论文 建建施工机械人研究进展

　　摘要：为了拓宽建建机械人的研究思和推广建建机械人的使用，对国表里建建施工机械人的研究进展进行了细致阐述。总结了建建机械人的成长过程和系统构成，从从体布局施工、拆修施工和其他新型施工机械人系统三方面临建建施工机械人进行分类汇总，引见了机械人的环节手艺、机能劣势和成长标的目的等内容。最初从研发设想、办理运维和人才培育等角度提出了建建施工机械人的成长。成果表白：砌砖机械人产物存正在依赖人工操做、利用很是规建材等问题，其机械臂的活动轨迹和使命规划是将来的研究热点；基于激光标定手艺的混凝地盘面处置机械人智能化程度不高，需开辟不变高效的自从定位系统；墙地面打磨机械人环节目标为施工精度和不变性，可通过优化算法模子和引入高精度传感器进行提拔；室内喷涂机械人多为“６+３+１”度布局，对比手工喷涂具有较着的手艺劣势，但其自从化程度需进一步加强，而外墙喷涂机械人正在不变性、平安性和靠得住性方面的机能要求更高，需提高功课笼盖率和适用性；瓷砖铺贴机械人的成长离不开布局设想、瓷砖定位手艺和铺贴轨迹规划等环节手艺的研究，存正在合用瓷砖尺寸单一和节制复杂等问题；３Ｄ打印机械人通过优化布局设想提拔功课矫捷性，将朝着轻量化、智能化和低成本标的目的成长，而丈量机械人次要操纵三维激光扫描手艺实现从动化丈量，但面对着数据易丢失、人员勾当范畴受限和成本高档问题。做为国平易近经济的主要一环，建建业影响着中国经济成长、人平易近就业和社会不变。跟着中国城镇化程度的提高，建建业成长迅猛。2021年上半年，中国建建业企业总产值为 119 843。55 亿元，同比增加18。85%，占国内出产总值比沉为6。26%[1]。然而，因为消息化和智能化程度低、办理粗放、过度依赖工人功课等缘由，中国建建业一曲存正在质量低下、利润不高、工期冗长等问题[2]。另一方面，中国建建业平安变乱频发，正在2012~2018年间发生4100起市政工程平安变乱，灭亡人数达5011人[3]。此外，正在社会老龄化、青少年价值不雅改变等要素的影响下，建建业反面临着劳动力欠缺的困境。因而，中国建建业火急需要转型升级，通过新的建制模式来推进行业的健康成长。建建机械人是指使用于土木匠程范畴的机械人系统，能按照计较机法式或者人类指令从动施行简单反复的施工使命。建建机械人对建建行业的可持续成长具有严沉意义[4]：①提超出跨越产效率，缩短施工周期；②改善现场施工，保障工人的平安取健康；③降低用人成本，处理劳动力缺乏问题；④削减资本华侈，生态。因为建建机械人正好填补了建建行业面对的限制要素，2020年9月，中国住房和城乡扶植部发布了《住房和城乡扶植部等部分关于鞭策智能建制取建建工业化协同成长的指点看法》，指出“加速部品部件出产数字化、智能化升级，推广使用数字化手艺、系统集成手艺、智能化配备和建建机械人”[5]。由此可见，建建机械人的建制模式是建建业将来成长的次要标的目的。跟着人工智能手艺、传感器手艺和 BIM 手艺的成长，用于现场施工的建建机械人手艺逐步成熟，单使命施工机械人（搬运机械人、安拆机械人等）和集成机械人建制现场大量出现，使得施工使命愈加高效、精准和平安[6]。然而，中国建建机械人研究起步较晚，手艺研究较为分离，且缺乏同一的手艺系统和尺度[2]。别的，跟着建建机械人的普及使用，机械人对复杂建建的顺应、机械人正在工地的办理和新型财产工人的培育等一系列问题值得深切切磋。为此，本文对国表里建建施工机械人的研究案例进行梳理和引见，并按照中国建建施工机械人的利用环境，提出响应成长以期为相关企业机构拓宽研究思，为中国建建施工机械人的成长供给参考。