凝土成分，如速凝剂、减水剂等。
2）喷头旋转操作，使喷头始终对着墙体的中心线方向，根据墙体的形状作出必要的旋转。一般角度＜360°。
3）侧泥刀的姿态控制，不管墙面是垂直的，还是曲面弧形，控制泥刀的倾斜角，使外墙表面始终光滑。喷头还可以在贴地砖时换成喷胶水，机械手还可以换成吸盘。
1.2D－造型技术（D－Shape）
工程师恩里科等发明了D－造型技术，用于建造长宽高最大尺寸为6×6×3m3的建筑，它也是目前世界上最大尺寸的建筑3D打印机。其特征是:采用多个喷嘴（可达数百个）喷出镁质黏合材料，然后在此基础上喷撒极细的沙子颗粒，厚度为5mm，最大不超过10mm，层层喷撒，层层堆积，最终成型。建造完毕后的建筑质地类似于大理石。与轮廓工艺相比，其建筑材料不是事先搅拌好的混凝土。关键在于特殊的喷头，喷头的操作受建筑CAD软件的控制。并且采用数码成像技术，获取每一打印层的图像，与设计图的相应层作对比，如果发现存在偏差，采用适当的控制算法进行修正，确保每一层的打印质量。
现在该技术已受到欧洲航天局（ESA）的关注，并资助研发多种相关技术，计划用于在月球上建造永久定居点。
1.3天篷技术（BigCanopy）
日本在建筑自动化领域起步早、技术先进，并在工程中实际应用。由于意识到劳动力人口日益减少的趋势，用机器人替代人工、提高生产效率是主要目的。天篷技术是20世纪末开发的，用于建造高层强化混凝土建筑，具有高度的自动化。其特点是:大量采用混凝土预制件，通过现场立体化的吊装设备进行组装，只需要少量的焊接工作和少量的混泥土浇筑;广泛采用数据库技术，从预制件的生产、储存到安装采用数字化管理。其结果是:采用该技术建造一幢26层高的大厦，人工消耗只有传统建筑的三分之一，缩短了工期，提高了质量，节约了大量原材料。
1.4建筑机器人的应用
基于第三代智能型机器人，紧密结合第五代计算机技术，国外研制出多种类型建筑机器人。
1）混凝土喷射机器人。该机器人有自主行走机构、机械臂、喷头、空气压缩机和控制器等部件组成，在施工现场沿工作面喷射快干混凝土。由于喷浆有大量的回弹砂浆，工作环境恶劣。采用机器人，提高了工作效率，带来了巨大的效益。
2）管道挖掘机器人。挖掘埋设在地下的管道有一定的危险性，并可能对管道产生破坏。该机器人根据声呐回传的数据，对挖掘地点进行建模，根据表面拓扑图和目标管道的地理位置，产生工作轨迹。该机器人具有很高的实用性。
3）土方开挖机器人。建筑工地土方开挖工作量十分巨大，属于简单、重复劳动，由人工来完成，有一定的危险性。英国兰开斯特大学研制的机器人，由分布式计算机系统组成，分别控制现场导航、任务规划、液压操作、安全保障。采用人工智能技术，处理多种传感器的信息，根据现场情况，不断调整控制策略。
4）其他类型建筑机器人。已经取得实际应用的还有壁面爬行检查机器人、钢筋铺设机器人和在放射性环境中使用的取芯钻探机器人、辐射性混凝土切割机器人等。
2 电气自动化在现代建筑中的应用
2.1电气接地系统自动化
接地系统设计在建筑供配电设计中发挥着重要作用，它与供电系统的安全性及可靠性有着直接的关系。TN-S与TN-C-S是目前应用最多的两大电气接地系统，两种接地系统的广泛应促进了建筑物供电系统安全性及可靠性进一步提高。①TN-S接地系统。TN-S系统中，中性线（N线）与保护线（PE线）是独立分开的，中性线通常露在外面会带电，而保护线不导电，都以变压器中性点为接地点，该系统主要应用于低压供电系统及需要单独设立配电所的建筑项目中。TN-S系统作用下PE线不导电因此不会产生电流且对地无电压，所以有较好的安全性。②TN-C-S接地系统。TN-C系统与TN-S系统组成了TN-C-S接地系统，进户前采用的是TN-C系统，进户处做重复接地，然后变为TN-C与TN-S两个系统进户,该系统多应用于用电来源为区域配电所的建筑项目中。
2.2在线监测系统自动化
在线监测系统的主要功能是对电气设备的工作状态及存在异常进行全程监控，一旦设备运行中发生故障，系统便会及时中断其工作，同时技术人员通过分析在线监测系统中的相关数据便可及时准确地对其进行故障维修。在线监测系统中的自动化设计主要体现在绝缘监测、雷击监测及环境监测三方面。①绝缘监测。我们知道电力运行的安全问题与设备绝缘性能的好坏有着直接的关系，绝缘监测系统能大大提高电气设备的安全稳定性。绝缘子挂网运行是目前电气设备绝缘监测系统最常用的方法，在外界因素的影响下，绝缘装置性能会慢慢减弱，而使用绝缘监测系统可进一步提高其稳定性。②雷击监测。如今，随着人们生活水平及安全意识的不断提高房屋内电子设备与布线系统也越来越多，越来越复杂，如闭路电视系统、火灾报警系统、消防控制系统、办公自动化系统等。然而我们知道任何雷电击打的方式都会使得设备受到一定的损伤影响其正常使用。因此，在线监测系统应充分考虑雷击的危害，做好这些设备及布线系统的防雷工作，并根据设备的结构来合理规划雷击监测系统。目前安装避雷针或避雷网是最常用的两种避雷方法。③环境监测。空气中的湿度、温度及二氧化硫等有害气体都会对电气设备及连接线路产生一定的影响。如果不对电气设备进行环境监测那么电气设备故障发生率将越来越高，且使用寿命会越来越短。自然环境一旦对电气设备产生干扰，环境监测系统就会发出异常信号并传递到监控中心，提醒工作人员及时检查并维修电气设备。
3 结语
建筑自动化是自动化技术的重要方向，采用先进技术取代人工是必然的发展趋势。
参考文献
[1]周成.绿色建筑理念下的建筑自动化技术应用设计[D].青岛理工大学,2015.
[2]董春桥.建筑自动化发展现状及趋势[J].建筑电气,2012,31(08):43-47.
[3]邢炜.自动化控制技术在智能建筑中的应用分析[J].自动化与仪器仪表,2015,(04):3-5.
论文作者:谢金杰
论文发表刊物:《防护工程》2017年第19期
论文发表时间:2017/12/8
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