Kursk, Kursk, Russian Federation
Orel, Orel, Russian Federation
GRNTI 67.23 Архитектурно-строительное проектирование
BBK 385 Строительные конструкции
The use of automation and robotics is economically feasible in most industries, including construction, which remains poorly automated. One of the processes that are promising from this point of view is construction using small-piece materials. The process is proposed to be automated using mobile robotic complexes. However, this requires a detailed consideration of the technological aspects of installation of wall junctions, corners, openings and overlaps. These elements are rather difficult for mobile robotic systems, affect both the operation of the complex and the whole construction process. The article shows the approaches to the implementation of these elements when mobile robotic bricklaying systems are used.
robotics, automation, small-piece materials, masonry robots, construction technology
В то время, как автоматизация технологических процессов является неотъемлемой частью многих хозяйственных отраслей [1], использование подобных технологий в строительном деле по-прежнему незначительно. Вместе с тем, применение автоматизированных и робототехнических комплексов в строительстве видится перспективным направлением развития отрасли [2]. Однако, глубокая автоматизация строительных процессов затруднена, а в ряде случаев вовсе невозможна ввиду технологических особенностей выполнения работ.
Целесообразность применения средств автоматизации при возведении объектов из блочных материалов обоснована в [3]. Вместе с тем, рассмотренные в [4] технологические аспекты применения мобильных робототехнических комплексов позволяют выделить несколько групп факторов, непосредственно влияющих как на эффективность применения подобных программно-аппаратных средств, так и на организацию строительного производства. К этим группам относятся:
- выполнение углов и примыканий стен.
- выполнение оконных и дверных проемов.
- монтаж перекрытия на конструкции из мелкоштучных материалов.
Углы и примыкания стен – элементы, монтаж которых, рассматриваемыми комплексами является более сложным, чем исполнение линейных конструкций. В ходе устройства примыканий стен или перегородок требуется также выполнение штраб и гнезд с точностью, достаточной для сопряжения конструкций. Еще одним часто используемым приемом при выполнении кладки толщиной более 0.5 кирпича, является использование дробных частей блока при выполнении углов [5]. Необходимость же использования дробных частей блоков ведет к усложнению конструкции автоматизированных средств, что повышает их стоимость и снижает потенциальную эффективность применения [6]. В то же время, номенклатура существующих архитектурно-конструктивных решений достаточно широка и позволяет использовать варианты, приемлемые для реализации, с учетом функциональных особенностей автоматизированных комплексов [7].
На рис. 1 представлены варианты примыкания внутренних стен и перегородок к наружным стенам, а также варианты выполнения углов, которые могут быть исполнены в автоматическом режиме при кладке из мелкоштучных материалов. Особенностью представленных решений является отсутствие дробных частей материала. Это важно для упрощения конструкции робототехнического комплекса, поскольку позволяет ему работать с полностью однотипными элементами без необходимости осуществлять дробление блоков по ходу работы или хранить запас подобных элементов, заготовленных заранее.
Оконные и дверные проемы являются для автоматизированных комплексов еще более трудной задачей в сравнении с выполнением углов и примыканий стен, так как представляют собой существенные неоднородности в контексте общего массива кладки, требуют особых алгоритмов работы автоматизированного комплекса и специального подхода к технологии их обустройства [8, 9].
Предлагаемый авторами настоящей статьи вариант решения мобильного автоматизированного комплекса имеет ряд преимуществ перед стационарными устройствами и устройствами типа 3D-принтеров [10, 11] при выполнении проемов. Преимущества обеспечиваются большей мобильностью комплекса, отсутствием ограничений по траектории его движения в пределах возводимого объекта.
Стоить отметить, что указанные группы архитектурно-конструктивных элементов имеют крайне большое количество спецификаций и вариантов исполнения. Зачастую, при возведении зданий и сооружений используются не типовые решения, а индивидуальные. Поэтому при решении задачи автоматизации процесса выполнения кладки из мелкоштучных материалов необходимо создание инновационного программного обеспечения, позволяющего отказаться от сложной механической концепции комплекса, но в тоже время, обеспечивающего выполнение поставленной задачи на основе детально проработанного кладочного плана.
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 1. Варианты примыкания внутренних стен и перегородок к наружным стенам, углов кладки, выполняемых робототехническим комплексом при строительстве из блочных материалов |
|
Монтируемое на объекте перекрытие оказывает опосредованное влияние на процесс возведение кладки. Поскольку рассматриваемый автоматизированный комплекс мобилен, то единственным ограничивающим фактором при работе комплекса является площадь и конфигурация перекрытия, которые влияют на траекторию его перемещения, что в свою очередь приводит к изменению организации строительной площадке и всего процесса возведения конструкций. Также стоит отметить, что вид перекрытия (сборное или монолитное) определяет режим работы устройства. При монтаже сборного перекрытия выполнение кладки комплексом начинается сразу после укладки элементов в проектное положение. При заливке монолитного перекрытия необходимо время для набора необходимой прочности во избежание деформаций и запредельных напряжений в конструкциях. Данные аспекты регулируются при составлении календарных графиков и технологических карт на строительные процессы [12, 13].