建建机械人概念最早正在20世纪70年代提出，颠末大量的试验，1982年第一款建建机械人（SSR1）成功被使用到防火涂料功课中[7]。此后美国、欧洲发财国度和等国度也投入到建建机械人研究傍边，以替代人工开展且粗沉繁复的施工功课[8]。近年来，中国企业机构起头研发建建机械人，据美国 Guidehouse Insights征询公司统计，到2030年，全球建建机械人的市场规模达 110亿美元，年增加率达到 29%[9]。然而，因为建建施工的复杂性和多样性，目前建建机械人可处置的工做量远远满脚不了工程现实需要，表白全球建建机械人使用市场仍处于培育期[10]。建建机械人的常见分类有以下几种：按照概念可分为“广义”和“狭义”两类，别离指用于建建生命全周期（设想、施工、运维、破拆）和工程施工环节（根本、从体和拆修施工）的机械人设备[11]；按照利用场所，可分为施工厂地外机械人设备（如预制件加工设备等）和施工厂地内机械人设备（如搬运机械人等）；按照智能程度，可分为近程遥控机械人设备、可编程式机械人设备和智能机械人设备，此中近程遥控机械人设备的节制是通过或无线遥控器实现，机械的运转根基仍是受限于工人节制，而可编程式机械人设备能够通过选定事后编程的功能或设定新功能，正在必然的前提下改变要完成的使命。分歧于前两者，智能机械人设备可正在无需报酬干涉的环境下完成施工使命，具有、制定例划、从动运转和毛病报警等功能[12]。节制系统做为机械人的大脑，通过法式指令和人机交互等体例协和谐办理其他系统的工做；系统做为机械人的眼睛，通过内部传感器和外部传感器别离收集机械人内部系统（如机械人的位姿、形态等）和外部的消息（如妨碍物检测、检测等）；驱动系统做为机械人的肌肉，为机械系统的活动供给动力，包罗电动、气动和液压安拆3种形式；机械系统做为机械人的骨架，是实现相关施工动做的根本，包含挪动底盘、毗连安拆、施行安拆和其他部件。正在建建机械人施工过程中，节制系统起首下发指令给驱动系统，收到指令的驱动系统再以特定的速度和标的目的驱动机械系统施行响应的施工动做，而系统正在整个过程中不竭收集机械人系统表里部的形态消息，再把这些消息反馈给节制系统，进一步伐零件器人的活动，从而构成闭环节制。本节次要针对工程施工环节的代表性建建机械人，阐述从体布局施工、拆修施工和其他新型建建施工机械人的研究现状。衡宇从体布局包罗砖混布局、钢筋混凝土布局和钢布局，其建制过程次要包罗砌砖、混凝土浇建和地面整平抹平等工序，这些工序大都属于功课，需要耗损大量的人体劳动，而且正在施工过程中发生的粉尘、噪声等风险因子会对人体健康形成不成逆的损害[13-14]。为领会决上述问题，建建机械人应时而生，它不只能长时间工做，避免工人面对的现患，还能节约劳动力，处理工人欠缺问题。目前，研究较为普遍的从体布局机械报酬砌砖机械人和混凝地盘面处置机械人，本节次要针对这些机械人的手艺研究展开描述。正在建建施工中，砌砖工序占领较大的工做量，其施工效率取质量很大程度上决定着工程工期取质量。保守砌砖工序多为人工操做，施工质量参差不齐[15]。为了改善保守砌砖工序，国外发财国度率先研发从动化砌砖机械人，手艺处于领先程度（表1）。例如：美国 Construction Robotics 公司研发的轨道式SAM100机械人，由机械臂、传送系统及反馈系统构成，效率较人工提高了3倍~5倍，是中国砌砖机械人研发参考的次要原型[16]；Fastbrick Robotics 研发的 Hadrian X机械人配备了28m的伸缩机械臂，能基于3D模子自从建制单栋建建物的墙体，施工效率和精度别离达到1000块/h和0。