关键词：建筑机器人；应用；发展
在建筑施工中，建筑机器人是自动执行建筑工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动，协助或取代人类在建筑施工中工作。对于建筑机器人而言，其基本组成结构和一般性工业机器人并无特殊之处。建筑机器人以其施工安全性、高效性，降低工程造价等优势，成为保障施工人员安全，提升建筑工作品质的必然选择。
一、建筑机器人应用的优势
1、施工安全性。建筑行业发展至今，高层化和复杂化的特点日益突出，再加上建筑行业本身露天作业和高空作业的要求，以及施工环境、作业条件差和劳动强度大，造成建筑施工不安全因素随着工程进度呈现动态变化，难以防控，建筑行业安全生产事故时有发生，使建筑业成为公认的高危行业，伤亡率仅位于矿山与交通事故之后。建筑机器人是保障施工人员安全、提升工作品质的必然选择。若要将建筑工人从中解脱出来，就现有技术发展水平来看，机器人技术或是破解这一难题最佳也可能是唯一的途径。除此之外，借助于建筑机器人可以毫不费力地把建筑活动扩展到人所不适的新场所和新领域，如水下、化学或核辐射污染、高温、高压等领域，并能带来巨大的经济效益。
2、施工高效性。目前建筑施工中，虽然已有大量机械设备参与，但更多的工序还是有赖于手工作业，导致建造周期漫长，少则数月，多至数年。而采用机器人技术，可使建造效率大幅提升。以欧美的标准民居为例，传统人工作业的平均建造周期约为6～9个月，若采用最新的机器人3D打印技术，建造周期可大幅缩短至1～2天。建筑机器人高效的施工不仅在普通工程中能缩短工期，在应急工程如遭遇地震、恐怖袭击、泥石流等灾难后，也可以快速完成临时居所建设，保障居民的基本生存条件。建筑机器人可以使传统的古老工序现代化并提高效率。
3、降低工程造价。建筑行业造价中人工费用占了很大比例，在一些传统领域可使用机器人替代建筑工人，在新的建筑工序中，也可以设计出更有效的机器人，降低人工成本。此外，建筑行业属于资源需求极为密集的行业，而传统的手工作业方式又流于粗放，建材使用不能精确控制，导致营建过程的材料浪费巨大。据美国有关部门测算，一栋普通民居建造过程的材料浪费率高达40%。事实上，若采用建筑机器人代替人工施工，通过合理规划和精细化作业，可大幅减少原材料浪费，甚至实现零浪费，利用机器人技术也可以实施老旧建筑材料的回收再利用。这将大大降低建筑成本，也符合构建节约型社会的时代价值要求。从工程造价角度而言，建筑机器人是高效益的选择；从资源利用的角度出发，建筑机器人满足了构建节约型社会的时代诉求。
二、建筑机器人应用
按照建筑工程施工的工序特点，建筑机器人在建筑施工中主要应用在建筑施工场地的处理、建筑主体工程的施工、建筑装饰装修工程方面以及对建筑的检查清洁。
1、建筑机器人处理施工场地。建筑施工场地处理上主要包括测量放线、基坑挖掘、岩石开凿、管道排水、基坑支撑面喷涂和场地平整等，对应工序都开发有相应的机器人进行施工。建筑机器人运用于主体工程施工包括混凝土的搅拌浇筑、钢筋的配置、墙体的砌筑等。主体工程工作程量大，施工复杂，是建筑工程施工过程中耗时最长、用量最多的程序，建筑机器人的使用能提高施工效益，缩短工期，降低工程造价。
2、建筑机器人运用于装饰装修。在建筑工程中，装饰装修工程包括地面平整、抹灰、门窗安装、饰面安装等。建筑装饰装修工程对于作业精度要求非常高。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆以抹灰为例，其平整度不得超过3%，人工作业要达到相应要求常常需要反复检查和返工。用建筑机器人程精度高，以抹灰机器人为例，其平整度能达到1%，基本一次完成，避免了返工，从而提高工效。
