建筑机器人驱动下的智能建造实践与发展

建筑机器人驱动下的智能建造实践与发展

曹龙威

广东博智林机器人有限公司  广东省佛山市  528000

摘要：随着科技的不断发展，建筑业面临着多种问题，近年来，我国建筑工人数量持续下降，建筑工人老龄化，招工困难，用工成本持续上涨，且建筑工人工作临时性强、流动性大等问题，严重制约了我国建筑行业的健康发展，因此国家出台多项政策驱动智能建造发展，包括高成本、低效率、劳动力短缺等。本论文探讨了建筑业当前存在的问题，并相关企业单位开始研发提出了建筑机器人，并在施工中的进行应用，以优化施工组织和提高建筑施工效率。通过对建筑机器人技术的介绍、施工组织优化的案例研究以及对未来发展的展望，本文旨在阐述建筑机器人在智能建造中的巨大潜力，以及其对建筑业的影响。

关键词：建筑机器人；智能建造；施工组织；效率；未来发展

引言：建筑业一直是全球经济中的重要组成部分，，但同时也面临着多种挑战和问题。高成本招工难、质量差低效率、劳动力短缺人工多强度大和安全隐患风险高脏累病一直困扰着这个行业。然而，随着科技人工智能的飞速发展，特别是在人工智能和自动化领域的进步，建筑业迎来了新的机遇，其中建筑机器人技术智能建造成为了一个引人注目国家重点推进的解决方案。，而建筑机器人的引入和应用，为智能建造提供了新的方向和可能性，为建筑业的未来带来了深远的影响。

1建筑业当前存在的相关问题

1.1 高成本招工难

高成本和低效率招工难一直是建筑业面临的两大突出问题。这些问题影响着整个行业的可持续性和竞争力。传统的建筑方法依赖于大量的劳动力人力和材料，导致了高昂的用工成本和管理成本。这种高成本不仅对投资者和开发商构成了风险，还对项目的成功和可行性构成了威胁。近年来，我国建筑工人数量持续下降，建筑工人老龄化，招工困难，用工成本持续上涨，且建筑工人工作临时性强、流动性大等问题，严重制约了我国建筑行业的健康发展。首先，人工成本不仅占据了大部分的开支，包括工人和管理人员的工资、培训、保险和福利等。；此外而且，高度依赖手工操作的传统施工方法容易出现误差和延期，造成材料的浪费，直接提升材料成本，这进一步增加了成本。材料成本也是一个显著的开支，包括采购、运输和储存成本。传统施工方法中，常常存在过多的材料浪费，这也导致了高额的材料成本。

1.2 质量差低效率

传统的建筑方法通常需要大量的时间，而且存在许多人为的瓶颈因素。这包括等待时间，工人需要等待前序任务完成才能进行后续工作，这种等待时间浪费了宝贵的施工时间。每个工人的施工手艺参差不齐，对施工质量也无法保证，需要增加大量的人力物力进行监管、培训、交底等交通阻塞是另一个常见的问题，特别是在城市地区，它会导致工程进度的不确定性，进一步增加了项目延期的可能性。依靠人工导致施工错误质量问题也是造成延期的重要原因，修复这些错误质量缺陷需要额外的成本、时间和资源。低效率不仅仅是时间和成本的问题，还对项目的质量和可行性构成了威胁。低效率可能导致工程的质量下降，从而进一步增加了维护和修复的成本。

1.3 人工多强度大劳动力短缺

建筑业一直以来都是智能化程度最低的产业之一，需要大量的劳动力进行手工作业，劳动强度大短缺对行业的可持续性和安全性产生了负面影响，。劳动力短缺问题在全球范围内普遍存在，影响着建筑业的正常运作。这一问题的部分原因在于年轻一代智能化程度低，露天作业多，需要大量的人员对从事体力劳动的兴趣较低。传统的建筑工作通常需要工人在恶劣的环境中从事体力劳动，这对年轻一代缺乏吸引力，进一步导致招工难，劳动力短缺的问题。劳动力短缺强度大导致建筑企业难以招聘足够的工人，从而影响了工程的进度。此外，由于供需失衡，工人的薪资也上升，进一步增加了建筑项目的成本。