5 mm[17]；美国 Construction Robotics公司研发的 MULE砌砖机械人通过提拔夹取机构和细密定位安拆协帮工人进行砌砖操做，较人工效率提拔了2倍（图2）[18]。以上商用产物充实证了然砌砖机械人的劣势，但仍存正在一些问题，如需依赖人工操做、利用非保守建材等。比拟于国外，目前中国的砌砖机械人缺乏可使用的产物，仍然逗留正在研究阶段，其研究范畴包罗机械布局设想、视觉定位系统研发和使命规划等[19-20]。如上海建工四建集团和上海大界机械人结合研发了一款可实现“定位-上砖-抹灰-摆砖”的砌砖机械人，包含越障挪动底盘、上砖安拆、抹灰安拆和六轴机械臂等布局[19]。砌砖机械人工做流程如图3（a）~（c）所示，机械臂取上砖抹灰系统构成砌墙机械人全体配备，正在施工中，工人起首把砖块放至传送带上，砖块经传送带输送到指定后，由机械臂精准抓取至抹灰口进行从动抹灰操做，然后机械臂再把砖块放至指定的砌建，完成砌建工做。正在定位和使命规划方面，这款机械人以 ROS做为系统根基布局，连系合用于室外、坑凹地带的Cartographer算法实现机械人的自从挪动，且正在开展使命前操纵Rhino虚拟软件模仿砌建径和速度，使得使命施行得愈加流利和高效。分析以上功能，机械人正在现实工地测试中能从动完成砌建工做，墙体平整度和垂曲度别离达到2。5mm和3。5 mm，均满脚施工规范要求。此外，机械臂做为砌建的环节机构，其活动规划决定着砌建的功能和质量。目前机械臂的节制次要借帮人工示教和编程实现，可是这种方式存正在效率低和耗时长等问题，不合用于复杂多样的建建[20]。为此，华中科技大学丁烈云院士提出了一种连系 3D 图像沉建和 BIM手艺的使命规划方式，将需要建立的建建模子为节制机械人的消息（包罗施工现场、机械人参数和使命内容等消息）[20]。这种方式的手艺理论和框架如图3（d）所示，其焦点内容次要包罗三部门：成立基于 BIM模子的使命描述，通过场景沉建弥补拆卸建材的空间消息和生成机械人的节制指令。为了查验这种使命规划方式的结果，试验人员操纵砌墙机械人别离砌建难度分歧的建建模子（曲墙模子，阶梯模子和模子），并比力新型方式和人工示教方式的耗时，见图3（e）、（f）。试验成果发觉，这种新型方式的使命规划总耗时低于人工示教方式的一半，而且跟着模子难度的添加，人工示教的使命规划耗时较着添加，而新型方式的使命规划耗时根基不变，申明连系3D图像沉建和 BIM 手艺的使命规划方式更高效。总的来说，面临复杂多样的建建砌墙机械人若何快速精确完成砌建使命是将来次要的研究热点。混凝地盘面处置是混凝土浇建时较为环节的施工工序，保守工艺对工人的体力发生极大的耗损，并且施工质量也难以[21]。跟着激光标定手艺和节制手艺的前进，市道上呈现了从动化混凝地盘面处置配备（激光整安然平静抹平机），用于替代保守人工功课[21-22]。激光整安然平静抹平机次要由整平或抹平头、激光系统和节制系统构成，其工做道理及步调如图4所示，工人起首安拆激光发射器，通过激光发射器扭转构成激光节制平面，然背工持领受杆将标高消息发送到机械，机械领受到激光信号后，通过液压系统节制阀调整整平或抹平头的高度，实现混凝地盘面的整平抹平[22]。颠末项目施工发觉，比拟保守工艺，激光整平机能够做到地面一次成型，工人数量降低 60%，成本节约2~3元/平方米，精度提拔3倍摆布，因而表白激光整平机劣势较着[22]。