山東|全省首臺！五天建一層樓，“天蟬”“造樓機”強在哪？

2024年07月10日

5天就能蓋好一層樓，而且蓋樓需要的工人大大減少，大約能節(jié)省60%的人力。這都得益于造樓機的應(yīng)用，實現(xiàn)了住宅樓的高效智能建造。近日，“天蟬”住宅施工機器人系統(tǒng)在青島落地，這也是山東省首臺“造樓機”。該系統(tǒng)在主要工序中的智能裝備化率超過60%，可以實現(xiàn)將傳統(tǒng)的建筑施工工序，例如混凝土振搗、鋼筋綁扎、澆筑養(yǎng)護等工序集成整合，一體化推進施工生產(chǎn)。

你一定好奇，這個系統(tǒng)是怎么研制出來的，它長什么樣、是怎樣工作的，來看本報記者的探秘。

青島黃埠嶺片區(qū)棚戶區(qū)改造項目，3號樓正在使用造樓機進行建造，從外觀看，就是一個藍(lán)色大箱子包裹在樓頂。

藍(lán)色“大箱子”加持

5天蓋好一層樓

近日，記者在青島黃埠嶺片區(qū)棚戶區(qū)改造項目現(xiàn)場看到，3號住宅樓正“拔地而起”。讓人意外的是，這棟樓施工工人比其他樓棟明顯要少，施工現(xiàn)場也一改往日的繁忙嘈雜，變得井然有序。遠(yuǎn)遠(yuǎn)看去，包裹在樓頂?shù)乃{(lán)色“箱子”格外醒目，而仔細(xì)看，這個“大箱子”似乎還在建筑的外立面移動。中建八局四公司項目部技術(shù)經(jīng)理陳澤鋒介紹，藍(lán)色“箱子”就是中建八局自主研發(fā)的新一代住宅施工機器人系統(tǒng)，全稱叫“天蟬”住宅施工機器人系統(tǒng)。據(jù)介紹，這個藍(lán)色“大箱子”可是內(nèi)含乾坤，這里面包含有混凝土振搗機器人、整平機器人、鑿毛機器人、覆膜機器人等十幾種智能裝備，在智能控制系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)配下，實現(xiàn)協(xié)同作業(yè)。而黃埠嶺片區(qū)棚戶區(qū)改造項目也是這套新一代住宅施工機器人系統(tǒng)在全國的首次落地。

“簡單來說，我們可以把它理解為一個將傳統(tǒng)的建筑施工工序集成整合起來的‘大箱子’，這個‘大箱子’可以覆蓋整個的施工作業(yè)面，并實現(xiàn)自動爬行。”據(jù)中建八局項目技術(shù)負(fù)責(zé)人李紅德介紹，在“天蟬”系統(tǒng)內(nèi)部，不同分工的自動化機器人群被懸掛在空間頂部的精密軌道上運行。與此同時，工人則在底部輔助作業(yè)，與機器人協(xié)同合作，共同完成放線、鋼筋綁扎、支模、澆筑、振搗、養(yǎng)護等各項施工工序，實現(xiàn)流水化作業(yè)，待本層施工任務(wù)完成，“天蟬”系統(tǒng)僅用1小時即可準(zhǔn)確爬升至下一層，實現(xiàn)工序的循環(huán)往復(fù)，直至整棟樓完成建造，該套系統(tǒng)的成功應(yīng)用將用工數(shù)量縮減60%以上，工期縮短約30%，施工速度最快可達5天1層。

“首先，我們看到的紅色立柱，就是天蟬自爬升系統(tǒng)最頂部的支撐柱部分，它克服了傳統(tǒng)爬升方式誤差適應(yīng)性差、支點無法同步受力、埋件倒運困難等行業(yè)難題，1小時頂升一層，可調(diào)節(jié)50毫米誤差。頂升過程有同步控制系統(tǒng)控制，避免不同步頂升。”陳澤鋒告訴記者。

高空俯瞰“天蟬”住宅施工機器人系統(tǒng)。

在以往的建筑工地上，尤其是高樓的外立面施工屬于高空作業(yè)，施工安全是重點關(guān)注對象。而使用了住宅施工機器人系統(tǒng)之后，工人們心里就踏實多了。“外側(cè)的圍護體系和上部的折疊天幕，組成了作業(yè)圍護系統(tǒng)。”陳澤鋒告訴記者，因為這套系統(tǒng)是采用掛架與圍護體系包裹在樓梯外圍的，有些高空作業(yè)項目直接被機器取代，極大降低了施工危險性。同時，面對惡劣天氣時，系統(tǒng)頂部的折疊天幕可覆蓋整個作業(yè)面，將暴曬、下雨等惡劣天氣隔離在外面，為內(nèi)部的施工工人提供舒適的作業(yè)空間，同時也為建筑成品質(zhì)量養(yǎng)護提供可控的環(huán)境條件，改善了混凝土的養(yǎng)護環(huán)境。在這里，上有遮風(fēng)擋陽的天幕，下有圍擋，工人在里面風(fēng)吹不著雨淋不著，兩名工人只需要手持平板就能指揮造樓機工作。

