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2019
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07
走向建築工業的(de)“智能建造”
當前建築工業存在(zài)着一(yī / yì /yí)些問題,如從設計到(dào)施工各環節之(zhī)間銜接不(bù)當而(ér)造成浪費;施工工地(dì / de)的(de)環境污染;由于(yú)誤差或施工質量問題造成能源的(de)浪費;勞動力成本的(de)快速上(shàng)升導緻人(rén)工勞動密集型的(de)建築構件加工及施工成本越來(lái)越高。種種問題迫使建築工業進行升級改造
當前建築工業存在(zài)着一(yī / yì /yí)些問題,如從設計到(dào)施工各環節之(zhī)間銜接不(bù)當而(ér)造成浪費;施工工地(dì / de)的(de)環境污染;由于(yú)誤差或施工質量問題造成能源的(de)浪費;勞動力成本的(de)快速上(shàng)升導緻人(rén)工勞動密集型的(de)建築構件加工及施工成本越來(lái)越高。種種問題迫使建築工業進行升級改造。建築工業的(de)升級方向何在(zài)?其實,建築工業的(de)發展同時(shí)面臨機遇,被稱作工業4.0 的(de)智能制造正在(zài)蓬勃興起,這(zhè)就(jiù)意味着“數字建造”、進而(ér)“智能建造”成爲(wéi / wèi)必然。
智能建造作爲(wéi / wèi)經濟及社會發展戰略,在(zài)多種行業已經有了(le/liǎo)長足的(de)推進,建築行業也(yě)開始探索智能建造:如使用工業機器臂進行建築構件加工及建築現場施工。包括機器臂切削各種材料成型、機器臂疊層或空間打印構件、機器臂熱線切割泡沫作爲(wéi / wèi)模具、機器臂多臂協同編織物件。在(zài)施工現場,機械臂自動砌築牆體、機械臂綁紮鋼筋、機械臂焊接作業、機械臂噴抹工作等等,這(zhè)些自動或智能加工和(hé / huò)建造項目可以(yǐ)提升建築質量,可以(yǐ)大(dà)大(dà)節省加工及建造過程中人(rén)力成本的(de)付出(chū),可以(yǐ)提高複雜形體加工的(de)精度和(hé / huò)效率。更重要(yào / yāo)的(de)是(shì)智能建造可以(yǐ)把工人(rén)從繁重的(de)體力勞動中解放出(chū)來(lái),進一(yī / yì /yí)步實現社會的(de)平等與公平。
清華大(dà)學(建築學院)-中南置地(dì / de)數字建築中心研發的(de)“機器臂自動砌築系統”與國(guó)際國(guó)内現有砌磚系統不(bù)同,首次把機器臂自動砌磚與砂漿打印結合在(zài)一(yī / yì /yí)起,形成全自動砌磚及3D打印砂漿一(yī / yì /yí)體化智能建造系統;并在(zài)世界上(shàng)首次把“自動砌築系統”運用于(yú)實際施工現場,建成一(yī / yì /yí)座“磚藝迷宮花園”。在(zài)迷宮花園的(de)設計及砌築打印過程中,首先在(zài)犀牛軟件裏生成曲面牆體并布置磚塊,接着設計出(chū)機械臂運動軌迹,并使用KUKA|PRC語言将其導出(chū)爲(wéi / wèi)機械臂可識别的(de)程序語句;機械臂的(de)動作包括用真空吸盤取磚、在(zài)指定位置放磚、翻轉機械臂前端、根據磚塊排布在(zài)磚面上(shàng)打印砂漿等幾個(gè)操作,運動軌迹命令中整合了(le/liǎo)機械臂對氣泵等外部設備發出(chū)的(de)控制指令,并經過避障設計;在(zài)程序中模拟後,由PRC導出(chū)程序用于(yú)機械臂執行,從而(ér)實現從數字模型到(dào)實際建造物的(de)精确轉化;這(zhè)一(yī / yì /yí)自動砌築系統的(de)實際工作過程隻需兩人(rén)進行操作,一(yī / yì /yí)人(rén)控制鍵盤及程序輸入,另一(yī / yì /yí)人(rén)準備磚塊及砂漿材料,可大(dà)大(dà)減少人(rén)工的(de)投入。
西班牙建築師高迪在(zài)18世紀開始巴塞羅那聖家族教堂的(de)設計施工時(shí),一(yī / yì /yí)直通過繪制圖紙并配合手工制作石膏模型來(lái)推敲方案并指導建設,前後共40餘年,隻建成了(le/liǎo)一(yī / yì /yí)個(gè)耳堂和(hé / huò)四個(gè)塔樓之(zhī)一(yī / yì /yí),相當于(yú)整個(gè)工程量的(de)五分之(zhī)一(yī / yì /yí)。20世紀70年代末開始,聖家族教堂的(de)建設運用了(le/liǎo)數字技術,将數字測量、數字建模、傳統工藝與機器臂數字建造技術相結合,大(dà)大(dà)加快了(le/liǎo)建設進度。在(zài)構件設計、加工、建造過程中,先用3D打印構件的(de)小比例石膏模型作爲(wéi / wèi)參考,經設計師确認打印出(chū)的(de)參考模型無誤後,再将構件模型設計文件輸入到(dào)數控設備系統中,然後操縱機械臂對複雜的(de)石材構件進行切割或雕刻加工,該建築的(de)大(dà)部分石材構件都是(shì)在(zài)工廠通過數控機器臂進行加工完成。
随着建築相關行業及相關學科如智能制造、材料科學、環境技術的(de)迅速發展,特别是(shì)目前大(dà)數據、雲計算、人(rén)工智能、互動技術、虛拟及增強現實技術的(de)不(bù)斷開發,數字建造又無時(shí)不(bù)在(zài)尋求與這(zhè)些新興的(de)科學與技術相結合,引領着建築行業向着新的(de)方向拓展,從而(ér)形成新的(de)數字建造産業網鏈。在(zài)這(zhè)一(yī / yì /yí)産業網鏈中,房屋建築的(de)全過程及各專業将充分利用數字技術實現建造目标。房屋建築的(de)全過程包括設計階段、構件加工階段、施工階段、全壽命周期的(de)物業管理階段等;房屋建築的(de)各專業包括建築設計專業、結構設計專業、水暖電設計專業、施工組織管理專業等,以(yǐ)及相關行業如材料及配送、構件加工、施工機械、物業管理等。數字建造産業網鏈的(de)特點在(zài)于(yú)“全過程”自始至終,以(yǐ)及“各專業”相互之(zhī)間具有連續且共享的(de)數字流,它從建築方案設計開始,是(shì)經過後續階段及各專業不(bù)斷添加、修改、反饋、優化的(de)建築信息;以(yǐ)此數字流爲(wéi / wèi)依據,房屋建築的(de)物質性建造依靠互聯網及物聯網、CNC(計算機數字控制機床)數控設備、3D打印等智能機械,實現高精度、高效率、環保性的(de)房屋建造與運維服務。