建筑智能制造在装配式建筑中的应用分析

2024-03-16易重庆

中国设备工程 2024年3期

易重庆

（中铁隧道局集团建设有限公司，广西南宁 530000）

从目前的发展情况来看，建筑智能制造具有良好的推广应用价值，是推动装配式建筑工程标准化、数字化与规模化发展的重要途径。通过整理建筑智能制造在装配式建筑中的应用要点，可以积累相应的实践经验，为装配式建筑工程施工体系的不断完善提供可靠依据。

1 建筑智能制造的含义

建筑智能制造是在人工智能基础上融入多项信息技术与“互联网+”等理念而演变形成，本质上属于人机一体化智能系统，在装配式工程建设期间，智能制造系统将采取高度柔性和集成的控制方式，模拟人类思维方式来执行数据分析、判断推理、决策制定等操作，替代人工完成多数基础性任务和一部分较为复杂的工作任务，从而起到提高工程建设质量、辅助设计、缩短工期、降低工程造价成本等多重作用。除此之外，建筑智能制造在应用中作为一类全新的工程建造模式，基于系统中提供的便利条件，可以自动完成建筑设计、预制件加工、多元控制管理等工作，从而帮助企业更高效地适应现阶段工程环境，充分发挥理论知识的应用价值。

2 智能建造解决的问题

2.1 智能随动式布料机

在装配式建筑工程的施工中，布料机是进行泵送混凝土的重要载体，而开发应用的智能随动式布料机，在实际应用中可以通过自研控制算法以及相关控制器，从而保证布料机在工作中能够沿着任意方向进行移动，从而高效完成智能布料活动。而此类智能设备在应用中可以解决的问题如下：智能随动式布料机在具体应用中，会和地面整平机器人、地面抹平机器人来建立完善的施工产品线，而且据此建立的联动施工体系，在应用中也可以有效减少施工时的人员投入比例，而且在应用中也可以有效降低设备工作时的劳动强度，从而提高智能随动式布料机的工作效率，加快装配式建筑工程的施工进度。

2.2 室内和外墙喷涂机器人

在装配式建筑工程的施工中，室内和外墙喷涂属于非常重要的工作内容。而依托智能化技术建立的室内和外墙喷涂机器人，在应用中能够有效提高具体的工作效率和质量，而且在应用中也可以提高施工过程的安全性，达到预设的综合效果。在应用中可以解决以下问题：（1）外墙喷涂机器人能够在高层住宅和商业建筑完成装配式施工后，可以在外墙面根据预设程序自动完成喷涂作业，在作业中不存在传统坠落风险，应用阶段的最大喷涂效率可达300m²/h，在保证作业安全的同时，保证了作业过程的工作效率。（2）室内喷涂机器人在应用中的综合喷涂效率为100m²/h，能够按要求进行长时间连续作业，而且在工作时可以对室内墙面、天花、飘窗进行自动化作业，作业过程的覆盖率能够达到90%～100%，从而减少人工消耗，提高喷涂结果的科学性与合理性。

2.3 智能焊接机器人

除上述提到的智能建造设备外，在装配式建筑工程施工活动中，也会使用到智能焊接机器人。在实际应用中，焊接机器人可分为机器人与焊接设备两部分内容，前者主要是由机器人与控制软硬件两部分组成，后者则是由焊接电源、控制系统、送丝机（弧焊）、焊枪（钳）等部分组成，从而提高焊接结果的科学性。在应用中具有以下应用优势：（1）稳定和提高焊接质量，可以将整个焊接过程的各项参数，以数值的方式直观显示出来。（2）在应用中能够有效提升工作效率，同时也可以有效降低工人的劳动强度，并且可以在有害环境中开展工作，加快相关工作开展进度。（3）减少了产品迭代周期，而且在应用中能够有效减少设备支出，以提高工作结果的可靠性。