Таким образом, помимо непосредственно разработки конструктивно-архитектурных и планировочных решений, выполняемых на стадии проекта, необходимо оценивать производство процессов, для которых требуется ручной труд, а именно: армирование конструкций, монтаж закладных деталей, перемычек, устройство слоя утеплителя и т.д. Указанные виды работ должны производиться параллельно с работой комплекса, что должно быть учтено при составлении проекта производства работ и проекта организации строительства, т.е. должен быть применен комплексный подход к строительно-монтажным работам при выполнении кладки из мелкоштучных материалов в автоматическом режиме [14, 15].
1. Promyshlennaya robotizaciya v Rossii [Elektronnyy resurs]. URL: http:// www.robogeek.ru/intervyu/promyshlennaya-robotizatsiya-v-rossii (data obrascheniya 17.05.2017).
2. Celischev O.V., Munasypov R.A. Avtomatizaciya processa kirpichnoy kladki // Sovremennye naukoemkie tehnologii. 2014. № 1. S. 56–61.
3. Malahov A.V., Shutin D.V. K obosnovaniyu effektivnosti primeneniya robotizirovannyh ustroystv dlya vypolneniya kladki iz melkoshtuchnyh materialov s uchetom tehnologicheskih i ekonomicheskih faktorov / Integracii, partnerstvo i innovacii v stroitel'noy nauke i obrazovanii: sbornik materialov mezhdunarodnoy nauchnoy konferencii // MGSU (Moskva, 16-17 noyabrya 2016); M.: Izd-vo MGSU, 2017 . S. 270–274.
4. Fedorova N.V., Malahov A.V., Shutin D.V. Tehnologicheskie aspekty primeneniya robotizirovannyh avtomaticheskih kompleksov dlya vozvedeniya ob'ektov iz melkoshtuchnyh materialov // Tehnologiya tekstil'noy promyshlennosti. 2017. №1. S. 226–232.
5. Vahnenko P.F. Kamennye i armokamennye konstrukcii. K.: Izd-vo Budivel'nik, 1978. 152 s.
6. Robot Adrian mozhet postroit' dom za dva dnya [Elektronnyy resurs]. URL: http:// www.robogeek.ru/promyshlennye-roboty/robot-adrian-mozhet-postroit-dom-za-dva-dnya (data obrascheniya 20.05.2017).
7. Bulgakov A.G., Bertram Torsten, Gorchakov V.V., Kasatkin A.V. Razrabotka mobil'nogo robota dlya tehnologicheskih processov v stroitel'stve // Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy. Severo-Kavkazskiy region. Seriya: tehnicheskie nauki. 2011. №6. S. 20–25.
8. Pat. SShA, US2009038258 (A1). Automated Brick Laying System for Constructing a Building From a Plurality of Bricks / Pivac M.J., Wood M.B. 2009. 19 s.
9. Pat. SShA, US2015082740 (A1). Brick Laying System / Lawrence P.S., Nathan P., Charles C.T. 2015. 49 s.
10. Oborudovanie dlya avtomatizirovannoy kladki kirpichnyh sten MKSK [Elektronnyy resurs]. URL: http:// a-v-a.ru / index. php / real-projects / story / kamen (data obrascheniya 22.05.2017).
11. Sozdan samyy bol'shoy v mire 3d-printer dlya stroitel'stva domov [Elektronnyy resurs]. URL: https://hi-news.ru/technology/sozdan-samyj-bolshoj-v-mire-3d-printer-dlya-stroitelstva-domov.html (data obrascheniya 22.05.2017).
12. Telichenko V.I. Tehnologiya vozvedeniya zdaniy i sooruzheniy: Ucheb. dlya stroit. vuzov. M.: Vyssh. shk., 2004. 446 s.
13. Telichenko V.I. Tehnologiya stroitel'nyh processov. Ucheb. dlya stroit. vuzov. M.: Vyssh. shk., 2005. 392 s.
14. Dobronravov S.S. Stroitel'nye mashiny i osnovy avtomatizacii: Ucheb. dlya stroit. vuzov. M.: Vyssh.shk., 2001. 575 s.
15. Emel'yanov S.G. Robotizaciya i avtomatizaciya stroitel'nyh processov. Kursk: YuZGU, 2014. 323 s.
