从“建造”到“智造” 共筑美好未来

文｜龚剑

上海建工集团股份有限公司总工程师（首席专家）/教高 龚剑

目前建筑行业智能装备很多，比如智能模架装备、预制构件智能生产线、智能焊接机器人、3D打印机器人等。这些智能建筑装备在其所应用的场景、流程方面各不相同，但也有一些共性特征。一是都需要聚焦应用场景，从工艺和控制程序上明确智能化算法，这也是装备可以实现智能化的基础。二是基于智能化算法来建立控制程序，以程序驱动来赋予装备的智能化属性，如此，装备也将逐渐具有运行环境感知、工况分析决策、控制调整执行、学习优化改进等能力。三是其落地应用的关键是要实现机械化施工作业，被赋予智能化属性的工程装备最终目的是要实现工程应用和解决工程建造难题，在应用中不断发展和完善。

智能装备成建筑业转型升级有力推手

将先进制造技术、信息化控制技术和智能化算法及程序驱动与工程装备进行融合与应用，赋予工程装备智能感知、分析、决策和控制功能，可以显著提升装备的智能化水平，其落地应用也将改变传统建造模式，给建筑行业带来一些惊喜和变化。一是智能建筑装备的落地应用可以极大地将现场操作人员解放出来，简化工序和工种，减少现场作业人员数量，有效降低工程劳动人员成本，提高施工效率，解决现场用工人员不足的难题。二是智能建筑装备的落地应用有利于提升施工行业的工业化建造水平，减少现场手工作业，将施工过程中人的影响因素和施工安全成本降到最低，确保工程高效安全施工。三是智能建筑装备的落地应用有利于带动建筑业及其关联产业的转型发展，工程装备的发展是一个复杂的系统问题，通过聚焦高大深重工程，从工程场景应用端和解决重大工程技术难题，开展我国自主创新的智能装备研发，可以借助市场需求来促进建筑业建筑及其关联产业的协同创新转型发展，进而改变建筑业传统的建造模式。

这里以房建工程为例，具体通过以下三个典型的智能装备实际应用场景进行分析。

应用场景一：超高结构混凝土工程施工场景。200m 以上超高结构，通常采用混凝土核心筒结构，其建造装备主要为智能化整体钢平台模架装备。整体钢平台模架是一种以蜗轮蜗杆动力系统或液压油缸动力系统驱动，通过整体式的钢平台系统及脚手架防护进行施工的爬升式模板体系，特别适用于超高结构工程建造。整体钢平台模架主要由钢平台系统、模板系统、爬升系统、支撑系统、脚手架系统等五大部分组成，主要工艺是通过支撑系统与爬升系统的交替支撑进行移动式爬升作业，进行混凝土结构施工的模架装备。

应用场景二：超高复杂钢结构施工场景。针对超高、大跨、复杂钢结构施工环境恶劣、作业安全控制难等难题，引入智能化施工装备，比如智能化钢结构焊接机器人，可以很好的解决超高空室外焊接作业及风险控制难题，大幅提升施工工效和施工安全控制水平。在上海中心大厦工程中，我们探索性在300m 高空进行钢结构焊接机器人作业研究，由焊接机器人执行器、多自由度焊枪调节控制器、机器人控制平台及智能化控制模块等组成，采用模块化配置，很好的满足了超高层钢结构现场安装焊接作业需求。

应用场景三：复杂结构与构件造型施工场景。针对复杂结构、异形构件、个性化部件的施工难题，3D 打印施工技术是一种很好的满足个性化需求的新型技术。3D 打印系统装备主要由混凝土输料系统、混凝土布料系统、打印路径控制系统组成，通过计算机控制下协同工作，实现施工过程的智能化。目前，3D 打印装备已在打印房屋、建筑公共设置、景观构件和异形构件中均有应用，比如在上海迪士尼工程中，针对一些复杂预制构件、饰面工程，我们通过采用3D 打印技术很好地满足了工程个性化需求，并显著提升了施工工效。

智能装备是实现智能建造的关键支撑

虽然近些年来，我国自主研发并应用了一系列智能装备，但在具体应用过程中还有很多需要突破的障碍。一是核心技术还有待突破，自主创新能力还有很大的提升空间。目前，智能建筑装备整体创新相对较弱，关键场景应用还远没有达到智能建造目标。现有的智能建筑装备的性能和稳定性有待提升，智能建筑装备产品和核心技术尚未形成体系。二是智能建筑装备标准化程度不高，部分智能装备缺乏统一标准。智能建筑装备在应用过程中，各种信息集成软件、设备关键部件接口、信息网络端口等都需要统一连接标准，智能建筑装备在应用发展时，在装备和技术管理的标准化方面存在一定的不足，导致网络之间、设备之间存在一定程度上的异质异构问题。三是装备应用大数据价值挖掘不足。智能建筑装备制造和应用过程中会产生大量数据，通过收集、整体、分析这些数据，可以很好地挖掘其大数据价值，优化生产工艺流程，提升智能化施工能力。

智能建筑装备是我国建筑业实现智能建造的关键，关于其未来发展，主要有以下四个特点。一是满足不同场景化工程应用的智能装备不断涌现。从点上来说，每一个工程应用场景都会也都需要有专业的智能装备，从而满足工程的智能化建造需求。二是满足专项或整体建造的智能集成装备不断涌现。随着智能装备的发展，智能化集成装备是进一步提升工程装备水平的关键，可以很好的满足工程的整体智能化建造需求。三是满足个性化和整体协同施工需求的智能化控制系统不断涌现。智能装备的应用离不开智能化控制系统，当智能装备发展到一定水平时，不仅要从点上对单个装备进行智能化控制，还要从面上对现场所有智能装备进行一体化集成控制，从整体上提升其智能化水平。四是整个施工现场可以发展成为建筑机器人一体化集成作业。智能装备发展的终极目标是智能机器人，关键场景都有智能机器人在施工作业，管理人员只需进行总体操控，即可完成整个工程建造过程。

建筑智能技术与装备的应用将对我国建筑行业带来很多新的发展机遇和挑战，其将对整个行业产生的影响主要有以下四个方面。一是全面革新传统施工工艺。智能装备的不断发展与应用，必将颠覆传统的建造模式，从点到面上革新各项施工工艺，实现建筑业智能化转型升级。二是改变建筑业从业人员需求模式。智能装备的发展与应用，将对操作人员和管理人员的素质及技能提出新的要求，否则将无法操作、控制智能装备高效安全作业。三是改变传统工程管理模式。智能装备的发展与应用，必将从流程上改变施工作业方式，这就对工程管理模式提出了新的要求，从方案审批到现场质量安全管理等都将出现新的管理方式。四是改变传统的工程监管模式。智能装备的发展与应用，在改变工程管理模式的同时，也将改变工程监管模式。随着施工现场智能装备的增多以及智能化应用水平的提升，政府、监理单位对于工程的监管模式、审批模式也将产生变化。

结语

智能装备是建筑业实现智能建造的关键，其发展是一个系统工程，涉及的学科及产业众多，需要各行各业的共同努力和协同创新。智能装备的发展是一个持续进步的过程，需要我们在具体落地应用中不断明确工程需求及其应用效果，不断优化智能化算法、改进智能化控制系统、完善智能化装备性能，方可满足日益提升和变化的工程应用场景需求。智能装备的发展与应用，也将给我国建筑业带来越来越多的惊喜，极大地改变行业的工程建造和管理模式，最终可以助力我国从工程建造大国向工程建造强国的转变。