ALC墙板安装机器人在广东省湛江市东盛路公租房项目的应用
今天，环球房讯小毛就大家最近讨论的ALC墙板安装机器人在广东省湛江市东盛路公租房项目的应用整理了以下内容，希望能够有助于您了解ALC墙板安装机器人在广东省湛江市东盛路公租房项目的应用。
为总结推广智能建造可复制经验做法，引导各地主管部门和企业全面了解、科学选用智能建造技术产品，住房和城乡建设部于2021年组织开展了智能建造新技术新产品创新服务案例征集工作，遴选发布了自主创新数字化设计软件、部品部件智能生产线、智慧施工管理系统、建筑产业互联网平台以及建筑机器人等智能建造设备5大类124个典型案例。这些案例既生动反映了当前我国智能建造发展水平，也有力展示了未来建筑业工业化、数字化、智能化升级的广阔前景，具有较强的借鉴意义和推广价值。
为加强案例宣传推广，小编选取部分典型案例，详细介绍相关技术产品特点、创新点、应用场景、实施过程和应用成效。希望能为各地推广智能建造、推动建筑业高质量发展提供有益的参考。
中建科工集团有限公司
一、基本情况
(一)案例简介
中建科工集团有限公司研制的墙板安装机器人具备视觉识别、距离、重力等感知能力，可实现墙板安装在抓取、举升、转动、行走、对位、挤浆等全过程的自动化。该机器人能够实时提取墙板所处的位置，通过内置算法，自动调整板材的位置，实现墙板的自动安装，可以解决装配式建筑围护墙板安装现场人工劳动强度大，效率低、安装风险大等问题，也因此获得了全球设计大奖意大利A'Design Award银奖。/相比于人工安装，使用墙板安装机器人不仅可提升墙板安装的质量，保证施工安全，而且可以提高施工效率（图1）。
(二)申报单位简介
中建科工集团有限公司（以下简称“中建科工”）是中国最大的钢结构产业集团、国家高新技术企业，隶属于世界500强中国建筑股份有限公司。公司聚焦以钢结构为主体结构的工程、装备业务，为客户提供“投资、研发、设计、建造、运营体化或核心环节服务，自主研发了钢结构装配式建筑体系，目前已广泛应用于学校、医院、住宅，以及酒店、写字楼、产业园。“十四五”期间，公司将持续向建筑工业化、智能化、绿色化迈进，致力于创建“具有全球竞争力的建筑工业化科创集团”。
图1 墙板安装机器人示意图
二、案例应用场景和技术产品特点
(一)技术方案要点
在当前钢结构装配式建筑施工过程中，大量采用蒸压加气混凝土(ALC)板材进行内、外墙的安装。目前，ALC板材的搬运抓取、调整就位、挤浆拼接等安装过程均主要通过人工或建议的辅助设备来实现，存在工人劳动强度大、效率低、安装风险大等问题。基于此，中建科工提出对AC板材安装全过程的自动化实现需求，开发全自动化墙板安装机器人。
通过配置激光测距传感器、陀螺仪、避障雷达、重力传感器等技术设备，中建科工自主开发的墙板安装机器人具备视觉识别、距离、重力等感知能力，可实现ALC板材从抓取、举升、转动、行走、对位、挤浆等安装全过程的自动化。各流程操作员可通过手机或平板电脑远程控制墙板安装机器人，仅需遥控确认设备内置算法反馈输出的安装情况，保证操作过程的安全性。
中建科工先后开发了适用于5~6m长ALC板材安装的“墙板安装机器人原型机”（图2)和适用于2~4m长ALC板材安装的小型化“墙板安装机器人”（图3）。设备主要包括行
走驱动结构、举升调整结构和控制系统（图4）。
图2墙板安装机器人原型机 图2 墙板安装机器人原型机
图3 小型化墙板安装机器人
图4 墙板安装机器人各机构示意图
各功能模块具备的特点概述如下：
1.行走驱动结构。行走驱动结构设置双舵轮加双转向结构，可实现设备的前进、后退、左右横移、原地旋转、角度调整等灵活调整：设置液压站，为举升调整结构提供动力；在车体四周安装距离传感器、雷达等检测元件>防止出现撞击等安全事故。