3 建筑智能制造在装配式建筑中的具体应用

3.1 做好数字设计发展

在建筑智能制造过程中，做好数字设计发展属于非常重要的工作内容，而且基于实际的应用要求来建立相匹配的数字设计体系，按要求研发高智能化设计软件，以此来完成装配式建筑结构的布局规划设计，同时做好结构设计、多专业设计方案的科学化整理，而且在应用中也会开发建设三维信息模型，基于模型来完成构件配筋率、装配式指标优化统计等工作，根据获取的相关数据来保证装配式建筑工程设计质量，同时也有利于智能制造活动的有序进行。而且在深化设计活动中，也可以基于软件提供的便利条件来完成部件碰撞检查、信息深化调整、工况参数调整，从而在成果输出活动中完成三维图纸、专题图形的制作，以提高建筑智能制造结果的科学性。需要注意的是，在系统的具体应用中，需要将数字化设计系统和智能工厂生产流程关联在一起进行应用，从而提高生产结果的科学性。

3.2 建立构件智能工厂

在初期装配式建筑工程的施工中，许多预制构件在生产活动中，会借助人工操作的方法来制作相关构件，并且在图纸认知偏差、部门信息沟通不及时、操作过程容错率高等因素影响下，也会降低构件良品率，从而影响工程建设质量与施工成本。在实践中，需要基于建筑智能建造系统来搭建PC 智能工厂，过程中会使用SPCI工业软件，来建立完善的装备管理系统与生产管理系统，同时也会设置高智能化的系统程序，有序完成生产加工任务，包括自动化内外墙喷涂、自动化焊接等。例如，在实际应用中，可以对整个生产工艺进行数字化改进，而且在生产车间也会配置数量众多的智能机器人、信息传感器等，建立的应用系统也会自动下达控制指令，使系统可以按照预设要求，有序执行相应的控制方案，从而提高生产加工结果的可靠性。需要注意的是，在建立的构件智能工厂中，也具备了生产预测、故障自诊断、在线运输等功能，保证智能工厂自动化生产活动的有序进行。

3.3 搭建建筑智慧工地

建筑智能制造系统的应用，也可以建立建筑智慧工地，有利于相关活动的有序进行。在系统的具体应用中，能够实现以下控制目标：（1）工程项目的进度控制，系统在具体应用中，能够基于已知的各类因素，对于整个施工过程进行模拟，以此得到装配式建筑施工时，各环节所需要消耗的资源总量、时间成本，以此来制定项目进度控制计划，在出现进度偏离时，可以及时作出进度调整，从而保证整个施工活动的有序进行，减少施工工期超限的情况。（2）工程在线运营管理，利用系统的存储性能，可以对设备进入信息、人员进入信息、人员工作情况、设备工况等内容进行记录，记录数据会和额定值进行比较，在出现超出额定值的情况时，会自动发送相应的预警信息，提示相关人员及时处理异常问题，保证现场作业活动的安全推进。（3）现场远程管理，在智慧工地的生产活动中，会在现场装配数量较多的传感器、摄像装置与各类探头，作用是可以对现场影像资料进行实时采集，及时发现和纠正存在的不规范行为，将问题产生的负面影响控制在合理的范围内。

3.4 完善建筑产业平台

在建筑智能制造活动中，也会利用技术提供的便利条件，来建立更加完善的建筑产业平台。依据“互联网+”技术提供的便利条件，在实际应用中来建立更加完善的建筑产业平台，从而更好地完成智能化设计系统建设，并基于产业平台来指导整个操作活动。同时，在操作与安排上，也可以基于数据提供的便利条件完成数字信息的顺利建设，这样在应用中也可以提高信息之间的联络性，确保整个建设活动可以在预设的生命周期内完成，而且在整个作业活动中也可以进行多元化管理，保证各类智能技术可以全面覆盖建筑活动，包括装配式建筑工程的策划阶段，一直到装配式建筑工程的拆除回收阶段，过程中所积累的经验，都有利于产品市场化和产业化机制的完善，有利于后续其他活动的有序进行。例如。目前所建立的建筑产业平台在应用中，可以实现对智能技术的统筹规划应用，而且在技术应用背景下，也可以实现装配式过程的智能化管理，从而提高建筑工程整体的建设与施工效果，使其可以契合实际发展需求，保证建筑工程作业结果的科学性。

