機(jī)械自動(dòng)化在建筑工程上的應(yīng)用

邢偉兵

（陽(yáng)泉鵬飛建筑安裝有限公司，山西陽(yáng)泉 045000）

0 引言

工程機(jī)械是裝備制造業(yè)的重要組成部分[1]，品類(lèi)眾多被廣泛用在建筑、水利、電力、道路等領(lǐng)域，為了使工程機(jī)械更好、更專業(yè)的服務(wù)于各行業(yè)，機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)運(yùn)用到工程機(jī)械中，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。伴隨科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在建筑領(lǐng)域某些方面取得很大的成就。

1 機(jī)械自動(dòng)化在建筑機(jī)械上應(yīng)用歷史與現(xiàn)狀

1.1 機(jī)械自動(dòng)化應(yīng)用歷史

機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用與建筑機(jī)械研究始發(fā)于50年代，80年代后期，研究開(kāi)發(fā)的速度加快。目前，西方一些發(fā)達(dá)國(guó)家及我國(guó)哈爾濱工業(yè)大學(xué)、中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化所等在進(jìn)行建筑機(jī)械自動(dòng)化的研究方面取得一定的成績(jī)。機(jī)械自動(dòng)化應(yīng)用在建筑領(lǐng)域方面，主要是建筑機(jī)械、測(cè)量?jī)x器等。機(jī)械自動(dòng)化應(yīng)用與建筑機(jī)械裝備的主要有：推土機(jī)、平地機(jī)、挖掘機(jī)、裝載機(jī)、起重機(jī)、基礎(chǔ)工程機(jī)械、鑿巖機(jī)、路面鋪設(shè)機(jī)械、道路維護(hù)機(jī)械、檢測(cè)機(jī)械、PC橋架設(shè)機(jī)械等[2]。

1.2 機(jī)械自動(dòng)化發(fā)展現(xiàn)狀

縱觀國(guó)內(nèi)外，建筑機(jī)械實(shí)施機(jī)械自動(dòng)化是歷史發(fā)展的潮流趨勢(shì)。從施工作業(yè)情況分類(lèi)：可實(shí)施多種作業(yè)的通用性建筑機(jī)械；實(shí)施單一作業(yè)的專用型建筑機(jī)械。

通用性建筑機(jī)械實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化需要人工干預(yù)。因?yàn)椋祟?lèi)建筑機(jī)械設(shè)備功能強(qiáng)大，通常需要執(zhí)行復(fù)合型（多動(dòng)作合成），工況多變，不易分解成簡(jiǎn)單的單一動(dòng)作，完全實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化較為困難。

當(dāng)前，隨著電子控制技術(shù)的飛速發(fā)展，控制手段的不斷提高，產(chǎn)生了新型的電子挖掘機(jī)、電子推土機(jī)等。此類(lèi)自動(dòng)化程度高的機(jī)械設(shè)備可用于建筑施工中的專項(xiàng)作業(yè)。

為了更好的發(fā)揮機(jī)械自動(dòng)化的優(yōu)勢(shì)，在進(jìn)行建筑施工設(shè)計(jì)時(shí)，可以將施工工藝進(jìn)行細(xì)化，對(duì)于適合建筑機(jī)械自動(dòng)化設(shè)備施工的，由建筑設(shè)備施工，可實(shí)現(xiàn)24小時(shí)作業(yè)，施工能力強(qiáng)，有利于提高工程進(jìn)度，優(yōu)化施工質(zhì)量。比如：日本研制的自動(dòng)化建筑機(jī)械—履帶式鏟車(chē)。該設(shè)備采用慣性導(dǎo)航法原理，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，能夠自行操作、自行監(jiān)控，依靠計(jì)算機(jī)控制與自行識(shí)別，能夠在無(wú)人駕駛的情況下單獨(dú)作業(yè)。可靠性能良好，可以適合無(wú)人區(qū)、海底、其他星球等危險(xiǎn)性的區(qū)域進(jìn)行施工作業(yè)。此類(lèi)建筑機(jī)械設(shè)備必須具備能力：自身有控制、識(shí)別位置、姿勢(shì)的能力；能自動(dòng)設(shè)定操作、控制程序的能力；自動(dòng)識(shí)別周?chē)h(huán)境，依據(jù)判斷，及時(shí)作出控制程序調(diào)整變更的能力。

2 建筑機(jī)械自動(dòng)化控制技術(shù)內(nèi)容

建筑工程施工中，施工機(jī)械通常在地表平整度差、工況差、環(huán)境粉塵大等現(xiàn)場(chǎng)從事工作。比如：建筑施工進(jìn)行的地基開(kāi)挖、建筑拆除工程等。要求機(jī)械自動(dòng)化設(shè)備在工地具有確認(rèn)自身方位的能力，即辨別位置能力；不得與工地其他設(shè)備、車(chē)輛等發(fā)生擦碰，即安全管理機(jī)能；施工過(guò)程中，能按照程序指定路線行進(jìn)，即誘導(dǎo)機(jī)能；施工對(duì)象（土、砂、巖石等）識(shí)別能力；另外，多臺(tái)機(jī)械、車(chē)輛共同進(jìn)行施工作業(yè)時(shí)，具備配合能力，即機(jī)群控制適應(yīng)能力。

