●2024年3月15日，中铁十一局四公司京港澳高速（湖北孝感段）改扩建项目利用该公司智慧建造研究院研制的3D打印技术摊铺沥青施工。 谭志博/摄
■ 郑传海 杜萍
从2018年在广西都安瑶族自治县贵南高铁建设一线临时组建中铁十一局四公司智慧建造研究院（以下简称“智研院”），到2020年7月在公司总部武汉东湖高新技术开发区正式挂牌成立，再到入驻光谷国家数字化设计与制造创新中心。智研院在走向正轨的3年多时间里，在咬定隧道“四化施工”不放松的基础上，把攻克智慧建造的目光瞄向智慧建造和提升行业企业新质生产力需要尽快弥补的智慧管理短板上来。
做强做优智研院
智研院自在贵南高铁项目部组建起，中铁十一局集团及四公司和贵南高铁项目部就把智研院的人才队伍建设作为第一驱动力，倾全力而推之。
他们充分利用中铁十一局四公司博士后科研工作站这个国家级科研平台，面向高校、科研院所和科研企业引进智慧建造研发人才，加速高端智慧研发人才储备，已经储备博士研究人员18人。全院4个专业科研攻关小组，围绕智慧工地系统、智能装备创新研发和智慧工程实施三大板块开展研发，到2024年2月，已累计研发智慧工地系统13项，智能工装产品12项，智能化生产线3条。尤其是在隧道“四化施工”和建筑行业企业智慧管理方面，已经跻身国内头部科研院所行列。
在引进高端人才的同时，他们加强与高校和科研院所联合，携手做大做强做优智研院。先后与清华大学、武汉大学、中南大学、中科院岩土所、中国地大等 7 所重点院校建立战略合作关系，目前，已经储备智慧工装和智慧工程科研课题11项，共同开展智慧管理系统、智能装备研发等多项智慧建造课题研究，为智研院在攻克隧道“四化施工”各种难题基础上，向着建筑行业全域化智慧建造进军，围绕建筑行业智慧建造持续健康发展打下坚实基础。
向智慧建造发力
如果说20世纪90年代在房建领域试行的装配式建筑，是建筑行业绿色发展的有益探索，智慧建造、机器换人、智能化作业则是建筑行业企业通过转型发展，向着高质量发展迈进的基本方向。
智研院首先把眼光紧盯在房屋建设装饰装修领域。
对于建筑行业来说，虽然隧道“四化施工”所需的智能化装备造价高，但是应用场景有它的特殊性。相对于房屋建筑和装饰装修领域而言，房屋建筑企业不但远比高铁、高速公司施工企业多，更重要的是市场体量十分庞大，所需的智能化机器量也很大，像地砖铺贴机器人、地坪研磨机器人、喷涂打磨一体机器人和测量机器人等智慧工装的需求量就大得多，应用市场前景十分广阔。
他们针对这一领域研制的地砖铺贴机器人、地坪研磨机器人、喷涂打磨一体机器人和测量机器人等智慧工装，投放到河北保定安置房和其他房建工程项目后，受到建设、施工、监理单位和地方政府的一致好评。如地砖铺贴机器人用于地下车库、厂房和室外地砖铺贴施工后，对工人的需求量一下子减少了七成，而且施工进度和铺贴质量都大幅提高。最主要的是这款机器人通过匹配不同形式的执行机构，可实现不同材料、不同工序的自动化施工作业。而智能喷涂机器人实现了对室内墙面、天花板、横梁等结构的底漆和面漆自动喷涂作业，且喷涂均匀，耗漆量比人工作业节省30%，喷涂作业效率提高3倍。
测量机器人是一款用于对建筑施工实测实量的机器人，采用四目3D相机，结合图像拼接、特征识别和目标测量算法，实现对建筑物高精度测量和三维重建，能够自动化生成报表，为各方提供更加客观、准确的测量结果。
2023年10月25日，在保定市大车辛庄村安置区项目举行的河北省智能建造技术交流观摩现场会上，住房和城乡建设部建筑市场监管司、施工监管处和河北省住建厅相关部门负责人等200余人，对地砖铺贴机器人、地坪研磨机器人、喷涂打磨一体机器人和测量机器人投入使用所产生的效果赞不绝口。有关专家评价说，这些小型智能机器人的投入使用，对加快房建领域智慧建造普及和助力房建企业高质量发展，将会起到积极作用。
聚焦3D技术筑路场景应用
隧道和桥梁施工是这家公司的主业，智研院对桥梁建设涉及的预制梁生产普遍存在的工艺复杂、资源利用率低、预制效率低和外观质量差等问题，更是了如指掌。他们便把目光锁定在3D技术筑路的场景应用上。
智研院专门研发了小型预制件自动化生产线和智慧梁场自动化生产线。小型预制构件自动生产线分为混凝土布料区、自动上架区、智能温控蒸养区、自动下架区、自动脱模区、机器人自动码垛区、模板回流循环区等七大区域，通过各项自动化设备及生产流程，实现自动化、智能化流水线作业，实现24小时连续自动化生产，作业效率比传统方式提高了3倍左右。
而通过采用“移动式台座+固定式整体液压侧模”生产工艺，从混凝土浇筑、自动蒸汽养护、自动喷淋养护到张拉压浆全过程实现自动化管控，实现从制梁到蒸养、张拉、压浆、凿毛，一条直线同步完成，实现了制梁工序一体化。智能蒸养（养护）可以根据环境温度，自动调节养护温度和湿度，实现自动养护。导入智慧梁场管理系统后，从计划开始，到物资采购，再到预制梁生产、质量和安全等每个环节智能化管控。相比传统的预制梁生产和管理，节省劳动力40%以上，综合机械化率达 80%，生产效率提升 30%左右。
2024年春节前后，中铁十一局四公司建设者将智研院研制的3D打印技术，应用到京港澳高速公路湖北段孝感境内的改扩建项目工程后，令人眼界大开。在施工现场，一台台大货车将水泥倒进一辆黄色摊铺机车斗里，不一会儿，水泥就“吐”出来，并被均匀熨平。智研院院长操光伟介绍，这台智能摊铺机设备，可以摊铺到12米宽，长度则可以随时调节，而路面摊铺的厚度和坡度，可以根据现场实际情况精准控制在毫米以内。
“智研院研发的这款智能摊铺机设备，集BIM场景应用、三维空间定位和自动控制3大特点于一身，既能快速、精准地计算出不同层次所需的路面建材方量，又能够通过光学定位，与设计数据对比，自主完成修偏，避免了人工测量的误差，同时还大幅减少施工人员，提高施工效率，降低了施工成本。”操光伟说。
●2023年8月17日，中铁十一局四公司智慧建造研究院研制的机器人正在京广澳高速公司湖北境内项目焊接作业。 李立伟/摄