五大系統(tǒng)緊密配合

實現(xiàn)高集成化、高智能化作業(yè)

陳澤鋒告訴記者，“天蟬”住宅施工機器人系統(tǒng)主要由“天蟬”自爬升系統(tǒng)，“天成”分布式智能施工系統(tǒng)，“天構(gòu)”輕量化作業(yè)系統(tǒng)，“天盾”作業(yè)圍護系統(tǒng)，“天測”智能監(jiān)測五大系統(tǒng)組成，通過這5個部分的緊密配合，系統(tǒng)可以實現(xiàn)高集成化、高智能化、高程序化作業(yè)。

記者在9層樓高的造樓機施工現(xiàn)場，振搗機器人、整平機器人、鑿毛機器人、覆膜機器人等各種機器人一應(yīng)俱全，該系統(tǒng)作業(yè)基本全部由機器人完成，可實現(xiàn)全流程標(biāo)準(zhǔn)化施工，施工質(zhì)量更標(biāo)準(zhǔn)可控。這些智能建造機器人都被整合在這個“大箱子”的標(biāo)準(zhǔn)化集成基座上，系統(tǒng)在主要工序中的智能裝備化率超過60%；配合智能布料系統(tǒng)、高精準(zhǔn)放線系統(tǒng)、自動噴淋系統(tǒng)、物料提升系統(tǒng)、智能監(jiān)控系統(tǒng)，高效協(xié)同完成建設(shè)目標(biāo)。

“目前系統(tǒng)中有11個桁車，5個裝備集成基座。智能裝備可以在不同軌道中靈活變軌，無障礙自由行走，覆蓋全部作業(yè)面，上方水平的結(jié)構(gòu)就是天構(gòu)輕量化作業(yè)平臺。該系統(tǒng)還首創(chuàng)了天成分布式智能施工系統(tǒng)，采用標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件設(shè)計與模塊化拼裝模式，可以像拼積木一樣輕松實現(xiàn)安裝、拆卸，可以適應(yīng)不同形式、不同大小的作業(yè)區(qū)域，并且能周轉(zhuǎn)利用，助力資源節(jié)約與環(huán)境保護。裝備集成基座采用標(biāo)準(zhǔn)化接口，可擴展接入各種智能裝備，目前接入了懸掛式振搗機、整平機、覆膜機、鑿毛機，配合液壓布料機，打通混凝土施工場景工藝鏈。同時懸掛式裝備在作業(yè)時可以最大程度降低建筑機器人自重對樓板的損傷，實現(xiàn)了‘零負(fù)載’作業(yè)模式。”說起“天蟬”住宅施工機器人系統(tǒng)，陳澤鋒如數(shù)家珍。

如果說這些系統(tǒng)和智能設(shè)備是人的“四肢”，保證“四肢”的高效配合，就少不了“大腦”的精準(zhǔn)調(diào)配。中建八局工程研究院院長馬明磊介紹，“天蟬”系統(tǒng)的高質(zhì)高效運行，除了“靈活的四肢”，還得益于它的“智慧大腦”，“我們團隊綜合應(yīng)用了BIM、虛擬現(xiàn)實、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，自主研發(fā)出系統(tǒng)的智能控制系統(tǒng)，這就是它的“智慧大腦”了。而且，在實體工地建設(shè)的同時，我們還會在虛擬世界通過搭建虛擬數(shù)字模型，實現(xiàn)對項目的實時監(jiān)測與管理。比如，項目進展、施工進度，甚至哪些工序正在進行，在控制系統(tǒng)里是一目了然。”

由于造樓機內(nèi)部設(shè)置了多個傳感器，在造樓機的監(jiān)測屏幕上，可以實時查看“造樓機”的運行狀態(tài)，比如“造樓機”承重點受力情況、支撐系統(tǒng)的垂直度、鋼平臺的水平度及現(xiàn)場風(fēng)速風(fēng)向、溫濕度等。“一旦出現(xiàn)異常、偏差超出預(yù)定安全值，就會自動報警。”陳澤鋒說，同時在整個系統(tǒng)中，設(shè)置了多款智能傳感器，自動化全過程測量，將數(shù)據(jù)上傳云端，集成在天測智能監(jiān)測系統(tǒng)中，實現(xiàn)可視化實時監(jiān)測與危險預(yù)警。確保施工過程的安全，這也使得造樓機的建造水平比普通的工人要更加穩(wěn)定和標(biāo)準(zhǔn)。