3.5 建立全坐标焊接系统

在建筑智能制造系统的应用背景下，也会基于装配式建筑的生产进度要求，建立可靠的全坐标焊接系统，提高焊接结果的科学性与合理性。在该系统的具体应用中，会利用脉宽调制方法（PWM）以及CMOS 开关原理中的相关内容，建立契合系统稳定发展的应用平台。而且在Visual Studio 平台的辅助下，系统在应用中可以根据目标物的参数来灵活调整焊接点位置的电流与电压，而且在不同坐标焊接点对应的焊接回路中，其涉及的参数也会基于实际情况进行智能化匹配，从而形成了智能化水平较高的智能焊接控制系统，以此保证自动化焊接活动的有序进行，提高焊接系统工作结果的科学性与合理性。

3.6 搭建信息化管理系统

除上述提到的相关内容外，在先进技术的辅助下，还需要建立更加可靠的信息化管理系统，即利用模块化控制模式来完成各项控制工作，以提高控制结果的科学性与合理性。而建立的各个控制模块，在实际应用中可以进行分布式运行。而且在PC 内核辅助下的分时控制系统在应用中会作为主控系统进行使用，过程中也会利用EtherCat 总线技术来完成多个分布式模块站点、通信网络的顺利连接，以此完成伺服实时规划设计，以提高整个系统运行状态的稳定性与安全性。除此之外，在系统的具体发展过程中，还需要兼容BIM 技术的应用性能，完成智能化生产线系统平台的科学研发，从而解决任务录入、订单匹配等工作需求，保证信息化转换过程的高效性。

4 建筑智能制造的未来发展趋势

4.1 系统功能多元化

在建筑智能制造的未来发展中，将会沿着系统功能多元化稳定发展，具体体现在以下几方面：（1）目前所推行的建筑智能制造系统，已经覆盖了从项目决策阶段到拆除回收阶段的全部过程，其功能性也处于不断完善的阶段。而未来发展过程中，也会在技术创新水平不断提高的情况，进一步丰富系统功能，以满足不同场景的装配式建筑施工要求。（2）配套硬件设施功能多元化，为满足系统功能多元化发展要求，需在应用中利用配套硬件设施来发挥系统效能，从而更好地适应装配式建筑工程的智能化管理要求，加快建筑工程的施工进度。

4.2 提升无人化水平

在建筑智能制造的未来发展中，所建立的生产工厂无人化水平也会不断提高，在保证生产质量的同时，保证工厂产品的生产质量。其具体表现在以下几点：（1）在智能技术的高效发展活动中，无人工厂得到了快速发展，而服务于装配式建筑工程的无人工厂，也会成为未来发展过程中的重要方向，在系统的具体创新发展活动中，技术创新水平也会不断提高，以满足不同类型装配式建筑工程的作业要求。（2）配套软硬件设置智能化水平的进一步提升，为了更好地满足无人生产过程的精度要求，与之相关的智能化技术、定位技术、通信技术先进性也会不断提高，从而适应装配式建筑工程的智能化管理要求，提升装配式建筑工程作业结果的科学性。

4.3 技术类型绿色化

除上述提到的相关内容外，在建筑智能制造的未来发展中，也会沿着绿色化方向稳定发展，该发展趋势集中体现在以下几方面：（1）目前所推行的建筑智能制造系统，虽然在功能上已经满足了相应的管理需求，但是系统的绿色化水平还有较大的发展空间。在下阶段发展活动中，软件的可拓展性也需要不断提升，从而在面对新要求时可以在原有软件基础上完成功能拓展，以减少软件开发过程中带来的资源损失。（2）配套硬件设施绿色化水平的提升，为了满足绿色化理念发展要求，在应用中也需要加强配套硬件设施绿色化研究，延长设备的使用寿命。而且在硬件设施制作材料的选择上，也需要考虑所选材质的绿色化性质，促进系统的绿色化发展。