目前混凝地盘面处置配备大多是手扶式、驾驶式、伸臂式、遥控式4品种型，仍需有操做经验的工人共同施工，这额外添加了混凝地盘面处置配备的施工成本和平安现患[23]。智能化混凝地盘面处置机械人的研发可无效处理上述配备所面对的问题：但受限于本身定位和径规划等手艺，难以实现大规模使用。为此，工业大学针对混凝地盘面整平机设想了一套视觉定位系统，该系统按照中合做靶标的，进行地图建立和定位[21]。测试发觉，该系统能正在盲区和机械发抖时无效识别出机械人的位姿，但当相机离靶标距离越大时，其精度越差，因此还难以进行现实的工程使用。别的，建建市道上也呈现了商用的智能化激光地面整平机，其次要操纵工程图纸和 BIM 模子进行自从定位，但正在分歧户型施工时需屡次切换图纸和模子，这无疑降低了施工效率，利用结果还有待工程实践验证[24]。因而，不变高效的自从定位系统是开辟智能化混凝地盘面处置机械人的环节。拆修施工是建建工程不成或缺的环节，次要包含打磨功课、喷涂功课和瓷砖铺贴功课等工序，这些工序风险人体健康，并且极具施工平安现患[25]。因而，智能施工机械人的研究遭到热捧。本节次要引见墙地面打磨机械人、喷涂机械人和瓷砖铺贴机械人的研究进展。正在拆修施工时，天花板、墙面部门区域需进行打磨功课。保守的墙面打磨严沉依赖人工功课，施工质量一视同仁，并且施工极其恶劣，容易惹起呼吸系统、听力损害等疾病[13-14，25]。针对以上问题，需开辟一款少人化或无人化施工的打磨机械人，实现墙地面的从动打磨功课。现有墙地面打磨机械人次要由机械臂、挪动底盘、打磨头、墙面高度检测设备和安拆等系统构成，其环节手艺包含机械布局设想、墙面平整度检测和活动节制等[26-27]。2021年，烟台大学基于3D视觉手艺设想了一款高精度墙面打磨机械人系统[图5（a）]，其包含打磨系统、PLC节制系统、3D视觉系统和挪动平台等部件[26]。它操纵 3D线激光传感器获取墙面三维数据，并对数据进行拟合处置，找到墙面打磨坐标[图5（b）]，再节制机械臂活动到指定，然后打磨头进行打磨功课。颠末试验测试发觉，这款打磨系统正在小区域的打磨结果较好[图5（c）]，精度根基连结正在1mm内，但从整个墙面打磨结果来看：其打磨的精度和不变性还有待提高。墙面打精度是评判墙地面打磨机械人施工质量的主要参数，次要遭到施行安拆的动做取压力、墙面检测的精度、挪动机构的活动精度等要素影响，此中，施行安拆做为取墙面间接接触的安拆，其活动节制决定着打磨功课的精度。Zhou 等[27]针对施行安拆的活动节制，提出了一种基于图像视觉的算法模子，用于调理施行安拆的感化力和动做两者的动态关系［图６（ａ）］。施行安拆的动做由视觉系统进行及时反馈，而反馈的图像消息经算法模子处置后获得非奇异息争耦的图像雅可比矩阵，确保了大位移场景下打磨的不变性和精度。正在现实测试中发觉，跟着节制轮回的进行，该模子的图像特征误差、力误差以及误差根基到０，并且机械人打磨结果较好，申明这种算法模子具有较着的劣势［图６（ｂ）、（ｃ）］。因而，优化相关算法模子和引入高精度传感器是提拔墙面打磨机械人功课精度和不变性的次要办法。喷涂施工为拆修工程的常见工序，包罗室内喷涂、外墙喷涂、地坪涂覆等工序，这些工序正在中国根基还逗留正在人工功课阶段。保守喷涂施工次要存正在以下错误谬误：①外墙喷涂工序属于高空功课，存正在严沉的平安现患；②涂料含有毒物质，对工人有致癌感化；③工人的手艺程度会影响涂层的质量；④保守手工喷涂效率低[25-28]。