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国产机器人世博建功 拼焊阳光谷一万多节点

2010年06月22日14:44中国经济周刊宋雪莲我要评论(0)
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沿上海世博园世博轴,纵列着6座巨型漏斗状的阳光谷。这些大悬挑、不规则而造型优美的钢结构建筑,每一个都有十几层楼高,顶部直径最大的90米,有足球场大,而底部直径最大的20米,仅有篮球场大小。

记者站在世博轴仰望阳光谷,不禁疑问,“如此大的跨度,下面又没有支撑,会垮下来吗?会被台风吹倒吗?”

“从阳光谷下面走过的游人完全不必担心安全问题,连接阳光谷整个钢结构的关键节点都是由机器人制作完成的,采用全数字化、自动化的生产工艺,确保阳光谷的建设符合设计的安全标准。” 参与了阳光谷建设的天津大学机械学院副教授梅江平告诉《中国经济周刊》。

参加阳光谷建设的机器人,全名为“多杆汇交瓣式网壳节点加工机器人成套装备与示范工程”,是国家863重点科研开发项目,由天津大学、江苏省江阴纳尔捷机器人有限公司(下称“纳尔捷公司”)、上海建工集团子公司上海机械施工有限公司合作承担。“这是我国首次将机器人技术应用于钢结构网壳节点加工。”纳尔捷公司副总经理陶勤良向记者透露。

此前,北京石油化工学院装备技术研究所自行研发的焊接机器人曾在“鸟巢”工程现场顺利完成次结构实焊操作。

随着城市发展,高层建筑、钢结构建筑、社会公共建筑,特别是国家大型工程对施工的质量、效益和环境的要求越来越高,传统的人工施工已不能满足要求。“随着阳光谷的建成,今后,将会有更多的多功能机器人向建筑领域渗透。”梅江平说。

阳光谷曾让世博局“骑虎难下”

也许游客不知道,这些在白天采纳阳光、雨天收集雨水、夜晚幻变出炫目色彩的阳光谷,曾在设计到施工的近2年多时间里让世博局几次骑虎难下。

看起来“头重脚轻”的阳光谷是继鸟巢以来在中国建筑史上另一个具有标志意义的建筑。这类建筑有一个共同特点:节点繁多,建筑外形可随建筑物整体曲面的变化而变化,可构建各种新颖美观的空间曲面建筑造型。

“阳光谷”,顾名思义,是一个巨型的阳光采纳器,自然光通过它倾泻入地,可满足地下空间的采光要求。同时,阳光谷还引入了许多生态、节能、环保的技术,它像一只巨大的喇叭,联结世博轴两侧的草坡,可以把绿色、新鲜空气都引入各层空间。它还可以作为漏斗来收集雨水,经过层层过滤,不仅可以自用,还用于周围其他场馆的灌溉与清洁。而地源热泵和江水源热泵则可以为世博会提供高效节能空调系统。于是,当德国SBA公司提出这个设计建议时,获得了业界一致好评。

“阳光谷的造型和体量在世界上恐怕也找不出第二个来,但造型来自于功能,尽管很多人关注造型。”德国SBA公司项目主管建筑师、世博轴主创设计师之一李宏告诉记者。

但是,6个阳光谷钢结构总重达3035吨,每个阳光谷由1700个单元构建而成。如此大的工程,其制作精度大大超出中国现有的建筑规范。而要把2000平方米一块的巨大索膜结构安装到位,更是在国际施工史上没有记录。

因为对建筑精度的要求高,具备世界级难度,德国厂家不断提高工程的报价,最后提到了6.7亿元。“德国人的理由是,中国绝对做不出高质量的阳光谷。”梅江平说。

德国的报价远超世博局的设想,让世博局打起了退堂鼓。

让机器人参建阳光谷

“阳光谷最大的特点就是节点多且几乎各异,每个节点的径向误差要求小于2毫米,角度误差要求小于0.1度。”梅江平告诉《中国经济周刊》,现在游客看到的阳光谷上的交织点就是建筑上所说的“钢节点”,每个钢节点都向不同方向延伸出4~8根6米左右的钢杆,拼接成一个个大小各异的三角形曲面,最终编织成网壳。节点总数达1万多个,规格有五六千种。“这已经远远超出了建筑的概念,而类似于工厂做机械了,我们称之为'精细钢结构建筑’。”

如果采用传统的拼焊工艺,1万多个节点都由钢板焊接而成,信息管理难度大,制作成本高,效率低,安全性也受到影响。“如果1个节点的精度差之毫厘,阳光谷的远端就会失之千里。似乎也只有德国人可以精准无误地将节点制作出来。”梅江平回忆当时的情景。

不过,鉴于德国厂家高昂的报价,2008年开始,世博局在国内寻找了几家企业,其中包括曾参与鸟巢建设的企业,进行节点制作攻关预演,如果不行就取消阳光谷。不过,因为“制作成本高、施工周期和质量很难控制”,这些企业的预演都没能让人完全满意。后来,在上海建工集团副总工程师吴欣之的引荐下,世博局领导考察了纳尔捷公司,偶然看到该公司用机器人制作的千吨级火炬塔,他们突发奇想,能否让机器人做节点?

“后来,世博局要求我们承接阳光谷建设,在完成最大的1个阳光谷之后,我们自觉企业太小,又不能耽误工程进度,最终撤出了阳光谷的整体建造,改为提供技术,仅为阳光谷制作节点。可以说,阳光谷上三分之二的节点都是我们做的。”陶勤良说。为此,还有德国公司还找到他们,希望将建筑机器人技术拿到国外去。

事实上,与国内建筑机器人领域基本为空白相比,在美日等发达国家,相关研究早已开始,而且已经趋于成熟。比如,美国卡内基·梅隆大学、麻省理工学院等院校一直在研制管道挖掘和埋设机器人、内墙安装机器人等,并已取得了一批科研成果。日本的建筑机器人开发数量最多,到目前为止已开发出20多种建筑机器人,如高层建筑抹灰机器人、地面磨光机器人、铺瓷砖机器人、爬墙机器人、混凝土浇灌用机器人等。

随着国内自主创新建筑机器人在世博会标志性建筑中的应用,一个建筑机器人行业有望随之兴起。据梅江平介绍,由天津大学起草的《建筑机器人立项建议书》已完成并提交住建部。上海机械施工有限公司副总工程师陈晓明则告诉记者,“我们已准备将机器人用于沪上第一摩天楼'上海中心’的建设。”

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