從“建造”到“智造” 共筑美好未來

文｜龔劍

上海建工集團股份有限公司總工程師（首席專家）/教高 龔劍

目前建筑行業智能裝備很多，比如智能模架裝備、預制構件智能生產線、智能焊接機器人、3D打印機器人等。這些智能建筑裝備在其所應用的場景、流程方面各不相同，但也有一些共性特征。一是都需要聚焦應用場景，從工藝和控制程序上明確智能化算法，這也是裝備可以實現智能化的基礎。二是基于智能化算法來建立控制程序，以程序驅動來賦予裝備的智能化屬性，如此，裝備也將逐漸具有運行環境感知、工況分析決策、控制調整執行、學習優化改進等能力。三是其落地應用的關鍵是要實現機械化施工作業，被賦予智能化屬性的工程裝備最終目的是要實現工程應用和解決工程建造難題，在應用中不斷發展和完善。

智能裝備成建筑業轉型升級有力推手

將先進制造技術、信息化控制技術和智能化算法及程序驅動與工程裝備進行融合與應用，賦予工程裝備智能感知、分析、決策和控制功能，可以顯著提升裝備的智能化水平，其落地應用也將改變傳統建造模式，給建筑行業帶來一些驚喜和變化。一是智能建筑裝備的落地應用可以極大地將現場操作人員解放出來，簡化工序和工種，減少現場作業人員數量，有效降低工程勞動人員成本，提高施工效率，解決現場用工人員不足的難題。二是智能建筑裝備的落地應用有利于提升施工行業的工業化建造水平，減少現場手工作業，將施工過程中人的影響因素和施工安全成本降到最低，確保工程高效安全施工。三是智能建筑裝備的落地應用有利于帶動建筑業及其關聯產業的轉型發展，工程裝備的發展是一個復雜的系統問題，通過聚焦高大深重工程，從工程場景應用端和解決重大工程技術難題，開展我國自主創新的智能裝備研發，可以借助市場需求來促進建筑業建筑及其關聯產業的協同創新轉型發展，進而改變建筑業傳統的建造模式。

這里以房建工程為例，具體通過以下三個典型的智能裝備實際應用場景進行分析。

應用場景一：超高結構混凝土工程施工場景。200m 以上超高結構，通常采用混凝土核心筒結構，其建造裝備主要為智能化整體鋼平臺模架裝備。整體鋼平臺模架是一種以蝸輪蝸桿動力系統或液壓油缸動力系統驅動，通過整體式的鋼平臺系統及腳手架防護進行施工的爬升式模板體系，特別適用于超高結構工程建造。整體鋼平臺模架主要由鋼平臺系統、模板系統、爬升系統、支撐系統、腳手架系統等五大部分組成，主要工藝是通過支撐系統與爬升系統的交替支撐進行移動式爬升作業，進行混凝土結構施工的模架裝備。

應用場景二：超高復雜鋼結構施工場景。針對超高、大跨、復雜鋼結構施工環境惡劣、作業安全控制難等難題，引入智能化施工裝備，比如智能化鋼結構焊接機器人，可以很好的解決超高空室外焊接作業及風險控制難題，大幅提升施工工效和施工安全控制水平。在上海中心大廈工程中，我們探索性在300m 高空進行鋼結構焊接機器人作業研究，由焊接機器人執行器、多自由度焊槍調節控制器、機器人控制平臺及智能化控制模塊等組成，采用模塊化配置，很好的滿足了超高層鋼結構現場安裝焊接作業需求。

應用場景三：復雜結構與構件造型施工場景。針對復雜結構、異形構件、個性化部件的施工難題，3D 打印施工技術是一種很好的滿足個性化需求的新型技術。3D 打印系統裝備主要由混凝土輸料系統、混凝土布料系統、打印路徑控制系統組成，通過計算機控制下協同工作，實現施工過程的智能化。目前，3D 打印裝備已在打印房屋、建筑公共設置、景觀構件和異形構件中均有應用，比如在上海迪士尼工程中，針對一些復雜預制構件、飾面工程，我們通過采用3D 打印技術很好地滿足了工程個性化需求，并顯著提升了施工工效。