2.举升调整结构。举升调整结构整体采用液压作为各动作的动力输出元件，采用比例阀的控制方式实现各执行动作的微动调整；通过视觉识别和板材预设的对中标记，设备可自动调整实现自动抓板；通过视觉识别和距离传感器，实时提取待安装板材与已安装墙板的位置关系，借助控制系统的算法，提取待安装板材的位置调整数据，结合各调整结构，实现板材的位置调整；通过高精度编码器，实时采集执行端的位移数据，安装位置控制精度可达±1mm;在举升架上安装长距离传感器，对地面信号进行检测，实现防止“墙板安装机器人”冲出楼层的安全管控。
3.控制系统。控制系统可采集视觉识别、各传感器数据，通过内置算法智能识别当前板材和设备的状态；通过所提取的数据，结合现场人员的操作指令，实现板材的自动抓取、立板、装板等动作：通过各传感器的反馈，设备可有效控制运行速度，确保设备的运行安全；实时记录板材的安装完成数据，实现实时数据上报。
(二)产品特点和创新点
中建科工自主开发的全自动化墙板安装机器人具有以下特点和创新点：一是底盘采用双舵轮结构，可实现机器人行走过程的灵活调整。二是通过视觉识别和距离传感器，借助控制系统算法，可实现板材的自动抓取和自动调整安装位置，并通过压力传感器，实现墙板安装的自动挤浆，最终实现墙板的自动安装，安装精度可达±1mm。三是通过内置算法，各流程均可实现远程控制。四是通过距离传感器，可有效控制机器人的运行安全。
(三)应用场景
中建科工自主开发的全自动墙板安装机器人目前主要在装配式建筑领域的住宅和学校工程项目的ALC墙板安装中应用。随着产品的迭代和功能升级，可广泛应用于学校、医院、住宅，以及酒店、写字楼、产业园等不同类型装配式建筑围护体系的轻质墙板安装，不受地域、规模、环境、资源能源等因素影响，具有可复制推广性。
三、案例实施情况
(一）案例基本信息
湛江市东盛路钢结构装配式公租房EP℃项目位于广东省湛江市赤坎区东盛路与华田路交界处，是湛江市政府投资建设的保障性公共租赁住房项目，被列为住房和城乡建设部钢结构
装配式住宅试点项目，也是湛江市重点民生工程，建成后将为青年教师、青年医生、环卫工人、公交车司机等低收入群体提供一批公共租赁住房。项目建设用地面积24885m2,总建筑面积68606m,包含2层地下室、2层商业裙房和3栋住宅塔楼（塔楼最高32层，最大建筑高度96.5m(图5),采用单层3梯10户设计，共计840套公共租赁房。
图5 湛江市东盛路公租房项目效果图
(二)应用情况
墙板安装机器人具备了自动抓板、自动举升、自动转板、自动行走、自动立板、自动对
位、自动装板、自动挤浆等功能（图6）。
图6 墙板安装机器人流程图
各流程应用过程中主要包含的设计功能概述如下：
1.板材中心线识取：在墙板安装机器人机身设置水平测距传感器，通过激光测距，机器人自动行驶至离板材合适的距离，并调整角度使夹爪与板材平行：通过视觉识别预先在板侧标记的中心线，根据反馈自动移动车身使夹爪正中于板材中心。
2.板材夹取、顶升和旋转：对中完成后，夹爪下降，通过竖直测距激光测距，使夹爪
下降至合适高度后夹紧板材；通过自动升降、变幅、旋转等一系列动作完成墙板的顶升和旋转，并保证设备同时处于行走状态。
3.遥控行走：通过平板电脑远程遥控墙板安装机器人自由行走；设备机身四周的超声波避障雷达，能确保机器人进行合理的避障。
4.自动对位装板：通过探测激光测距，借助内置的控制算法将待安装墙板与已安装墙板调整至同一平面。
5.自动挤浆：待人工完成拼缝处抹浆工作，便可通过自动挤浆功能完成墙板挤浆，其中自动挤浆功能主要是通过挤浆油缸上的压力传感器实现，保证墙板拼缝的施工质量。
