建筑机械自动化应用技术和发展探究

2013-01-26陈来庆广东建禾建设集团有限公司广东茂名525000

中国建材科技 2013年4期

陈来庆（广东建禾建设集团有限公司，广东茂名 525000）

随着社会技术、经济的快速发展，人类的生活水平不断的提高，建筑施工不断的向安全、高效、省力、优质、舒适方向发展，传统的建筑机械虽然可以实现机械化施工，仍然是手工操纵，在一定程度上能够满足上述要求，但是工人的劳动强度较大、舒适性较差，导致劳动的生产效率低下，施工质量难以保证，施工的安全很大程度上取决于认为的因素，仅次于采掘业的苦、脏、险行业的建筑施工企业，因为机械等事故情况导致的安全事故越来越多。在此基础上建筑机械自动化的应用的呼声越发强烈。如何在中国新一轮的基础建设高潮中提高核心的竞争力，壮大核心的建筑机械设备，开拓新的市场环境，在国际竞争中占据重要地位应成为中国建筑企业亟待解决的问题。

1 建筑机械自动化的应用现状

上世纪五六十年代是建筑机械自动化的研究和开发的开端，建筑机械自动化的开发和应用步伐加快是在八十年代后期开始的。在当前的实际工程中建筑机械领域中采用自动化技术的装备主要有：保证纵向和横线找平的自动调平装置的摊铺机，摊铺层厚度控制、混合料自动供料装置、自动调节系统等；电子检测控制系统PIC是自动化推土机上主要使用的电子检测控制系统，；在液压挖掘机上最新的载荷检测、自动怠速、故障诊断以及工作方式电控功能，可以实现推土机的自动监控；都是自动化系统和理念在建筑机械中应用的典范。

2 建筑机械自动化应用技术实例分析

通常情况下自动化建筑机械设备主要分为两类：第一类—仅作业装置自动化，如沥青混凝土摊铺机熨甲板的自动找平控制系统；第二类—整机自动控制及机群施工系统控制，例如混凝土喷射机器人、隧道挖掘机器人、高层大楼全自动施工系统等。第一类技术的应用主要是单项自动化技术，主要是：

1）变频控制技术。变频器，通过改变电源的频率、降低电压来调整点击的转速的一种机器，它可以有效的降低能耗，提高机械自动化的控制水平和检测水平，从而提高生产率和产品的质量，极大的满足施工工艺的要求。

2)高速度、高精度操作技术。

3)移动机能——液压传动用的液压比例技术。

对于第二类自动化建筑机械的关键技术在于综合自动化技术，主要是：传感器技术(视觉、听觉、触觉传感器等)；高度判断智能技术、遥控技术、导向技术、全球卫星定位系统GPS等、可靠性技术(耐振、密封，抗干扰性能)、自动化、机器人化的相关技术和系统技术；相关的材料和元件开发技术。

2.1 自动化压路机

在水库大坝的混凝土浇筑施工中压路机是最常用的机械设备，当前的自动化压路机的机械设备中已经引入了检测装置、数据处理装置、中央控制系统、远程通讯装置等功能。在实际的施工中可以采用光波距离测算仪和机载自动跟踪仪进行工作位置的测定，实现作业过程中以预设的地面基准点为依据，然后将测得的位置数据在通讯模块的作用下传输到中央控制系统，这种系统的作用主要是将设备的位置信号转换成设备的控制指令信号，通过无线通讯技术的形式进行调整和校准设备，从而精确的完成一系列的大规模的压实作业。

