預制裝配式建筑施工中工程智能化機械施工設備的應用分析

摘 要：本文從提高效率和生產力 、改善安全措施、提升成本效益、增強質量控制四個角度闡述預制裝配式建筑施工中工程智能化機械施工設備的應用優勢。然后，針對制造和裝配階段的自動化機械設備運用、安裝和運輸階段的先進工具運用、監控和控制系統應用三個主要方面，討論預制裝配式建筑施工中工程智能化機械施工設備的應用路徑。強調了工程智能化機械在預制裝配式建筑中的重要性，并呼吁進一步研究和應用先進技術。

關鍵詞：預制裝配式建筑；施工；智能化機械施工設備文章編號：2095-4085（2024）09-0067-03

0 引言

預制建筑，通常稱為“預制件”，是一種現代建筑方法，其中建筑構件或模塊在受控的工廠環境中制造，然后運輸到建筑工地進行組裝。這些組件一般包括墻壁、地板、屋頂桁架，甚至整個房間或建筑物的一部分。預制化旨在通過降低現場勞動力需求、最大限度地減少資源浪費和提高施工質量來簡化施工流程。

智能化機械施工設備在裝配式建筑施工中的應用范圍廣、效果理想。此類設備利用先進技術和自動化來增強施工效果，通過集成智能機械，預制建筑可以提高效率和生產率，改善安全措施，提高成本效益，并能更好地控制質量。

1 預制裝配式建筑施工中，工程智能化機械施工設備的應用優勢

1.1 提高效率和生產力

將智能化機械施工設備融入裝配式建筑的主要優勢之一是效率和生產率的大幅提升。傳統施工方法通常嚴重依賴手工勞動，既耗時又容易出錯；智能機械簡化了各種施工任務，減少了完成項目所需的時間。

1.1.1 重復性任務的自動化

機械臂和機械手等智能設備擅長處理重復性和勞動密集型任務。這些機器可以精確、快速地焊接、切割、提升和組裝建筑構件，從而顯著減少這些活動所花費的時間，而且它們可以連續工作而不會疲勞，可確保穩定輸出。

1.1.2 更快的組裝

CNC（計算機數控）機器在預制建筑組件制造中至關重要，其高精度雕刻、銑削或成型能力確保了組件的精準性和復雜性，使組裝過程更為順暢，進而加速了整個施工進程。

1.2 改進安全措施

建筑行業安全第一，智能化機械施工設備在加強現場安全措施方面發揮著關鍵作用。

1.2.1 減少危險暴露

機械臂與機械手在工地上的應用，顯著降低了處理危險材料和執行高風險任務時的事故與傷害風險，有效隔絕了有害物質的接觸，為建筑工地營造了更為安全的工作環境。

1.2.2 遠程操作

一些施工任務可以使用先進的機械遠程進行，例如操作員可以在安全距離內控制設備，從而最大程度地減少直接暴露于潛在危險的環境中。

1.3 提高成本效益

成本效益是任何建設項目的一個重要方面。智能化機械施工設備可以通過多種方式顯著節省成本。

1.3.1 減少勞動力需求

通過將原本需要大量勞動力的任務自動化，建筑公司可以降低勞動力成本。機器人裝配、數控加工和自動化運輸系統最大限度地減少了對體力勞動的需求，從而節省了資金。

1.3.2 減少材料浪費

智能機械促進精密制造和裝配，可最大限度地減少材料浪費。這不僅節省了材料成本，還有助于環境的可持續發展。

1.3.3 縮短項目時間

自動化技術的應用顯著提升了工作效率和生產力，從而加快了項目完成速度，有效降低了因施工時間延長而產生的間接費用。

1.4 加強質量控制

智能化機械施工設備確保了整個預制和組裝過程中更高程度的質量控制。

1.4.1 精度和一致性

數控機床與機器人系統產出的組件，其精度和一致性均達到甚至超越手工水平，可顯著減少誤差，確保測量精準，為施工質量提供卓越保障。

1.4.2 實時監控

配備物聯網（IoT）設備的監控系統可提供各種施工參數的實時數據，這樣可以立即識別和糾正任何問題，防止缺陷并確保最終產品達到或超過質量標準。

總之，智能化機械施工設備已成為裝配式建筑領域的規則改變者，它能夠提高效率和生產力、改善安全措施、提高成本效益并確保卓越的質量控制，徹底改變了建筑行業。技術進步正促進智能設備與傳統施工流程的深度融合，推動行業持續創新。對于希望在快速發展的市場中保持競爭力并交付高質量、具有成本效益的項目的建筑公司來說，應用這些技術至關重要。