6.松开脱离：待人工完成墙板与梁板的固定工序后，机器人便可以松开夹爪，侧移后再退出安装位。
各流程操作员可通过手机或平板电脑远程控制设备，仅需根据设备的内置算法反馈进行确认，检查板材所处的状态，进一步保证操作过程的安全性。项目应用过程中设备的操作界
面如图7所示。其中，为更好的展示项目应用过程中操作员远程控制的界面，图7用电视屏幕展示各流程操作界面的反馈情况。
图7 操作流程示意图
四、应用成效
(一)解决的实际问题
该机器人重点解决了目前人工安装ALC板材存在工人劳动强度大、效率低、安装风险大、安装质量受人工主观意愿影响较大等问题。ALC板材现场拼装施工过程中，需将板材运送至安装位置，与相邻板材进行位置调整，最终完成板材间的挤浆，保证板材间的连接可靠，确保整片墙板的平整度和拼接质量。当前AIC板材现场施工中，ALC板材的搬运、调整和挤浆等安装工序均采用人工或辅助简易安装设备来实现。特别是对于尺寸较大的ALC板材，一般需要多人共同完成安装（图8），且对于外墙板的安装需要外架配合，存在较大的安全隐患。为解决上述施工存在的问题，中建科工自主开发的墙板安装机器人可实现板材安装全过程的自动化操作，且每个班组仅需2人，在保证墙板安装质量和施工安全的同时，可大幅提升墙板现场安装的工效水平（图8）。
图8 人工安装与自动化墙板安装机器人安装墙板对比
(二)应用效果
相比于人工安装，采用墙板安装机器人进行ALC墙板安装，可大幅减少人工，提升安装质量。项目应用过程中，对于长度超过3500mm、厚度超过150mm的ALC条板，一般需要5~7个工人同时安装，各班组将条板运送至现场并完成初步定位所需时间一般约5分钟，对位完成后工人需采用撬棍等工具将板材调平，确保板材安装的平整度，调平时间需要3-8分钟。相比于人工安装，采用墙板安装机器人从抓板至装板并完成挤浆等全过程仅需2个工人即可完成操作，其中1人负责远程操作控制，1人负责连接件安装、抹浆等工作，安装时间约3-5分钟，但采用墙板安装机器人安装的条板其平整度相比于人工安装有可靠保证，后期仅需微调即可保证墙板的平整度，微调时间约为1-2分钟（表1）。
对于板长3000mm左右的ALC条板，虽然现场安装工人各班组为3人左右，但墙板就位后的调平时间受工人技术影响较大，调平时间需要3~8分钟甚至更长时间；若墙板用于外墙安装时，工人需到墙板外侧的外架上进行辅助安装工作，存在较大的安全隐患。因此采用墙板安装机器人进行ALC板外墙安装，可解决墙板安装过程中的安全问题，节约墙板的安装时间。
可见，相比于人工安装，采用墙板安装机器人进行ALC条板安装，可在保证墙板安装质量、施工安全的同时，大幅提高墙板安装的工时工效水平，具体提高幅度与所安装板材的长度、厚度等有关，经现场测算，提高水平可达50%~200%。
(三)应用价值
近年来，ALC墙板被广泛应用于装配式建筑中，例如2021年中建科工ALC墙板工程招标采购量达到46.57万m3,安装的墙板面积约51(.44万m2。目前，ALC墙板工程安装的招标采购价约为145元/m2,其中人工安装的劳务费为60元/人/m2。相比于传统人工安装，采用本项目开发的自动化墙板安装机器人，每个班组仅需2人即可完成墙板安装，大幅降低人工费用，且安装时间也有效降低，预计节省人工费用至少50%，即每平方米ALC板材安装预计可节省约30元。对于中建科工而言，使用墙板安装机器人每年可节约15523.2万元人工安装费用，经济效益显著。
执笔人：
中建科工集团有限公司许航、陈杰、余运波、冷瀚宇、宋子烨)
审核专家：
袁烽（同济大棠，建筑与城市规划学院副院长、教授）
宋晓刚（中国机械工业联合会，执行副会长、教授级高级工程师）