1.4 风险高脏累病安全隐患

安全隐患一直是建筑行业的主要关切之一，每年在建筑工地出现的安全事故不少。传统建筑方法施工作业中，不但工人经常需要在危险的环境中工作，如高空、和狭小空间，而且需要经常在灰尘、气味等环境中工作和施工现场。这不仅增加了工作中安全的风险，使建筑业成为高风险的领域，而且工人容易得职业病。施工中的事故和伤害和环境因素不仅对工人本身造成了伤害，还可能导致工程延期和额外成本。建筑行业一直以来都是高风险、职业病频发的领域，经常发生事故和伤害，对工人的身心健康造成严重的影响。传统建筑方法中，工人需要在高处、狭小的空间以及危险的环境下工作，这增加了工作中的风险。减少安全隐患和职业病是建筑业必须面对的挑战之一。

2建筑机器人驱动下的施工组织优化

2.1施工组织优化的案例研究

2.1.1 自动化施工设备智能化施工建筑机器人

自动化施工设备在施工建筑机器人在智能建造组织中的优化中发挥了关键作用。有相关的企业已经研发出来并在施工中进行实际应用的地面整平机器人、测量机器人、布料机器人、贴砖机器人、喷涂机器人，这些机器人在工地上可以实现无人化、少人化的施工作业

。建筑机器人代替工人从事苦累脏险工作，机器人全自动智能化作业，效率远超熟练工人，且受时间、环境限制小，联动BIM数字技术，各施工作业环节透明、可控，可实现建筑工程全要素设计标准化例如，自动混凝土泵已经在大型混凝土工程中广泛应用。如传统混凝土浇筑通常需要大量的人力，且劳动强度大和时间，而自动混凝土泵布料机器人和整平机器人可以以更快更低的强度、更少的人力的速度和更高的精度执行混凝土浇筑任务。这降低了混凝土工程的时间成本，同时提高了施工质量。一项具体案例是在大型多高层住宅建筑的楼板施工中使用自动混凝土泵布料机器人和整平机器人。传统方法布料机需要2-3人拉动布料机转动方向工人手工运输和浇筑混凝土，劳动强度大，布料机只需要1人即可轻松转换方向，为了保证板厚和混凝土质量，传统方法需要拉线、插纤、刮尺等控制，而地面整平机器人通过高精度激光自动调平技术，大大节约了人力、强度降低等，通过刮板前端的振捣机构，提升混凝土的密实度，从而又提高了混凝土成型的质量这往往需要大量的工时和人力。而自动混凝土泵可以通过精确的控制系统，将混凝土准确地送达指定位置，无需大量人工操作。这不仅加快了楼板施工速度、降低劳动强度，还减少了混凝土浪费，提高了质量一致性。另一个自动化施工设备的例子是自动砖瓦铺设机喷涂机器人。，这些机器人可以自动铺设砖块或瓦片，按照设计图纸的要求设定的路径进行全自动施工，只要人工一键启动，施工过程而无需人工操作。这提高了施工的速度和质量一致性，并减少了人工喷涂过程铺砌中可能出现的误差，并降低了人员在复杂密闭的气味环境下的工作时间，降低工人职业病的发作。这在建筑机器人的应用在智能建造过程大型建筑项目中特别有用，因为对施工组织的优化无可代替它可以显著减少工程的时间和人工成本。