可见，喷涂施工的从动化亟需处理。正在工业中，喷涂机械人被普遍使用于汽车、汽船等行业，常见的挪动体例有导轨式、爬壁式和挪动式等[29]。对于建建室内，挪动式喷涂机械人工做度较高，能矫捷应对多种复杂功课对象，具有较强的顺应性，因而备受推崇。目前研究中，室内挪动喷涂机械人典范布局为“6+3+1”度布局，其具体布局包含6度机械臂、1度起落台和3度挪动平台，该种布局机械人能实现对室内壁面的全笼盖喷涂功课，工做场景包罗商品房、厂房和仓库等[29-30]。2018年 Asadi 等[30]按照这种典范布局研发了一款人机协做室内喷涂机械人 Pictobot，如图 7（a）所示，其包含挪动底盘、无气喷涂系统、自抬升布局（最大抬升高度10m）、机械臂和喷头安拆六大部件。操做工人的和判断做为上层规划担任设置喷涂的参数（压力、厚度等），通过近程操做遥控变换机械人的工做坐点，以应对变化的工做，而且担任开展墙壁低处及边角的喷涂功课。喷涂机械人担任正在壁面高处进行喷涂功课，以减轻工人的攀爬、哈腰等繁沉工做，并借帮传感器安拆，沉建施工厂景和阐发墙面的3D特征，进而从动节制抬升机构的高度和规划喷枪机械的活动[图7（b）]。正在人机协做的前提下[图7（c）]，该款从动化机械人比拟于保守工艺的劣势包罗优异的喷涂效率（提拔 50%）、平均分歧的涂层、节约人工成本和更高的平安性等（表2）。可见，“6+3+1”度布局机械人施东西有较着的劣势，但仍需工人共同施工，其自从化施工的程度需进一步提拔。取室内喷涂工序比拟，外墙喷涂更具性。保守外墙喷涂功课一般采用吊板或吊篮体例，这两种体例都没有靠得住的平安保障，存正在高空坠落的风险[28]。因而，研究一款无人化施工的外墙喷涂机械人具有显著的意义。因为户外高空功课的特殊场景，外墙喷涂机械人正在不变性、平安性和靠得住性方面的机能要求更高[31]。为了实现高效不变功课，常见的布局设想为吸附式布局和吊挂式布局[31]。2016年合肥工业大学彭辉等[28]设想了一款悬臂架固定的外墙喷涂机械人，如图8（a）所示，包含悬臂架布局、轨道布局、喷涂机械人挪动本体、吸附脚和钢丝绳等组件。机械人通过固定正在“女儿墙”悬臂架上的钢丝绳实现垂曲挪动，借帮4个吸附脚的吸附感化进行固定功课，当完成一个竖喷涂时，再通过轨道安拆挪动悬臂架进行下一个竖的功课。因为需要笼盖必然的功课面，机械人本体的喷枪组会搭载正在数控挪动滑台上，实现程度挪动功课[图8（b）]。此外，机械人窗户探测安拆可判别窗户，进而节制喷枪的开关，以避免污染窗户及华侈涂料，并且工人也能够通过视频系统及时察看喷涂环境，防止不测的发生。2019年电子科技大学朱晖[31]针对吊挂式外墙喷涂机械人做了进一步的改良研究[图9（a）]，该机械人系统包含吊挂系统、机械人本体、喷涂系统和不变调理系统四部门。吊挂系统由2个取吊篮适配的吊挂机构构成，承载量高达800kg，每个吊挂机构引出3根钢绳，别离为承沉绳、平安绳和不变绳[图9（b）]；机械人本体包罗垂曲提拔安拆、双喷枪安拆、程度挪动机构和形态检测安拆[图9（c）]，提拔安拆的驱动轮取承沉绳的咬合实现了机械人本体的起落，双喷枪安拆通过齿轮齿条挪动机构可实现10m宽度的大喷涂范畴，如许可省去吊挂机构正在程度标的目的的挪动；正在不变调理系统中，因为张力机的感化，倾斜的不变绳会对机械人本体发生一个程度标的目的的拉力[图9（d），此中F1为上不变绳拉力，F2为下不变绳拉力，F3为上靠墙腿推力，F4为下靠墙腿推力，G为机械人本体沉力，m为机械人本体质心：H为机械人高度，α为上不变绳取墙面的夹角，β为下不变绳取墙面的夹角]，使得机械人正在爬升过程中能不变起落，而平安绳取机械人本体上的平安锁相连，能防止机械人因失速、倾斜发生的坠落。