1、 年第 期总第 期福 建 建 筑 基于机器人的智能化混凝土施工技术研究 以广东凤桐花园一期项目为例曹 晟 杨 明（广东博嘉拓建筑科技有限公司 广东佛山）摘 要：采用“智能随动布料机 整平机器人 抹光机器人”，实现混凝土的智能化、自动化施工和机械设备一体化。本研究分析探讨智能化混凝土施工技术的技术原理、工艺流程和质量控制要求等，并对此技术进行了效益分析。基于机器人的智能化，混凝土施工技术实现了代替人工的自动化施工，加快了现场施工速度，提高了工作效率。关键词：智能随动布料机；整平机器人；抹光机器人；智能化施工；自动化施工中图分类号：文献标识码：文章编号：（）（.，）：、，.，.，.：；作者简介：曹
2、晟（），男，助理工程师。：收稿日期：引言在建筑施工过程中，混凝土工程主要由浇筑、整平、抹平、抹光施工组成。混凝土施工工作环境恶劣、工人持续工作时间较长、精度要求较高，是费时费力、工作强度大的一项工作。传统浇筑作业的缺点明显，其一，传统布料机需要多人操作且操作困难，工作强度大。其二，传统浇筑后的整平工作需要通过大量人工配合反复测量刮平，但容易产生误差，使得整平后的混凝土表面质量较差。其三，混凝土地面抹光主要由人工采用手扶抹光机进行作业，在混凝土浇筑完成至初凝后，工人通常需要通宵熬夜完成所有浇筑面积，劳动环境差，工作强度大，施工质量与效率较低。综上，整个混凝土浇筑过程繁琐且人工需求多、控制基准难、
3、效率低。原传统施工作业方式工作强度大、工期长、作业环境恶劣，效率低，已经不再适合发展的需求。而机械设备一体化、智能化、自动化的人机协作工艺将成为主流施工方式，国内建筑施工领域机器人的使用前景可期。技术特点本施工技术通过采用“智能随动布料机 整平机器人 抹光机器人”方法，运用大数据物联网、智能识别、传感互动、使用激光标高控制系统，依据高精度基准点实时调节控制完成面平整度，实现代替人工的自动化施工。相比于传统施工方式，本技术具有以下的特点：（）各项指标的提高采用的智能随动式布料机省人、省力、易操作，可精确布料；整平机器人装配振捣机构，可以依据激光发射器标高实时调整整平头高度，保证整平面标高一致且符
4、合要求。混凝土终凝前，再采用抹光机器人代替人工高精度抹光，能够有效保证混凝土面成型效果，减小误差。（）工人劳动强度低浇筑过程采用的智能随动布料机浇筑软管，末端可根据工人操作移动方向智能随动，减小作业的劳动强度；混凝土浇筑后采用的整平和抹光机器人，皆采用自主定制开发的 导航定位技术，可以通过作业区域路径规划，实现整平和抹光的自动化作业。在实际施工过程中，工人仅需利用 定位杆标定工作 年 期 总第 期曹 晟，杨 明基于机器人的智能化混凝土施工技术研究 区域，机器人即可自行生成作业路径，自动完成施工，从而有效降低工人工作强度。（）施工效率高采用智能随动布料机布料，利用智能随动系统的简易操作，节省工人
5、体力，可加快布料速度。地面整平机器人经项目实践，整平、抹光效率远远大于人工，且机械化可 不断作业。通过建筑机器人的流水作业，构建出了混凝土地面流程、一体化施工新工艺，提升了施工效率、保证了施工质量、减少了施工人员配置。工艺原理智能随动布料机整机由底座、大臂、配重臂、配重和吊管五部分组成，设备具有自动、随动、点动和人工四种操作模式。在自动模式下，设备以底座为原点，按需生成路径，在覆盖范围内自动布料。布料管尾端设置末端控制装置，随动模式下，布料机根据操作人员对手柄发出操作指令，根据算法驱动大小臂联合运动，实现单人布料作业。布料机施工情况如图 所示。图 智能随动布料机施工整平机器人通过高精度激光识别