造樓機內(nèi)部

10余位博士和50余位工程師

歷時8個月研發(fā)成功

據(jù)介紹，為了研制“天蟬”住宅施工機器人系統(tǒng)，中建八局秉承自主創(chuàng)新的原則，組建了一支由十余位博士和50余位工程師組成的研發(fā)團隊。團隊歷經(jīng)8個月的持續(xù)攻堅與不懈追求，最終“天蟬”住宅施工機器人系統(tǒng)成功問世。研發(fā)過程中建八局采用自研的技術(shù)平臺和產(chǎn)品平臺，通過模塊復(fù)用和算法集成，大幅提高裝備產(chǎn)品研發(fā)效率，降低開發(fā)及制造成本，據(jù)悉，目前一臺“天蟬”造樓機的制造成本只有400萬元左右，目前只在青島黃埠嶺片區(qū)棚戶區(qū)改造項目3號樓進行了試點應(yīng)用，效果得到驗證后，后續(xù)有望在更多住宅樓上大面積推廣使用。

小發(fā)明卻有大成就。目前，山東省內(nèi)諸多城市和建筑業(yè)企業(yè)已率先探索，深度推進智能建造的發(fā)展，以綠色、低碳的建造方式引領(lǐng)行業(yè)變革，開辟出經(jīng)驗可借鑒、可推廣、可復(fù)制的發(fā)展模式，“天蟬”造樓機的出現(xiàn)可以說是恰逢其時。“天蟬造樓機全部過程采用的是非人工直接操作的手段，可以讓住宅建造實現(xiàn)效率提升和質(zhì)量保證，它的整體建造質(zhì)量其實是可以通過免檢的，也讓老百姓真正住上滿意、健康的好房子。山東省發(fā)布首臺套住宅施工機器人系統(tǒng)，應(yīng)該是行業(yè)的第一步，也算新質(zhì)生產(chǎn)力，得到了住建部和省住建廳的關(guān)注。”馬明磊介紹，“天蟬”住宅施工機器人系統(tǒng)的應(yīng)用，是傳統(tǒng)住宅建造領(lǐng)域的一次突破性革新，“天蟬”作為更先進的生產(chǎn)工具，通過綜合應(yīng)用數(shù)字化、智能化建造技術(shù)，升級建筑行業(yè)的生產(chǎn)形式，把人從基礎(chǔ)建造工作中解放出來，推動產(chǎn)業(yè)工人隊伍由“操作型”向“技術(shù)型”轉(zhuǎn)化，為建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級提供了有力借鑒。

現(xiàn)場探訪

建筑工人告別日曬雨淋還節(jié)省了60%的人力

“用上造樓機，我們省了很大勁，不用再考慮搬運物料了，而且在里面干活再也不用日曬雨淋，就像在室內(nèi)干活一樣，感覺也更安全了。”近日，記者在青島黃埠嶺片區(qū)棚戶區(qū)改造項目3號樓的施工現(xiàn)場探秘造樓機時，一名建筑工人說，他在工地干了15年，這是第一次在“造樓機”里干活，感覺非常不錯。

在這里，露天的工地變成了室內(nèi)的“大棚”。“我們將傳統(tǒng)的建筑施工工序集成整合，一體化推進施工生產(chǎn)。安裝完畢后，需要附著在3-5層的墻體上，澆筑6層混凝土，養(yǎng)護12小時后，1小時頂升一層，頂升后6小時綁扎所有墻體鋼筋，60小時完成模板支撐拆運、支設(shè)，36小時完成梁、樓板鋼筋綁扎……重復(fù)該工藝步驟，5天就能蓋好一層樓，又快又好，目前已經(jīng)施工完成了3層，整體效果不錯。”陳澤鋒介紹。

陳澤鋒說，過去要完成一層樓的施工，傳統(tǒng)方式是將外圍的爬架進行“加高”，即向上再加設(shè)一層腳手架，同時拆除已建好樓層所有的鋁模板等材料，通過人工搬運或利用塔吊運往新樓層，耗時費力。運用“造樓機”后，施工所用材料和設(shè)備可實現(xiàn)自動爬升。“在施工過程中，通過天蟬自爬升系統(tǒng)，平臺1小時可頂升1層，最快能實現(xiàn)5天一層的高效建造，極大縮短了施工工期。而且相較于傳統(tǒng)施工工藝，該系統(tǒng)配備了振搗機器人、整平機器人等多重智能施工裝備，主要工序的智能裝備化率超過60%。在施工效率方面，使用“空中機器人系統(tǒng)”代替了傳統(tǒng)人工澆筑混凝土的施工方式，以前每層需要14人，現(xiàn)在只需要5人左右，大約節(jié)省了60%的人力。”全部施工機器人都可以通過統(tǒng)一的操作系統(tǒng)控制。智能裝備協(xié)同作業(yè)，打造了一種全新的群體智能建造模式。