从上述研发案例可知，吊挂式外墙喷涂机械人布局较为简单，具有极大的商用潜力，但因为布局特征的，机械人只能正在垂曲墙面功课，不克不及达到墙体阴角、凸起布局等区域，并且容易遭到楼栋户型的影响，导致悬架机构无法架设等问题。因而，提拔外墙喷涂机械人的功课笼盖率和适用性是后续次要的研究标的目的。瓷砖铺贴正在拆修施工中需求量大，质量要求高且需专业人员施工，但保守手工铺贴存正在施工周期长、劳动量大和工做效率低等问题，而瓷砖铺贴机械人不单能削减劳动力，还能通过从动化施工铺贴的效率和质量，因而遭到普遍的研究[32]。复杂的铺贴对机械人的设想、节制和运转提出了苛刻的要求。为了顺应铺贴的和满脚铺贴的功能，机械人的布局设想显得尤为环节。瓷砖的定位手艺能精确检测瓷砖的，从而提高铺贴的质量。此外，机械人铺贴过程的轨迹规划能降低铺贴功课的时间，有益于进一步提拔工做效率[32]。因而，瓷砖铺贴机械人的成长离不开上述环节手艺的研究。2014年，新加坡将来城市尝试室结合苏黎世联邦理工学院开辟了一款包含六轴机械臂、吸盘抓取安拆和红外定位仪器等部件的地砖铺贴机械人MRT[图10（a）]，该机械人不单能节流人力，还能切确计较铺贴，铺贴质量，目前已进入贸易化使用阶段[33]。中国瓷砖铺贴机械人的研发根基是参考MRT机械人原型，例如：2020年南京航天大学设想了一款地砖铺设机械人系统，包含挪动平台、抓取系统和系统[图10（b）][34]。此中挪动平台为基于 Mecanum 轮的全向挪动平台，具有优异的灵活性和矫捷性，能满脚功课和功课使命的需求；抓取系统包含六轴机械臂、实空吸盘组件和视觉激光传感器[图10（c）]，不单能实现矫捷抓取和铺设瓷砖，还能切确检测已铺贴瓷砖的位姿，从而达到施工规范的要求；系统通过激光雷达传感器获打消息，建立2D和3D地图模子，并利用改良的蚁群算法进规划，确保了机械人快速不变功课。颠末仿实阐发发觉，地砖铺贴机械人能够成功完成铺贴工做，满脚现实功能需求[图10（d）]。然而，目前市道上铺贴机械人的利用率较低，次要存正在研发成本高、合用瓷砖尺寸单一和节制复杂等问题[35]。因而，瓷砖铺贴机械人的研发设想应充实考虑适用性和研发成本。上述机械人次要是针对特定的现场施工工序进行功课，除此之外，建建机械人还包含一些取施工功课亲近相关的新型机械人系统，如用于混凝土打印的 3D打印机械人、用于建建丈量的智能化丈量机械人等，本节次要针对这两类代表性的新型建建施工机械人研究现状展开引见。3D 建建打印属于新型的数字建制手艺，正在建制过程中不需要复杂的模板系统，间接根据建建三维模子驱动打印机械人建制出响应的建建构件，这种手艺具有速度快、成本低和节流劳动力等劣势[36]。因为混凝土材料的普遍利用，3D混凝土打印成为研究热度极高的 3D建建打印手艺，也取得了冲破性的研究进展，其研究范畴包罗机械布局范畴、材料范畴和工艺范畴等[37]，此中，3D混凝土打印机械人的布局设想取打印质量互相关注，是实现打印功能的主要载体[36-37]。2004 年 Khoshnevis[38] 设想了一款包含大型三维挤出安拆（雷同龙门吊车）和抹刀喷嘴组合机构的“轮廓工艺”打印机械人[图 11（a）]，打印机构吊挂正在建建物上方，通过轨道安拆和伸缩臂节制喷嘴的挪动，实现切确的打印定位，该款机械人的工做效率达到12m/h，材料利用量削减了25%~30%，工人数量降低了 45%~55%。