6、测量系统和实时控制系统，使刮板始终保持在毫米级精度的准确高度，从而精准控制混凝土楼板水平度。基于 导航系统，能够自主设定整平规划路径，实现全自动整平施工，如图 所示。图 整平机器人施工抹光机器人通过智能运动控制算法，融合 导航技术及 定位技术，能实现全自动高质量的抹光工作，施工场景如图 所示。传统建筑机器的灵敏度不够高，不能精确定位，往往存在一定的偏差，这不只是控制其量程精度就能图 抹光机器人施工够解决的问题。利用尖端的材料，往往会提高成本，在优化定位轨迹及结构的同时，融入多个传感器和结合的算法，弥补原有的缺陷，并节约成本，使施工作业的精度得到提高。工艺流程施工工艺流程如图 所示。图 工艺流程
7、 操作要点.标高引测（）作业层的楼板浇筑后，要在 层墙柱钢筋上抄测距作业层建筑面的 标高控制点（即.），抄测时尽量前后视线等长。柱主筋上用红蓝铅笔画点，用红油漆以铅笔点向下做标记，以油漆上平为准，油漆宽度以 为宜。福 建 建 筑 年（）浇筑前，根据引测标高复核梁板模板标高及平整度，水电管线预埋后钢筋是否超出楼板厚度。.浇筑前检查、复核、验收在整平和抹光机器人施工前，对板面进行验收。其一检查施工前置条件的质量，确保板面筋标高合格，无钢筋头突出设计标高。对影响楼面标高的水电安装、预埋、管线交叉等，提前优化解决。其二确保板面无突出物，确保机器人安全运行。.机器人出库前准备及出库施工前，对工人进行机器
8、人的安全施工技术详细交底，并施工模拟，以及接通打开电源，详细检查机器人硬件设施，控制盒和遥控器是否正常等。.吊装智能随动布料机将支撑底座安装到 层预留洞口，洞口四周楼板需要回顶支撑，然后将 标准节安装到支撑底座上，将主体臂架安装到标准节上，再将配重箱吊至配重臂，即可通电运行。.安装激光发射器安装整平机器人的辅助设备激光发生器，先架设三角架，安置三角架上的激光发射器，调整三脚架气泡居中，启动发射器，确认激光发射器正常运行。.标高复核检查（）场地标高复核：将标定杆上的刻线对齐现场 标高线，保持标定杆竖直，调整激光发射器高度，保证接收器信号显示为零。调整完毕后，选择其他 线复测标高，误差在.以内。（
9、）整平机标高接收调校：依据激光发射器的水平基准，结合楼板结构完成面标高，调整激光接收器至合适高度。（）标高线：每个墙柱拐角、四角均需设置准确的水准标高点，便于施工过程中跟踪复核。板面墙柱 线或 线标高误差控制在 内。.整平机路径规划地面整平机器人采用四点标定方式，确定整平机工作范围，并自动生成路径。利用 采集施工区域坐标信息，通过操作平板，将实际样点 坐标与 地图对应。或提前先对建筑物进行 建模，机器人进场作业，从建筑物 模型里提取建筑楼板信息，构建导航地图，使用路径规划算法，为机器人规划全局路径。操作平板上，将自动生成机器人作业路径，确认路径无问题后，即可点击“启动”按钮，机器人将自动进入作
10、业区域施工。规划路径如图 所示。.智能随动布料机布料智能随动布料机，由一名工人辅助移动布料管末端精确布料。工人通过操控手柄，控制大小臂架摆动，一人即可完成布料。.机器人整平施工根据布料情况，粗摊平后，控制机器人前往施工图 云地图提起规划路径区域进行整平。在刮板垂直放在粗摊平混凝土面上，控制机器人进行施工作业。作业过程应注意观察机器人的整平效果，如出现整平效果不佳，需将机器人速度调至整平效果最佳状态，机器人在施工过程中，应注意观察预埋件、柱子钢筋的边缘是否影响机器人的整平路径，如有影响，需控制机器人避让。整平施工中，当机器人的刮板与露出钢筋碰撞，需停止机器人，进行标高的二次复测，然后再进行整平。
11、.抹光机器人作业区域标定（）浇筑整平完成后，待混凝土楼面达到初凝状态，表面硬度达到要求（人行走不留下深痕），准备抹光机器人抹光作业。（）用混凝土抹光机器人采用四点标定方式确定抹光机工作范围，并自动生成路径。首先确定施工区域四个角点、的位置，采集的 个点构成四边形。采集完成后，机器人会自动生成标定区域 内的施工路径规划，自动施工路径规划如图 所示。图 自动施工路径规划示意图.机器人抹光施工（）作业区域标定及路径规划确认无误后，将机器移动至作业路径的初始点，启动抹光作业。（）机器人依照规划路径，利用 导航，自动 年 期 总第 期曹 晟，杨 明基于机器人的智能化混凝土施工技术研究 进行规划路径的混凝
