住建部发布 | 智能建造典型案例（十九）混凝土抗压强度智能检测机器人在北京地铁12号线东坝车辆段建设项目中的应用
小编语：近日住建部发布了智能建造新技术新产品创新服务典型案例，为推广智能建造可复制经验做法，我们将陆续对其中涉及到施工安全的案例进行推送，敬请关注
住房和城乡建设部办公厅关于发布
智能建造新技术新产品创新服务
典型案例（第一批）的通知
各省、自治区住房和城乡建设厅，直辖市住房和城乡建设（管）委，北京市规划和自然资源委，新疆生产建设兵团住房和城乡建设局：
按照《住房和城乡建设部等部门关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》（建市〔2020〕60号）要求，为总结推广智能建造可复制经验做法，指导各地住房和城乡建设主管部门和企业全面了解、科学选用智能建造技术和产品，经企业申报、地方推荐、专家评审，确定124个案例为第一批智能建造新技术新产品创新服务典型案例（案例集可在住房和城乡建设部门户网站上查询）。现予以发布，请结合实际学习借鉴。
住房和城乡建设部办公厅
2021年11月22日
（此件主动公开）
混凝土抗压强度智能检测机器人在北京地铁12号线东坝车辆段建设项目中的应用 北京建筑材料检验研究院有限公司 北京华建星链科技有限公司 无锡东仪制造科技有限公司
一、基本情况
（一）案例简介
北京地铁12号线东坝车辆段建设项目为北京市政府大型重点工程，体量大、任务重、工期紧，工程预计应用的预拌混凝土达170万方，浇筑施工工期密集且对混凝土的质量性能要求很高，工程预计送检混凝土样品60000余组，峰值检测数量可达500余组/天。特别是混凝土抗压强度检测工作强度大、操作过程单调、重复性强，需要投入固定人力成本，属于劳动密集型试验项目，并存在人为干扰因素大、效率低下等问题。案例通过应用混凝土抗压强度智能检测机器人，代替传统由人工完成的混凝土抗压试验项目，实现检测样品的自动抓取、自动识别、自动检测和判定结果、残渣自动清理、试验过程视频自动留存、检毕样品自动分拣等功能，整个试验过程均由机器人完成，全过程可视化监管，有效提升混凝土抗压强度检测的效率及标准化和规范化，为北京地铁12号线东坝车辆段建设项目提供了更为高效、科学、公正的检测数据支撑。
（二）申报单位简介
北京建筑材料检验研究院有限公司拥有六个国家及行业检验中心，服务领域包括建材制造、建设工程、建筑节能、环境保护、环境监测、研究开发等，拥有多项国家级检验检测认证资质，主持编制国家、行业标准百余项，与多家国外检测认证机构实现国际互认，质量检测、认证范围涉及百余类上千种产品，业务范围覆盖全国以及全球多个国家和地区。公司近年来致力于探索智能检测模式，先后建设或研发混凝土抗压强度智能检测机器人、双工位锁具寿命试验机、六工位执手锁具试验机、建筑抗震支吊架循环加载测试设备等智能自动化程度高的设备。
北京华建星链科技有限公司基于自组网、意图物联网、边缘计算等技术，向施工企业提供基于意图物联网的智慧建造方案。公司致力于研发智能化的建筑工程材料检测设备控制系统，以人工智能代替传统人工完成的重复性、高工作强度的检测工作，降低各检测机构人工成本，提升检验效率。
无锡东仪制造科技有限公司是材料试验机以及各类环境性能测试仪器的制造厂商，拥有欧美工业设计标准体系和日本供应管理体系。公司下设电拉产品、液压产品、专机产品和动态疲劳产品4条产品线，为用户提供全系列的电子万能试验机、全系列的电液伺服试验机和全系列的冲击试验机等产品服务。
二、案例应用场景和技术产品特点
（一）案例应用场景