2 預制裝配式建筑施工中，工程智能化機械施工設備的應用路徑

2.1 制造和裝配自動化機械

在裝配式建筑領域，智能機械設備的應用改變了建筑構件的制造和組裝方式。本節深入探討此轉變的兩個關鍵組成部分。

2.1.1 機械臂和機械手

機械臂與機械手是裝配式建筑中的尖端智能機械設備，其高精度與靈活性使其成為施工任務中不可或缺的通用機械。

（1）組裝和焊接。機械臂擅長組裝復雜結構，例如鋼框架或模塊化住房單元。其可以焊接、螺栓連接和固定部件，其準確性和一致性是人類勞動力無法比擬的，能確保組裝好的模塊完美契合，從而減少了調整和返工的需要。

（2）物料搬運。這些機器還擅長輕松提升和運輸重型建筑材料和部件，從而最大限度地減少了工人的體力壓力并提高了整體效率。

（3）重復性任務。機械臂對于處理重復性和勞動密集型任務特別有價值，其可以連續工作而不會疲勞，從而可以更快地生產建筑構件。

2.1.2 CNC（計算機數控）機器

數控機床是預制施工過程的另一個組成部分，這些自動化工具使用計算機輔助設計（CAD）文件來精確切割、銑削和塑造建筑材料，從而生成準確且一致的組件。

（1）精密制造。數控機床對于高精度生產墻板、地板系統和屋頂桁架等組件至關重要，它們可以創建復雜的設計和幾何形狀，確保組件在組裝過程中無縫裝配在一起［1］。

（2）材料多樣性。數控機床可以加工多種材料，包括木材、金屬、塑料和復合材料，這種多功能性可進行多種結構選擇和設計。

（3）提高效率并減少浪費。數控加工的自動化特性可將材料浪費降至最低，它優化了材料的使用，從而降低了成本并有助于環境的可持續發展。

簡而言之，機械臂和機械手以及數控機床在裝配式建筑中的應用引領了行業的重大變革。這些智能機械設備簡化了制造和裝配流程，從而能提高效率、減少勞動力需求、提高精度并增強整體質量控制。隨著技術的不斷進步，可以期待自動化機械的進一步創新，為未來更高效、更可持續的預制建筑方法鋪平道路。

2.2 先進的安裝和運輸工具

智能化機械施工設備在裝配式建筑構件的安裝和運輸中也有重要應用。這些先進的工具優化了材料和模塊的移動，可確保施工過程中高效、精確地放置。

2.2.1 起重機系統

起重機系統在預制建筑中至關重要，以其卓越的多功能性和精確性，可有效提升并定位重型建筑構件。當配備智能功能時，它們將成為建筑工地上更有價值的資產。

（1）精確定位。先進的起重機系統能夠實現極其精確的定位，它們可以以毫米精度放置預制模塊，可確保組件在組裝過程中無縫對齊。

（2）安全性增強。智能起重機系統配備了傳感器和監控裝置，可增強安全性。它們可以檢測潛在的危險，例如超載，并自動調整操作或向操作員發送警報以防止事故發生［2］。

（3）遠程操作。一些起重機系統可以遠程操作，允許操作員在安全距離內控制它們，該功能在處理易碎或危險材料時特別有用。

2.2.2 傳送帶和自動導引車（AGV）

傳送帶和AGV是預制建筑運輸系統的關鍵組成部分，它們在施工現場可高效地移動材料和部件，減少了人工搬運并改善了物流。

（1）物料流優化。傳送帶和AGV旨在簡化物料流。他們可以將部件從制造區域無縫運輸到裝配現場，從而最大限度地減少停機時間和勞動力需求。

（2）空間效率。這些系統具有空間效率，因為它們可以穿過狹窄或擁擠的區域，這種靈活性可以提高建筑施工區域的空間利用率。

（3）自動控制。AGV通常配備傳感器和導航系統，使其能夠自主運行，它們可以避開障礙物并調整路線，確保物資運輸過程順利進行［3］。

（4）減少勞動力依賴。自動化材料運輸顯著減少了建筑項目中裝卸和搬運材料的人工勞動，這不僅節省了時間，還最大限度地降低了工人受傷的風險。

總而言之，先進的安裝和運輸工具，包括起重機系統、傳送帶和AGV，已成為預制建筑領域不可或缺的一部分。它們帶來的精確度、安全性和效率提升對項目成功至關重要［4］。這些智能化機械施工設備減少了對勞動力的依賴，優化了物料流程，并縮短了整體項目時間，使其成為現代施工流程的關鍵組成部分。隨著技術的不斷發展，這些工具預計將變得更加實用，并集成到整個建筑生態系統中，從而進一步提高預制建筑的效率和效果。