2.2 推土机、挖掘机作业的自动化

推土机、挖掘机等一些建筑土方施工机械的自动化改造在很大的程度上提升了施工质量和施工效率。1976年研制成功的以开关系统为基准的反馈控制系统，这是最早在挖掘机的铲斗和推土机的铲刀上使用的自动化控制装置系统，投光器、感光器和控制系统构成该系统主要结构，但最终由于装置本身存在的速度响应问题未能在施工中得到推广和应用。但随后的的KOMATSU Laser leveling sustem 系统实现了在推入机作业施工平整度误差保持在3cm以内的车速为5Km/h，这是由日本学者北郁夫研究开发的，并因此获得了良好的效果和使用技术。自动技术在建筑机械领域应用的另一个典范是液压挖掘机的激光自动掘削系统的应用和推广。该系统结构上由自动直线加工系统和激光系统两部分组成，激光系统可以检测出设备的车体高度，激光感光器可以测出作业面的位置，然后将测得的综合信息传输给自动掘削系统，通过综合分析系统将该信息和各传感器信号形成对各电磁比例阀的控制指令，最终实现对各油缸的控制和检测。

3 建筑机械自动化控制的关键技术分析

在施工作业的过程中，建筑机械的施工主要在地形比较复杂，作业环境比较恶劣的情况下进行的，因此要保证建筑机械的自动化操作，首先要在这些机械设备的关键技术上有所突破和发展。

3.1 建筑机械的机身位置识别技术

建筑机械位置识别技术是通过机械的自身设备自动的辨别自身所处的位置的能力和技术，这种技术的实现主要是通过机械自身的内部的位置识别技术和外部位置识别的两种识别方式。运用速度传感器和回转式角传感器相互配合来实现内部位置的识别，然后检测机械行驶的路径数据，将测得数据反馈到计算机中心后根据运动和方位的变化获得设备所处位置相应的数据方式；通过超声波或电磁波，依赖于在施工现场预先设定的几个位置基准点来实现外部的识别方式，确定机械设备所处的位置。

3.2 位置诱导机能

位置诱导机能是以机身位置识别系统的反馈数据为依据，以机械设备在实施作业过程中按照预先设定好的作业路径进行作业，适时的校准或消除与预先设定作业路径误差，组成的整个闭环控制技术系统，如果偏离了既定的路径的建筑机械，机械设备启动自动复位功能，从而可以最大限度的恢复到既定路径，这种系统可以保证设备在原有的基础上对位置、速度、方向均能够实时的矫正和恢复。

3.3 作业对象识别与评价技术

建筑机械实现自动化最重要的一个基础功能就是识别和评价作业的对象。例如安装在液压挖掘机铲斗上超声传感器可识别岩块、土方、沙石等形状的物体。这样就可以为后续的施工作业提供信息和数据。

3.4 安全保障机能

建筑施工一般会动用大量的各种类型的施工设备和机械，建筑场地的大量的建筑材料的堆放和作业器具的放置，这些障碍物给建筑设备的施工和运行带来了较大的施工困难。因此，为了确保运行中多台施工机械设备的同时运作和工作，并保证每个机械施工工具有效的工作，必须设置一整套识别、报警和停止作业的、保证安全域的诱导控制系统机能。

3.5 机群协作控制技术

在众多的机械设备中进行联合作业的设备机械相当多，因此要实现机械设备的自动化就必须要有一整套的能将各个机械设备的位置和运行轨迹、工作状态等情况进行实施检测和控制，通过检测控制得到的数据，及时反馈到中央控制室内，在中央控制室内通过计算机的综合分析和处理设计出最优化的分派方式，然后形成有效的作业指令传输到各个机械设备中去，机械设备接收到作业指令之后进行全方位的安全的施工和作业，保证整个施工现场的施工作业系统正常有序进行。

4 我国建筑机械自动化的未来发展分析

面向施工规模巨型背景下的建筑机械自动化情况，建筑物的大、超高、重使得建筑机械越来越大，如超深地下工程、超长隧道、大型水利工程、大跨度桥梁等。建筑工程的高级化主要展现是：高级公路、高速列车、高级精美的建筑物等。

这些都要求建筑机械综合集成自动化才能保证实现工程的高速化发展。为了提高机器的生产率和通用性，必须增加和扩大机器规格系列，随着规格的增加，作业时间将缩短，生产率会提高。在国外为迅速满足用户的广泛需求，已经生产出来微型挖掘机，它取代普通挖土机可以在狭窄的地方以较高生产率低能耗卓有成效地工作。建筑机械自动化必须以人为本，保证建筑机械的操作让施工各方都能满意。