混凝土抗压强度智能检测机器人主要应用于工程建设过程中混凝土抗压强度检测，适用于不同规格尺寸的混凝土立方体试块。该产品采用模块化设计，做到易分、易合、易运维，后期可随时替换升级新型模组。应对系统偶发性故障时，试验采集系统可分离运行，保障生产。该设备占地面积仅10平方米左右，体积小，安装部署无需固定在地面，方便移动，同时环保节能，符合国家检测标准及监管要求，可应用于常规固定的检测实验室，也可用于市政、公路等移动实验室。
（二）技术经济指标
1.降本增效。系统可实现混凝土试件的自动抓取、识别、摆放及自动检测，试验全过程无需人工干预。系统可无人值守，持续24小时（h）运行，减少人工、提高生产率。相对于传统的检测模式，在同等检测样品量的情况下，可节约2个人工。
2.规范严谨、存证追溯。试验过程严格依据标准规范、试验结果自动评定，无任何人为干预因素，实现检测结果的规范、科学、公正。依据相关检毕样品的留置要求，可对试验完毕后的合格试件和不合格试件的自动分区留样，便于各方工程责任主体的质量追溯。整个试验过程全程视频监控并自动存储，便于试验过程的管理追踪及各方责任主体的质量追溯。
3.节能环保。系统对试验过程产生的混凝土残渣可实现自动清理，确保试验环境干净与整洁。系统标准功率能耗为7.7kW（千瓦）（压力机能耗为0.75kW（千瓦）*3，机械臂能耗为5.45kW（千瓦）），设计过程采用了伺服节能减控制系统，平日能耗只占用最高标注能耗的百分之五十，实际运行能耗约为3.85kW/h（千瓦时）。
（三）创新点
1.降低劳动强度、改善工作环境
混凝土抗压检测试验所检验的混凝土样品，是由施工现场取样的混凝土经养护、凝固后制成不同规格的砌块，试块根据强度及规格不同，重达数公斤。传统的检测方式，是由人工搬运至检测设备上，手动开启检测设备进行抗压性能检测，检测完毕后再由人工将检验完成的试块搬卸至废料区，并手动清扫检测设备上的混凝土残渣后开启下一块样品的检测工作。地铁12号线东坝车辆段试块样品量大，峰值达到500组/天(d)，检测人员劳动强度大。
混凝土抗压强度智能检测机器人投产后，由自动化上料系统替代了传统的人工上料工作，上料系统由6轴高精度智能机械臂配套混凝土试件专用机械抓手组成，智能机械抓手采用隐藏式设计，集成多个超薄光电感应传感器，自动识别试件堆放位置。机器人成功抓取试件后完成上料，待压力机完成试验后再拿出试件，同时对试验残渣进行自动清理，循环运行（如图1所示）。投入运行后，改善了工作环境，提高了检测效率，大大缓解检测压力。
图1 智能化的检测模式现场
2.试件身份自动识别
传统混凝土试件标识方式，是在试件取回来后，由试验人员采用毛笔涂写方式，对试件进行逐一标识，标识及读取方式不便，地铁12号线东坝车辆段工程单体多，试件编号相似度高，且容易出错，混凝土抗压强度智能检测机器人投产后，可通过业务系统通过配套的二维码条码打印设备，自动打印出具备三防性能的二维码贴纸，由检测人员直接张贴至混凝土试块上（如图2所示），杜绝由于人为误操作导致的问题发生。
同时机器人配置高速扫码识别系统，机械臂抓取试件后，会自动对试件编码进行扫描识别，系统识别后会根据试件的强度等级，按照相关标准规范要求自动切换试验速率、自动加荷并完成检验。
3.自动采集与评定
通过混凝土抗压强度智能检测机器人的应用，试验采集全过程无人为干预，依据标准规范及地方性管理要求进行自动采集、自动判定，不合格数据自动预警，充分提升建筑材料检测数据的公正性和科学性。
4.检毕样品自动分拣、分类留置
