建筑行业机器人的应用前景.pdf

非淡泊无以明志，非宁静无以致远。——诸葛亮建筑行业机器人的应用前景摘要:随着中国经济快速发展，中国建筑业迅速发展，产业规模不断提高。建筑机器人作为一个具有极大发展潜力的新兴技术，有望实现“更安全、更高效、更绿色、更智能”的信息化营建，整个建筑业或借助机器人完成跨越式发展。关键词：建筑机器人、建筑业、新兴技术、信息化引言近年来，机器人和自动化系统越来越多地出现在各行各业，甚至成为了我们日常生活的一部分，正改变着我们的生活和工作方式。传统人力正让位于现代机器人技术。但建筑业目前仍然是自动化程度最低的行业之一，体力劳动仍被认为是生产力的主要驱动力。目前我国建筑业信息化率仅约为0.03%，与国际建筑业信息化率平均水平0.3%相比差距巨大。建筑产业信息化建设任重而道远。1建筑机器人市场建筑智能建造产业升级是解决建筑业诸多问题的有效途径之一。广义的建筑机器人囊括了建筑物全生命周期相关的所有机器人设备，狭义的建筑机器人特指与建筑施工作业密切相关的机器人设备，通常是一个在建筑预制或施工工艺中执行某个具体的建造任务(如砌筑、切割、焊接等)的装备系统。我国建筑业产值规模不断扩大，也为建筑机器人行业提供了充足的发展空间。预计到2023年，中国建筑机器人行业应用规模将达到224亿元。虽然目前中国的建筑机器人专利技术增长迅速，但大部分仍在研发期，并未进入商用领域或实现规模化量产，下游应用渗透率不及1%。2建筑业现状建筑业劳动力短缺问题正日益加剧。越来越少的年轻人打算投身于建筑行业。同时，建筑施工也伴随着严重的安全问题。根据粗略统计，约30%的职业事故发勿以恶小而为之，勿以善小而不为。——刘备天行健，君子以自强不息。地势坤，君子以厚德载物。——《易经》生在建筑业，建筑业发生致命事故的风险是其他行业的四倍。同时，劳动生产率问题，成本效益问题，也是建筑参与者们关注的重点问题。通过机器人可以解决工地的健康和安全问题，完成大型和重型负载的搬运，以及代替工人在环境污染区域完成工作。此外，机器人可以完成复杂、重复的加工处理工作，执行危险性任务。通过自动化的施工方式，填补行业内劳动力和技术工人的短缺，也吸引年轻人加入建筑领域的工作。从成本效益来看，以混凝土材料的使用为例，相比传统建造方式，3D打印混凝土技术可以节约建筑材料30%-60%，节省人工成本50%-80%，缩短工期50%-70%，从而大幅降低建筑生产成本。3建筑行业机器人技术应用在自动化水平、机器人应用方面，制造业、汽车领域的水平要远高于建筑业水平。目前，大多数机器人的研发是由工业机器人为基础，结合建筑领域的特点，加以创新发展而来。虽然国内外建筑机器人发展水平不一，但整体上偏向于新材料（如轻质碳纤维）建筑物、构件加工以及构件施工安装、搬运方面的应用。部分机器人厂商已实现自动定位，自动巡视等功能。智能建造机器人的应用潜力还很大，其智能化水平以及普适度，还需进一步的研究与完善。基于信息物理系统的建筑智能建造通过充分利用信息化手段以及机器人智能建造装备的优势，可以有效加强环境感知、建造工艺、材料性能等因素的信息整合。对于新建筑，有许多机器人可以使人类施工更有效，更安全。例如，在单户住宅和标准化建筑的预制件制作过程中，机器人以及机械工作已经是标准配置。各个构件在工厂的生产线上制造，然后在几个小时内在安装现场组装。但机器人技术的潜力远未如此。机器人可以替代人类完成一些特别危险或高强度工作，如在高层施工和重型部件运输，此类工作可以通过脚手架机器人，或为建筑物配备窗户的立面机器人实现。运维阶段的翻新和修缮工作，也可以通过机器人来完成。但在翻新过程中，自动化流程的运行要求和熟练度的要求，使得机器人的使用变得困难得多。建筑工地及其流程最初用于手动工作，首先必须适应机器人，以便提高其性能。考虑老当益壮，宁移白首之心；穷且益坚，不坠青云之志。——唐·王勃以铜为镜，可以正衣冠；以古为镜，可以知兴替；以人为镜，可以明得失。——《旧唐书·魏征列传》到维修工作环境的特殊性，翻新工作中应用的机器人应该是便携式机器人。翻新机器人的使用已有很多应用案例，如粉刷外墙和室内装饰，组装天花板或铺设瓷砖。在未来，机器人甚至可以接管整个室内设计和室内装修。4建筑机器人技术的应用障碍机器人的特点是在受控且安全的环境中高效率地进行重复任务。但建筑工地具有复杂性和不确定性。单个（建筑）机器人的确能够接管铺设砖石或构件装配的过程。但为了机器人的使用真正高效且有利可图，机器人需要具有适应环境实时变化的功能。这种功能应是机器人自身所具备的，而不是需要定制化开发或是重新编程才能实现的。建筑机器人的工作内容还有着位移空间大、负载需求高、自由度需求高、安全系数要求高等特点。随着工业机器人轴数的增多，多轴联动控制系统的研究愈发深入，发展到今天已经出现了七轴机器人热潮。为了应