2.3 監測和控制系統

監控系統與智能化機械施工設備集成，處于提高預制建筑項目效率、安全和質量的最前沿。本節探討物聯網 （IoT） 設備和實時數據分析在這方面發揮的重要作用。

2.3.1 物聯網（IoT）設備

物聯網設備是現代建筑的基石，它們與智能設備的集成徹底改變了建筑工地的管理和控制方式，這些設備配備了傳感器和連接功能，可以進行實時數據收集和通信。

（1）資產跟蹤。物聯網設備可實時追蹤設備、材料和組件的位置與狀態，確保資產動向盡在掌握，從而有效降低丟失或被盜風險［5］。

（2）環境監測。建筑工地可以配備物聯網傳感器來監測溫度、濕度和空氣質量等環境條件。這些數據對于確保施工人員的最佳工作條件和安全至關重要。

（3）設備健康狀況。物聯網設備可以監控機器和設備的健康狀況和性能。它們收集溫度、壓力和振動等變量的數據，從而實現預測性維護，以防止故障和代價高昂的停機。

（4）安全性。物聯網安全系統通過監控接入點、實時檢測入侵并發出警報，可顯著提升站點安全防護能力。

（5）能源效率。物聯網傳感器可通過監控照明、暖通空調系統和其他耗電設備來管理建筑工地的能源消耗。這可以節省成本并減少建設項目的環境足跡。

2.3.2 實時數據分析

由物聯網設備和復雜軟件提供的實時數據分析為施工團隊提供了可行的數據支持，可助力做出明智決策并優化流程。

（1）效率提高。數據分析可以識別施工工作流程中的瓶頸和低效率。通過分析實時數據，項目經理可以即時進行調整，確保運營更順暢并及時交付項目［6］。

（2）質量控制。實時數據分析可以識別出現的質量問題。例如，如果數控機床生產的部件不符合規格，系統可以觸發警報，以便立即采取糾正措施。

（3）資源配置。通過分析設備使用情況、材料消耗、勞動生產率等數據，施工團隊可以優化資源配置，這確保了資源被分配到最需要的地方，從而減少浪費。

（4）安全增強。實時數據分析可以檢測施工現場的不安全狀況或行為。例如，如果工人在沒有適當安全裝備的高風險區域作業，系統可以發出警告或關閉操作，直到采取安全措施［7］。

（5）項目進度跟蹤。實時數據分析可為項目經理提供最新的進度報告，這樣可以準確跟蹤每個項目節點并確保項目按計劃進行。

總之，在物聯網設備和實時數據分析的支持下，監控系統支持對施工全過程、各領域的動態監控和管理。隨著技術的不斷進步，智能化機械施工設備與監控系統的集成將在建筑行業中發揮越來越關鍵的作用，強化運用技術革新，是預制建筑領域保持競爭優勢和卓越品質的不二法門。

3 結語

總之，智能化機械施工設備已成為徹底改變裝配式建筑格局的關鍵力量，它在提高效率、增強安全性、降低成本和確保一流質量方面發揮著重要作用。

展望建筑行業未來，必須堅持創新并投資先進技術，深挖智能機械施工裝備的巨大潛力。鼓勵該領域的持續研究和開發，并促進技術專家和建筑專業人員之間的合作，從而為建筑行業塑造更光明的未來。

參考文獻：

［1］任娜.預制裝配式建筑施工技術的運用研究［J］.江蘇建材，2023（4）：104-106.

［2］劉宜錦.預制裝配式建筑施工技術研究［J］.住宅與房地產，2020（5）：161.

［3］李超.預制裝配式建筑施工技術的運用研究［J］.大眾標準化，2022（15）：33-35.

［4］戴凌杰，張健.預制裝配式建筑施工技術的應用研究［J］.中文科技期刊數據庫（全文版）工程技術， 2023（4）： 4.

［5］趙煥霞.預制裝配式建筑施工技術的研究與運用［J］.石油化工建設，2022，44（9）：126-128.

［6］郭勉辰.預制裝配式建筑施工技術研究［J］.黑龍江科學，2021，12（6）：120-121.

［7］涂夢薇.預制裝配式建筑施工技術研究［J］.建筑與裝飾，2021（5）：133.