混凝土抗压强度智能检测机器人可根据试验最终结论的合格情况，完成对检毕样品的自动分拣和码放，合格样品及不合格样品分类留存，满足混凝土抗压强度试验的样品留置要求。地铁12号线东坝车辆段要求不合格样品要留样30天（d），采用智能设备，可自动区分不合格样品，免去人为挑选的麻烦，为质量问题的溯源和排查，提供判定依据。
5.残渣自动清理
混凝土试件检验结束后，由于混凝土试件在检验过程中会出现碎渣及粉尘掉落在试验平台上，不及时清理会影响下一块试块的检验结果，传统检测方式是由人工通过刮板和扫帚对设备试验台面进行清理，清扫过程中会产生大量粉尘，且洁净程度完全由人为操作决定。混凝土抗压强度智能检测机器人配备试验残渣自动清理装置和防尘罩，实现试验残渣的全自动清扫和传送（如图3所示），既避免受压台面残留的残渣造成下一试件的检测数据失准，也保证了现场试验环境的干净整洁。
图3 残渣自动清理装置
6.检测过程、视频追溯
混凝土抗压强度智能检测机器人配备视频监控设备（如图4所示），检测过程的影像资料可完整留存，为检测过程的溯源提供数据支持。
图4 试验过程视频监控
该设备从方案制定到设计研发，试运行不仅严格按照规范要求进行设计，同时考虑了布局的合理性及人性化操作模式，充分符合大多数检测机构收样习惯，最大程度上契合原有工作流程。模块化的设计让整体布局更经济，适应一、二线城市等空间成本极高的地区，无需基础施工和装修，仅占地10平方米（m2），且和AGV自动化物流可以无缝连接，实现养护与送样同步智能化高效运行，各模块可自由组合，便于技术推广，相比于桁架式的机械抓手有着较为明显的优势，可实现全过程自动化并实现试验检毕留样存放。
三、案例实施情况
（一）实施情况
北京地铁12号线横跨海淀、西城、东城、朝阳四区，是一条贯穿中心城东西方向的地铁干线，其中北京地铁12号线工程土建施工25合同段（东坝车辆段）是目前北京轨道交通一体化综合利用规模最大的地铁项目。项目位于东坝北区北小河西侧地块内，为3号线与12号线共址架修车辆段，设置综合楼、食宿楼、运用库、联合检修库、物资总库、备品备件库、材料棚、工程车库等18个单体工程（如图5所示），占地面积65公顷，建筑面积63.4万平米，为北京市政府重点工程。
图5 北京地铁12号线工程土建施工25合同段（东坝车辆段）规划平面图
该项目的建设单位为北京轨道交通建设管理有限公司，总承包单位为北京城建道桥建设集团有限公司，见证取样检测单位为北京建筑材料检验研究院有限公司。2020年4月开工以来，作为3号线一期、12号线共址建设上盖开发综合利用的车辆段，东坝车辆段工程一直被社会各界高度关注。该项目的主材计划量约为：钢筋17万吨、砼170万立方米、水泥5.3万吨。土建主体结构计划2021年12月31日完成，计划2022年12月28日初期投入运营。
作为北京市政府大型重点工程，体量大、任务重、工期紧，见证取样检测的样品量种类繁多，数量大，特别是对混凝土抗压强度试验结果的准确性、及时性、公正性有了更高的要求。抗压强度是混凝土最为重要的指标，北京地铁12号线工程土建施工25合同段（东坝车辆段）预计送检60000组，峰值可达500组/天（d）。这个数量对于实验室来说压力很大，只能通过加班加点来完成混凝土抗压的检测（如图6所示），有时候检测数据要到晚上11点多才能通知委托方，无法满足项目的高标准、高效率建设需求。
图6 加班加点完成样品检测，高成本低效率
为了满足建设项目的需求，提供高质量的检测服务，更好的服务于北京轨道交通建设，北京建筑材料检验研究院有限公司联合北京华建星链科技有限公司、无锡东仪制造科技有限公司，从自身技术优势和实际需求出发，利用人工智能技术赋能传统检测方法，以求解决自身发展与生产力不匹配问题，完成了混凝土抗压强度智能检测机器人的研发并投入使用，率先应用于北京地铁12号线工程东坝车辆段项目（如图7所示）的施工建设。