为了进一步提拔打印机械人的矫捷性，Bosscher 等[39]提出了一款带缆索系统的“轮廓工艺”打印机械人[11（b）]，通过缆索节制喷嘴的挪动，并用轻质的刚性框架代替笨沉的龙门框架，让现场打印施工愈加简洁、适用。以上打印机械人都是基于框架布局，机械人打印范畴受限，只合用于小区域建建的打印。基于多机协做的挪动式 Minibuilders 系统的研发能实现整栋建建物的建制[图11（c）]。该系统包含3款机械人，它们吸附正在建建物上，按照节制器下发的指令别离完成地基、墙体和墙体平整使命，从而实现多标准建建物的打印，但此系统节制复杂、成本高且精度难以[40]。此外，材料范畴的研究次要为材料的成分优化，如惹人纤维加强混凝土、磷酸盐水泥和纳米黏土水泥等材料，以加强打印材料的密度和强度。为了提高打印的质量和效率，研究者也正在工艺范畴做了必然的研究，包含打印径的优化、打印构件的精细化等[37]。颠末近 20年的成长，3D 混凝土打印机械人曾经逐步财产化使用，如迪拜办公楼、美国星级酒店和荷兰混凝土桥梁等建建的建制，将来将继续朝着轻量化、智能化和低成本标的目的成长[41]。建建实测实量是提拔衡宇质量的环节工序，工做量大，且工做进度紧迫。保守手工丈量次要借帮靠尺、寒尺、方尺和扫平仪等东西，对规范要求的点，线进行丈量，再通过人工记实和比对完成丈量使命，因而存正在效率低、报酬要素影响大和数据拾掇挪用繁琐等短处[42]。为了优化实测实量工序，从动化实测实量手艺遭到普遍研究。新型的建建丈量机械人操纵三维激光扫描手艺，由激光测距系统和激光扫描系统构成，能实现数据的采集、传输、运算、画图制表和评分的全从动化，具有较着的手艺劣势[42]。正在开展丈量工做时，丈量机械人的工做步调包含：①按照事后打算的坐点，逐坐进行扫描获取点云数据；②把的点云数据导人公用软件进行预处置和拼接，获得全体的点云数据模子；③公用软件从模子里提取垂曲度、平整度等几何消息，并取BIM 模子比对，从动生成报表，完成实测实量使命（图 12）[43]。为了证明丈量机械人的劣势，中建二局别离采用从动化丈量和手工丈量方式对沈阳某工程进行实测实量，并对比两者的丈量结果。测试成果显示，比拟于手工丈量，丈量机械人精度达到±1mm，高于手工丈量的±3 mm 精度，丈量效率提拔 5倍，丈量人数削减 66%，成本降低 50%，并且省去复测、复检和数据拾掇等环节，可见取手工丈量方式比拟，从动化丈量方式更优异[44]。然而，正在丈量机械人利用中，发觉以下问题[43]：复杂布局及妨碍物导致数据缺失、现场人员勾当范畴受限和设备成本过高档，这些问题导致丈量机械人难以推广使用，亟需处理。由上述研究现状能够看出，建建施工机械人的手艺逐渐成熟，但目前正在中国的财产化使用较少，为进一步推广建建施工机械人，下面将从研发设想、办理运维、根本手艺研发和人才培育等多个角度提出建建施工机械人的成长。（1）正在研发设想上，建建施工机械人的成长需考虑小型化、适用性、集成化、经济效益等方面。关于小型化，跟着城镇化历程和室第用地的削减，小户型室第逐步成为房地产市场的风向[45]，然而目前建建施工机械都存正在外形尺寸过大的问题，正在小户型室第里难以开展施工功课，因而机械人的设想需考虑施工空间的影响，正在不影响机能的环境下缩小机械人的体积。