12、土抹光施工工作，直到完成所规划路径的混凝土抹光工作。（）需根据路径完成 遍抹光作业。.作业完成验收（）根据施工图纸，验收截面尺寸是否符合要求，楼板厚度以及降标高是否符合要求，有无缺棱掉角、楼板漏筋情况。（）混凝土浇筑完毕后，应按施工技术方案及时采取养护措施，对于大体积混凝土，养护过程应进行温度控制。（）复核现场楼板平整度、标高以及施工观感质量，进行数据评定保存。.清洗、拆卸及回库维保智能随动布料完成浇筑后，及时清洗泵管，清洗机身和软管后，利用塔吊拆卸回库或周转至其余楼栋使用。作业完成后，将激光发射器、整平机上的激光接收器拆卸装箱，将机器人移动至指定地点及时清洗。抹光机清洗部位主要为抹刀、抹盘，
13、整平机清洗部位主要为轮胎内外侧、刮板以及振捣板。清洁后覆盖防水彩条布，其余设备等带回仓库。质量控制.施工标准及合格率要求浇筑结果偏差范围应在混凝土结构工程施工质量验收规范（）及建筑地面工程施工质量验收规范（）允许偏差范围内。.测试方法混凝土施工完成后 以内，使用水准仪、塔尺进行楼面水平度测量。要求每跨楼板至少测 个点，面积较大的楼板测 个点，所有测试点水平度允许偏差在 以内。.机器人综合要求（）机器人储存、工作、耐腐蚀性能应符合（.）、（.）的规定；（）机器人的性能与电流、电阻参数应符合（）、（.）等的规定。安全措施（）机器人与其他机械设备的要求通常不同，如它的大运动范围、快速的操作、手臂的快
14、速运动等，这些都会造成安全隐患。（）阅读和理解使用说明书及相关的文件，并遵循各种规程，以免造成人身伤害或设备事故。用户有责任保证机器人安全的操作环境，且符合和遵守地方及国家有关安全性的法令、法规及条例。（）所有工作人员（安全管理员、安装人员、操作人员和维修人员）必须时刻树立“安全第一”的思想，确保安全。效益分析.经济效益以广东博嘉拓建筑科技有限公司承建的凤桐花园一期项目为例，智能随动布料机单层浇筑，可省人工两人，节省人工费约 元 层。整平机器人和抹光机器人作业效率和人员数量均优于传统方式。整平机器人单位面积可节约成本.元，抹光机器人单位面积可节约.元，凤桐花园项目使用机器人混凝土施工楼层共 层
15、，施工面积约 ，计算可得，基于机器人的智能化混凝土施工工法对比传统施工方法，共节约 元。.环保效益本工法的应用，可以减少施工现场因人工作业造成的环境污染，降低施工现场的噪声污染，具有良好的环保效益。.节能效益本工法使用了智能随动式布料机、地面整平机器人和地面抹光机器人协作作业，工作效率有很大提升，符合国家的节能减排政策。.社会效益随着该工法的推广应用，标志着广东博嘉拓建筑科技有限公司利用机器人施工正式落地，未来将会有更多的建筑机器人实现落地应用，将有效替代人工，实现安全、高效、精确的建筑部品部件生产和施工作业，为国内建筑机器人研发利用拓展空间，为行业提供优质工程，争取成为行业标杆。结论经多个工
16、地实践证明，本技术可适用于住宅、商业、工厂、道路、机场、码头、货场堆场、机场跑道等大面积混凝土工程施工。基于机器人的智能化，混凝土施工技术是一种效率高，经济实用的技术，极大地降低劳动强度，提高施工进度，能有效解决建筑行业劳动力不足的问题，提高建筑物的质量和性能，促进建筑业可持续发展；能够很好地提高建筑工程的安全、质量和效率，也能够大幅减少工地上的建筑垃圾和废弃物，减少碳排放，助力国家实现“双碳”目标，为建筑机器人的推广应用树立良好典范。参 考 文 献 李念勇 智能建筑机器人与施工现场结合的探讨 建筑，（）：混凝土地面处理机器人“上岗”混凝土，（）：张皓涵 建筑施工机器人技术的应用与发展 广东建材，（）：王凡 基于 的建筑机器人自主导航及行为安全控制方法研究 天津：河北工业大学 杨国强 加快应用智能建造产品技术 施工企业管理，（）：