2.1.2 无人机在建筑项目中的应用

无人机技术也在施工组织优化中发挥了关键作用。无人机已经广泛用于建筑项目的监测和勘察。它们可以飞越施工现场，提供高分辨率的图像和数据，用于项目管理和进度控制。这使监督人员能够更快速地识别问题，预测进度，以及制定相应的计划。无人机可以在不暴露工人于危险情况下执行空中巡视任务。它们配备了高分辨率摄像头和红外传感器，可检测潜在的安全隐患，如结构缺陷、火灾风险等。这有助于提前采取措施，减少事故和伤害的风险。一个案例是在大型工地上使用无人机进行定期巡检。无人机可以飞越工地，拍摄高分辨率图像，然后通过图像识别软件来分析图像中的异常情况。如果出现问题，监管人员可以及时采取行动，确保工人的安全。此外，无人机还可以用于建筑项目的定位和测量。它们可以创建高精度的地图，用于施工规划、土地勘测和资源管理。这减少了测量和勘测工作的时间和成本，同时提高了测量的准确性。

2.1.32 建筑信息模型（BIM）

建筑信息模型代表了现代建筑行业中一项重要的技术和方法，。它不仅改善了设计和规划阶段，还在施工阶段提供了关键的信息，以优化施工组织。BIM的价值不仅在于它提供了一个集成的平台，同时和建筑机器人智能化施工进行允许各种项目相关方共同合作，共享数据和资源。通过BIM平台对机器人的路径进行规划，从而实现全自动无人化的施工，一个显著的例子是BIM与建筑机器人相结合实现全自动在大型建筑项目中已经进行的应用。在传统现阶段BIM施工方法中，设计和施工是相对分离的过程，这可能导致设计与实际施工之间的不匹配和问题。通过BIM，建筑师、工程师、施工团队和其他利益相关方可以在同一个虚拟平台上协同工作。，他们可以共享建筑模型、技术规范和进度计划，以确保设计建筑机器人路径的可施工性，同时提前发现和解决潜在的冲突和问题。例如，BIM可以帮助项目相关方模拟施工过目前市面上的室内喷涂机器人，全自动作业通过BIM为基础，室内定位技术及设置不同的站点路径，在标准层上最优的行走路程实现机器人施工效率的最大化程。通过机器人虚拟建模施工，他们可以观察不同施工步骤机器人施工的交互作用，识别可能的碰撞或矛盾，并采取预防措施。这减少了在实际施工中发现问题时的成本和延误，提高了整体施工的效率。

2.2 建筑机器人的未来发展

建筑机器人的未来发展充满了潜力和机遇，可以从人工智能和可持续建筑两个关键领域来探讨。首先，建筑机器人将变得更加智能化，将建筑施工过程中的各种信息进行数字化、模拟化和可视化，这将是其未来发展的一个显著趋势。在管控平台和建筑信息模型技术的驱动下，机器人代替人完成工程量大、重复作业多、危险环境、繁重体力消耗等情况下的施工作业，人工智能技术的不断进步将使这些机器人具备更高级的自主决策能力，能够根据不同工作环境的需求自适应。它们还可以学习和不断改进性能，从而提高其工作效率和灵活性。这意味着建筑机器人将更加独立地执行任务，减少了对人工干预的需求，提高了整体效率。其次，随着全球对可持续建筑的需求不断增加，建筑机器人也将在可持续建筑领域发挥关键作用

，助力智能建造的大力发展。它们可以应用于太阳能板的安装、废弃建筑物的拆除和再循环利用等任务。例如，在太阳能板的安装中，建筑机器人可以精确安装和定位太阳能组件，从而提高太阳能系统的效能。例如，有公司已经研制出废弃物回收机器人，在废弃建筑物拆除处理和再循环利用方面，机器人可以进行材料的压缩拆卸和分拣，形成可利用的砖块，以减少了对资源的浪费，促进可持续材料管理。

结束语：

总之，建筑机器人驱动下的智能建造实践与发展代表了建筑业的未来。这一领域正在经历巨大的变革，通过整合人工智能、自动化和创新技术，实现了建筑过程的优化和现代化。从高成本、低效率、劳动力短缺、安全隐患到可持续建筑和智能化的未来，建筑机器人为行业带来了更高的效率、更低的成本、更好的安全性和更强的可持续性。

参考文献：

[1]段瀚,张峰,陈高虹等.建筑机器人驱动下的智能建造实践与发展[J].建筑经济,2022,43(11):5-12.