关于适用性，现阶段建建施工机械人根基由保守建建工人进行操做，这部门人员对新事物的接管程度较低，更倾向于操做简洁的机械设备，别的机械人现实的施东西有复杂多样性（夜间、恶劣气候等），添加了机械人的操为难度，因而建建施工机械人的设想需考虑操做人员和的影响，以提高机械人的适用性。关于集成化，目前建建施工机械多是针对单一工序研发的，功能集成度不高[11-12]，使得一个施工项目需要大量机械人参取，这无疑提高了利用和办理成本，因而设想一款能同时开展多个工序或按需要切换工序的高度集成化机械人显得很是需要。关于经济效益，经济效益决定了建建施工机械人的适用性，是机械人施工系统的底子劣势，因而建建施工机械人研发的首要起点是考虑本身的经济效益，这可从优化人机搭配数量比例、提拔施工工效和降低研发及制形成本等方面提拔机械人的总体经济效益。（2）正在办理运维上，建建施工机械人的成长需考虑场地安插、办理模式改变、市场规范等方面。关于场地安插，施工功课的建建施工机械人需进行清洗、充电和检修调养等操做，这些操做会影响工人的平安和施工，因而建建工地需完美相广的场地安插，如废水排放系统、集中充电场合和检修调养场合等。关于办理模式改变，低效粗放的保守施工办理模式不再合用于建建施工机械人施工系统，而数字化办理不只可使施工历程可视化，还能够实现施工规划的最优化，所以需鼎力成长工地数字化办理手艺（如 BIM、FMS等手艺），以提拔工地办理效率[46]。关于市场规范，跟着机械人手艺的成熟，出现了形形色色的建建施工机械人，其机能质量参差不齐，并且市场监管力度不脚，为了行业的健康成长，行业协会和机构需完美建建施工机械人的施工尺度、手艺规范和相关的法令律例。（3）正在根本手艺研究和人才培育上，建建施工机械人的成长需考虑注沉根本手艺开辟、劳动力培育体例改变等方面。关于注沉根本手艺开辟，因为根本手艺财产亏弱，中国大部门建建施工机械报酬拆卸型产物，其智能化程度、施工精度和不变性掉队于国外产物[2]，为了缩小取国外产物的差距，国度和企业需注沉根本手艺（如定位系统、轨迹规划手艺、高精度传感器等）的开辟，加大财力和物力的投人，实现焦点手艺的国产化。关于劳动力培育体例改变，正在机械人施工系统下，建建财产的劳动力布局和本质要求较保守施工系统发生了较着的变化，以国内某总承包公司为例，新型财产工多接管过专科及以上的教育（人数占比过半），需具备较好的科技学问程度，并且公司要求建建工人正在保守施工和新手艺使用方面均需具备必然的根本，如需具备机械人操做、保守施工边角处置手艺、施工办理、简单维修调养等能力，申明建建业由劳动稠密型逐渐向手艺稠密型改变。可见，新型系统的劳动力培育体例需朝着专业化、智能化、精细化标的目的成长，而基于自学或“老带新”的保守劳动力培育体例已不合用于机械人施工系统[47]。机械人施工系统的劳动力培育需要、学校和企业配合参取和勤奋，如层面需完美专业素养取本质教育并行的教育系统职业院校层面需开设涉及机械、电气、建建工艺等范畴的分析性学科，企业层面需加强对财产工人的建建机械人手艺培训等。本文细致阐述了现场施工环节建建机械人的手艺进展，并从多个角度提出成长。建建机械人了保守建建施工系统，使建建施工更高效、更平安和更智能。建建施工机械人目前正在中国属于新兴财产，具有广漠的市场前景。同时，该当认识到中国建建施工机械人取国外产物的差距，集中力量提高成长立异能力和根本研发能力，提拔产物机能和降低产物成本。相信正在、高校和企业的配合勤奋下，建建施工机械人将来能正在中国获得更普遍的使用和普及。来历：[1]陈翀，李星，邱志强，等。建建施工机械人研究进展[J]。建建科学取工程学报，2022，39(04)！58-70。