據(jù)悉，此次搭載“天蟬”的黃埠嶺片區(qū)棚戶區(qū)改造項目，規(guī)劃建筑面積20.31萬平方米，主要建設(shè)住宅樓、服務(wù)用房、停車場等公共設(shè)施、給排水等配套設(shè)施，項目建設(shè)是響應(yīng)國家城市更新行動的重要舉措，將建成一批高品質(zhì)保障性住房，一改原有棚戶區(qū)臟亂差的局面，對改善村民居住生活環(huán)境，提升周邊配套水平及城市品質(zhì)具有重要意義。

此外，項目還以“天蟬”住宅施工機器人為核心，利用數(shù)字化技術(shù)賦能設(shè)計、生產(chǎn)、施工和驗收全過程，并應(yīng)用了抹灰、開槽、鋼筋。模板智能加工生產(chǎn)線等多種機器人和設(shè)備，形成了建造過程全場景的智能建造群體工地。

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造樓機已發(fā)展到4.0版本

早前，“空中造樓機”主要運用于300米高度以上的城市地標(biāo)性建筑。2020年7月，我國自主研發(fā)的首臺“住宅造樓機”成功應(yīng)用于重慶中建御湖壹號項目，標(biāo)志著造樓機開始走向平民化。如今，中國建筑研發(fā)的第四代“造樓機”重量從1.4噸降低到了0.5噸左右，可適用于普通的高層住宅。其豎向覆蓋5-8個結(jié)構(gòu)層，能實現(xiàn)外立面的結(jié)構(gòu)、砌體、保溫、裝飾等多工序高效立體流水化作業(yè)，大幅提升作業(yè)工效，有效提高現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境、機械化程度、智能化水平。

我國的住宅產(chǎn)業(yè)化發(fā)展起步于上世紀(jì)60年代末70年代初。從1968—1978年10年期間，中國建筑業(yè)掀起了一場全國范圍的建筑工業(yè)化運動，進入21世紀(jì)，我國的建設(shè)量和建造技術(shù)已經(jīng)有了突飛猛進的發(fā)展，建造工藝與世界水平幾乎不相上下，尤其是現(xiàn)澆混凝土的模板制造技術(shù)，工廠混凝土攪拌技術(shù)，泵送混凝土技術(shù)都達到極高的水準(zhǔn)，工業(yè)化的建造方法已經(jīng)很成熟。

2004年，“空中造樓機”及建造技術(shù)的理念開始在國內(nèi)提出。歷經(jīng)八年研發(fā)，投入經(jīng)費8000萬元，2016年空中造樓機2.0版設(shè)備面世，這在當(dāng)時是一項國內(nèi)國外都沒有的新型工業(yè)化建造技術(shù)，對探討我國建筑工業(yè)化發(fā)展路徑具有重要意義。

2023年12月29日，中建八局自主研發(fā)的“空中造樓黑科技”——尺蠖仿生式造樓機3.0“天府號”在中海天府中心項目完成首次頂升，此次頂升歷時2小時38分，造樓機爬升高度5.5米，刷新了國內(nèi)同類型工程首次成功頂升速度的新紀(jì)錄。中建八局尺蠖仿生式造樓機3.0繼承了尺蠖仿生學(xué)理念，在上一代造樓機的基礎(chǔ)上創(chuàng)新性地增加了智能設(shè)備與機器人系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)等智能化模塊，融合了傳統(tǒng)造樓機智能頂升和建筑機器人輔助施工兩大優(yōu)勢，構(gòu)建了“移動式智能造樓工廠”。該裝備覆蓋四層作業(yè)區(qū)域，可高效完成鋼結(jié)構(gòu)安裝、鋼筋綁扎、模板安裝、混凝土澆筑和養(yǎng)護等流水施工作業(yè)。

中建八局四公司自主研發(fā)的“天蟬”系統(tǒng)是在尺蠖仿生式造樓機的基礎(chǔ)上升級改造而來，屬于空中造樓機的4.0版本。中建八局四公司項目部技術(shù)經(jīng)理陳澤鋒稱，相比之前的造樓機，“天蟬”系統(tǒng)具有更智慧、更高效、更優(yōu)質(zhì)、更綠色的特點。