3、建筑检查、清洁机器人。高层建筑表面装饰很容易出现开裂、破损，如果完全依靠人工来进行检查，一方面由于其检查频率高带来较大工作量，另一方面人工通过眼睛或借助工具很难发现问题，使用建筑自动检查系统能全面精确地发现建筑存在问题。此外，随着建筑高层化的发展，建筑使用玻璃幕墙十分频繁，但玻璃幕墙沾染灰尘后影响透光度和建筑整体形象，因此需要对其进行清洁。传统清洁依靠人工系挂安全绳或搭载安全工作面从上而下进行，存在高空坠落的安全隐患，且人工清洁效率低下，工作效果不佳，需要反复进行。依靠自动清洁机器人能安全、高效地完成建筑玻璃幕墙清洁工作。
三、建筑机器人发展技术
一般来说，在低成本、易操作、高效率等基础上，对建筑机器人进行研发，尽量做到外形美观。要实现这目标需从以下关键技术方面取得突破。
1、结构设计。现有的建筑机器人普遍存在体积大、质量重等问题，其功能也受到一定影响。为了减少或避免功能受损，可通过简化机械结构方式或替换为轻量化材料，如: 孙江宏等［18］根据并联机构工作空间原理，提出一种2－PSS＆PPU 并联微动机器人机构，该机构结构简单，通过螺旋理论和其工作空间表达推导分析，得出能够实现微米级微动且运动分辨率较高;［1］采用含70%玻纤的尼龙66 的复合材料注射成汽车减速器后盖，替换原有的铝合金后盖，实验已证明，该复合材料包含了铝合金后盖所需的一切性能，并具有成本较低、质量较轻、硬度较高等优势。
2、传感器技术。传感器技术用于感知未知工作环境，由于建筑行业分工明确，研发具有针对性的建筑机器人需要不同使用功能的传感器，如压力传感器、视觉传感器、声控传感器。其中板块安装机器人夹紧板材所需的力需要精确地控制，［2］研发一种基于PVT 相态特征和伯内特方法基础的绝对压力传感器，经测试，其最大承受压力可达100 MPa; 机器人视觉相当于人的“眼睛”，其技术对机器人移动起了非常重要的作用，基于背景减法技术和图像还原技术的动态轻量级方法的视觉传感器网络，实现了机器人检测产生的过渡延迟时间较短; 声控传感器可以通过人类的语言对机器人控制，研发一款基于语言识别模块的声控传感器技术的教育机器人，平均正确识别率高达73.3%。
3、导航定位技术。移动建筑机器人根据遗传、蚂蚁等算法给出路径规划，通过相应的传感器辅助，安全移动到目标位置。而导航定位技术是实现建筑机器人能否跳出死角、避开障碍物、精确定位的关键所在。［3］研发一种基于超声波的室内导航定位系统，利用P3－DX 型移动机器人的超声波发射器和接收器的时间差，判断移动的位置，经测试，该机器人能实现厘米级的定位精度，在原有的基础上，添加融合编码器和陀螺仪的UKF 传感器，能够有效地提高导航定位精度。
建筑机器人是将机器人技术和建筑行业进行交叉融合而产生的一个新领域，其应用范围涉及建筑物生命周期各个阶段。我国建筑机器人行业处于产业链下游，核心零部件大部分依赖进口。随着国际工业时代的到来，加之我国对机器人行业的政策支持和良好的人才、产业基础，建筑机器人被更多地投入施工是建筑施工行业未来的发展趋势，建筑机器人行业在未来几年将迎来发展的黄金期。
参考文献：
[1] 马宏，侯满哲.关于建筑机器人的研究[J].河北建筑工程学院学报，2016（9）.
[2] 于军琪，曹建福.浅谈建筑机器人研究现状与展望[J].自动化博览，2016（8）.
[3] 孙志杰，王善军，张雪鑫．工业机器人发展现状与趋势［J］．吉林工程技术师范学院学报，2017，27( 7) : 61－62．
论文作者:葛敏
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第16期
论文发表时间:2020/1/2
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