2.1 辨別位置能力

辨別位置能力指的是機(jī)械設(shè)備擁有自動(dòng)識(shí)別位置方位的能力。也就是機(jī)械設(shè)備配備自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)。通常機(jī)械設(shè)備采用外部位置識(shí)別法、內(nèi)部位置識(shí)別法。外部位置識(shí)別法一般在工地設(shè)立幾處基準(zhǔn)點(diǎn)，借助超聲波或電磁波測(cè)定其位置的方法；內(nèi)部位置識(shí)別法是利用速度測(cè)定傳感器及回轉(zhuǎn)式角度傳感器等測(cè)定設(shè)備行走參數(shù)，從而確立運(yùn)動(dòng)及方位變化的能力。

2.2 位置誘導(dǎo)機(jī)能

指在機(jī)械自動(dòng)化施工中，機(jī)械設(shè)備需要安全指定線路施工作業(yè)，若位置辨別機(jī)能確定施工作業(yè)偏離指定線路，此時(shí)設(shè)備必須具備自動(dòng)修正的控制能力，即位置誘導(dǎo)機(jī)能。

2.3 施工對(duì)象識(shí)別能力

機(jī)械自動(dòng)化施工作業(yè)中，機(jī)械設(shè)備要及時(shí)掌控施工對(duì)象的位置、大小等參數(shù)，即施工對(duì)象識(shí)別能力。通常采用超聲波傳感技術(shù)或畫(huà)像處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)[3]。

2.4 安全管理機(jī)能

機(jī)械自動(dòng)化施工中，通常需要多設(shè)備、多車(chē)輛配合施工。建筑材料堆放、其他施工設(shè)備運(yùn)行都會(huì)給施工機(jī)械自動(dòng)化設(shè)備帶來(lái)障礙。因此，機(jī)械設(shè)備要有感應(yīng)—警告—機(jī)械設(shè)備停止—安全誘導(dǎo)等能力。

2.5 機(jī)群控制能力

在多種機(jī)械設(shè)備共同配合施工時(shí)，如要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，需要有一個(gè)能把個(gè)作業(yè)機(jī)械設(shè)備或車(chē)輛方位、工況傳送到中央集控室，再把中央集控室的指令傳送到個(gè)機(jī)械設(shè)備的控制系統(tǒng)。

3 機(jī)械自動(dòng)化在建筑工程機(jī)械中的應(yīng)用

3.1 自動(dòng)化壓路機(jī)

壓路機(jī)是常見(jiàn)的施工機(jī)械之一，目前自動(dòng)化壓路機(jī)已經(jīng)配備檢測(cè)裝置、數(shù)據(jù)處理裝置、中央控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程通訊等功能。通過(guò)施工現(xiàn)場(chǎng)預(yù)設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)，將基準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳遞到中央控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)將將位置信號(hào)轉(zhuǎn)化成設(shè)備控制指令，通過(guò)無(wú)線通訊技術(shù)進(jìn)行調(diào)整和校準(zhǔn)設(shè)備[4]，以此實(shí)現(xiàn)壓實(shí)作業(yè)。

3.2 推土機(jī)、挖掘機(jī)

推土機(jī)、挖掘機(jī)等土方建筑施工機(jī)械，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化有利于提高施工效率、提升工程質(zhì)量。上世紀(jì)70年代最早在挖掘機(jī)的鏟斗和推土機(jī)的鏟刀上運(yùn)用自動(dòng)化控制裝置，其主要元件為投光器、感光器、控制系統(tǒng)等組成。但該裝置存在速度響應(yīng)問(wèn)題，沒(méi)能得到推廣使用。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，90年代，日本學(xué)者北郁夫研究的KOMATSU Laser leveling sustem系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)推土機(jī)行進(jìn)速度5 km/h時(shí)，平整度誤差控制在3 cm范圍內(nèi)。此系統(tǒng)也應(yīng)用與液壓挖掘機(jī)。

4 未來(lái)發(fā)展方向

發(fā)展高精度、高性能，有感知能力的系統(tǒng)；開(kāi)發(fā)擁有行走操縱的控制系統(tǒng)；開(kāi)發(fā)深海、高空、地下施工機(jī)械；多臺(tái)施工機(jī)械實(shí)現(xiàn)無(wú)人化作業(yè)；研究新工藝、新技術(shù)以適應(yīng)機(jī)械自動(dòng)化、無(wú)人化施工。

5 小結(jié)

隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高，機(jī)械自動(dòng)化將會(huì)在建筑工程中發(fā)揮更大作用。機(jī)械自動(dòng)化必將給人類(lèi)帶來(lái)更加廣闊的施工空間。機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)必將為人類(lèi)發(fā)掘更多的奧秘。

［1］邵杰，張勇.自動(dòng)化技術(shù)在工程機(jī)械使用中的應(yīng)用效用探討［J］.中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2011（09）：140.

［2］龍偉才.淺談建筑工程施工中機(jī)械自動(dòng)化［J］.江蘇商報(bào)·建筑界，2013（17）：23.

［3］趙英利，陳春慧，尚云龍.談土木施工工程機(jī)械自動(dòng)化［J］.森林工程，2002（02）：63-64.

［4］陳來(lái)慶.建筑機(jī)械自動(dòng)化應(yīng)用技術(shù)和發(fā)展探究［J］.中國(guó)建材科技，2013（04）：68-69.