图7 北京地铁12号线工程土建施工25合同段（东坝车辆段）施工现场
混凝土抗压强度智能检测机器人采用模块化设计，由自动上料模组、自动检测模组和试件运载设备等几部分组成（如图8所示），其主要零部件均实现了国产化，可实现无人值守自助开展混凝土抗压强度试验。
图8 设备现场部署环境及结构图
（二）解决主要问题
1.该项目试块样品量大，通过应用智能检测机器人满足了项目检测时效性的需求。该设备将原本人工开展的技术难度低、工作强度高、重复性强的混凝土抗压强度检测工作转化为智能设备自动化检测，有效的优化项目组的人员配置，将技术人员投入到更高技术层面的工作上，实时对检测结果进行分析，第一时间通知到项目部，确保施工工期。
2.项目作为北京市政府的重点工程，容不得有半点失误，通过应用智能检测机器人解决了传统混凝土抗压强度检测工作由于人员操作不规范导致检测结果出现偏差的问题。通过智能设备的应用，所有检测操作的开展完全按照国家和行业标准进行，无人工干预，试验过程与试验数据客观公正，全面提升检测过程标准化，符合项目的检测需求。
3.解决了混凝土试块检测时可能危害到检测人员人身安全和身体健康的问题。传统人工对混凝土试块开展抗压检测时，由于试块碎裂，手动清扫碎渣时产生大量粉尘污染工作环境。同时，高强度的混凝土试块检测时有一定几率会产生崩裂现象，将危害到检测人员的人身安全和身体健康。混凝土抗压强度智能检测机器人的引用，通过自动化检测、残渣清扫除尘和安全防护罩，避免发生该类问题。
四、应用成效
混凝土抗压强度智能检测机器人已为地铁12号线土建工程施工25合同段（东坝车辆段）项目完成混凝土试块抗压检测13000余组，峰值每日检验量240余组，检测效率由原来的人工平均10组/小时（h）提升到了平均26组/小时（h），大大提高了检测效率，释放了检测人员压力，实现了专人跟踪该项目检测进度，实现检测结果实时通知，跟进项目的施工进度，提供第一手检测数据，为轨道交通工程建设保驾护航。整个试验过程均由机器人完成，全过程可视化监管，实现了混凝土抗压强度检测的标准化和规范化，检测数据高效、科学、准确，获得了地铁12号线东坝车辆段项目参建各方的认可。
执笔人：
北京建筑材料检验研究院有限公司（王璇熙、王光耀、刘建奇）
北京华建星链科技有限公司（高亚菲）
无锡东仪制造科技有限公司（王曦）
审核专家：
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）
袁烽（同济大学建筑与城市规划学院副院长、教授）
2020年3月建筑机器人--技术、工艺与方法
定价：160 元 折扣价：155元 出版时间：2020.3
中国建筑工业出版社
作为建筑智能建造的核心环节，建筑机器人建造技术向远高于平均值的制造业生产力水平学习，将航天与汽车工业的先进制造技术运用于建筑产业。作为一种多自由度、高精度、高效率的数字化设计与建造工具，一方面，建筑机器人超越了传统工艺的加工局限，可以更高效完成大批量建筑构件的定制加工生产；另一方面，机器人能够突破臂展和负重的限制，突破人工作业所无法达到的极限值，从而完成大型或复杂的多尺度、多功能的建造任务。建筑机器人在解放大量生产力的同时大大强化了工程建设质量。通过研发建筑机器人智能建造装备及创新工艺，应对建筑预制建造与现场施工过程中的粗放式生产问题，建筑机器人逐渐成为实现建筑产业绿色、高效、定制化发展的必然选择。
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