智能裝備是實現智能建造的關鍵支撐

雖然近些年來，我國自主研發并應用了一系列智能裝備，但在具體應用過程中還有很多需要突破的障礙。一是核心技術還有待突破，自主創新能力還有很大的提升空間。目前，智能建筑裝備整體創新相對較弱，關鍵場景應用還遠沒有達到智能建造目標。現有的智能建筑裝備的性能和穩定性有待提升，智能建筑裝備產品和核心技術尚未形成體系。二是智能建筑裝備標準化程度不高，部分智能裝備缺乏統一標準。智能建筑裝備在應用過程中，各種信息集成軟件、設備關鍵部件接口、信息網絡端口等都需要統一連接標準，智能建筑裝備在應用發展時，在裝備和技術管理的標準化方面存在一定的不足，導致網絡之間、設備之間存在一定程度上的異質異構問題。三是裝備應用大數據價值挖掘不足。智能建筑裝備制造和應用過程中會產生大量數據，通過收集、整體、分析這些數據，可以很好地挖掘其大數據價值，優化生產工藝流程，提升智能化施工能力。

智能建筑裝備是我國建筑業實現智能建造的關鍵，關于其未來發展，主要有以下四個特點。一是滿足不同場景化工程應用的智能裝備不斷涌現。從點上來說，每一個工程應用場景都會也都需要有專業的智能裝備，從而滿足工程的智能化建造需求。二是滿足專項或整體建造的智能集成裝備不斷涌現。隨著智能裝備的發展，智能化集成裝備是進一步提升工程裝備水平的關鍵，可以很好的滿足工程的整體智能化建造需求。三是滿足個性化和整體協同施工需求的智能化控制系統不斷涌現。智能裝備的應用離不開智能化控制系統，當智能裝備發展到一定水平時，不僅要從點上對單個裝備進行智能化控制，還要從面上對現場所有智能裝備進行一體化集成控制，從整體上提升其智能化水平。四是整個施工現場可以發展成為建筑機器人一體化集成作業。智能裝備發展的終極目標是智能機器人，關鍵場景都有智能機器人在施工作業，管理人員只需進行總體操控，即可完成整個工程建造過程。

建筑智能技術與裝備的應用將對我國建筑行業帶來很多新的發展機遇和挑戰，其將對整個行業產生的影響主要有以下四個方面。一是全面革新傳統施工工藝。智能裝備的不斷發展與應用，必將顛覆傳統的建造模式，從點到面上革新各項施工工藝，實現建筑業智能化轉型升級。二是改變建筑業從業人員需求模式。智能裝備的發展與應用，將對操作人員和管理人員的素質及技能提出新的要求，否則將無法操作、控制智能裝備高效安全作業。三是改變傳統工程管理模式。智能裝備的發展與應用，必將從流程上改變施工作業方式，這就對工程管理模式提出了新的要求，從方案審批到現場質量安全管理等都將出現新的管理方式。四是改變傳統的工程監管模式。智能裝備的發展與應用，在改變工程管理模式的同時，也將改變工程監管模式。隨著施工現場智能裝備的增多以及智能化應用水平的提升，政府、監理單位對于工程的監管模式、審批模式也將產生變化。

結語

智能裝備是建筑業實現智能建造的關鍵，其發展是一個系統工程，涉及的學科及產業眾多，需要各行各業的共同努力和協同創新。智能裝備的發展是一個持續進步的過程，需要我們在具體落地應用中不斷明確工程需求及其應用效果，不斷優化智能化算法、改進智能化控制系統、完善智能化裝備性能，方可滿足日益提升和變化的工程應用場景需求。智能裝備的發展與應用，也將給我國建筑業帶來越來越多的驚喜，極大地改變行業的工程建造和管理模式，最終可以助力我國從工程建造大國向工程建造強國的轉變。