CC BY
23Организация
строительного производства
------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Научно-технический и производственный журнал
УДК 624.05
С.А. СЫЧЕВ, канд. техн. наук (sasychev@ya.ru)
Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет (190005, г. Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., 4)
Структурно-функциональная схема автоматизации высокоскоростного монтажа зданий из модулей повышенной заводской готовности
Ни уровень технологической оснастки, ни методы контроля положения конструкции в пространстве не отвечают возрастающим требованиям производства. Разрешение возникающих проблем возможно только при комплексной автоматизации процесса монтажа строительных конструкций, и в первую очередь операций, связанных с предварительной установкой и выверкой строительных конструкций. В общем случае автоматизированная система управления технологическим процессом обеспечивает автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления объектом в соответствии с принятым критерием, и реализацию управляющих воздействий на технологический процесс возведения зданий из модульных систем. Объект управления представляет собой совокупность технологического оборудования и реализованного на его основе по соответствующим алгоритмам и регламентам технологического процесса монтажа модулей. Системы, встраиваемые в блоки непосредственного взаимодействия с оператором, должны содержать лазеры с длиной волны излучения в видимом диапазоне. При этом обеспечиваются оптимальные условия для анализа текущего состояния монтажа, осуществляется минимизация номенклатуры задействованной аппаратуры информационно-измерительной системы.
Ключевые слова: быстрая сборка, унифицированные модульные конструкции, предварительно изготовленные на заводе; быстровозводимые модульные здания, высокая скорость строительства.
S.A. SYCHEV, Candidate of Sciences (Engineering), (sasychev@ya.ru) Saint-Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering (4, 2nd Krasnoarmeiskaya Street, 190005, St. Petersburg, Russian Federation)
Structural-Functional Scheme of Automation of High-Speed Installation of Buildings of Increased Prefabrication Modules
Neither the level of technological equipment, nor methods for controlling the position of design in space meet the growing demands of production. The resolution of emerging problems is only possible with an integrated automation of process of installation of building structures and, first of all, operations associated with pre-installation and alignment of building structures. In general, the automated control system of technological process provides automated collection and processing of information necessary to optimize the management of an object in accordance with the adopted criteria, and implementation of control actions on the process of construction of buildings of modular systems. The control object is a set of technological equipment and the technological process of mounting modules implemented on the basis of appropriate algorithms and regulations. Systems, built-in blocks of direct interaction with the operator, must contain lasers with emission wavelength in the visible range. It provides optimal conditions for the analysis of current state of installation, minimization of the nomenclature of used measuring and information system equipment is realized.
Keywords: quick assembly, unified modular constructions, prefabricated in the factory, prefabricated modular buildings, high speed of construction.
Внедрение интенсивных технологий на базе передовой техники, роботов, прогрессивных технологических процессов и гибких технологий производства монтажных работ позволяет создавать принципиально новые ресурсо-энер-госберегающие, безотходные, малооперационные эффективные технологии.
Актуальность рассматриваемых вопросов подчеркивается наличием серьезных недостатков в строительстве зданий из модулей, связанных с незавершенной проработкой индустриальных методов и способов монтажа модулей, отсутствием на стройках перспективных средств механизации и автоматизации монтажа модулей [1-11].
Наиболее трудоемким этапом в процессе монтажа строительных конструкций является процесс предварительной установки и выверки строительных конструкций. Ни уровень технологической оснастки, ни методы контроля положения конструкции в пространстве не отвечают возрастающим требованиям производства. Разрешение возникающих
4о| -
проблем возможно только при комплексной автоматизации и роботизации процесса монтажа модульных конструкций.
В общем случае автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП) обеспечивает автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления объектом в соответствии с принятым критерием, и реализацию управляющих воздействий на технологический процесс. Объект управления представляет собой совокупность технологического оборудования и реализованного на его основе по соответствующим алгоритмам и регламентам технологического процесса монтажа объемных модулей.
В управляемом технологическом процессе выделяют информационные потоки, характеризуемые следующими группами параметров:
1. Измеряемые параметры Х=(Х1, Х2 ... Хп), к которым относятся измеряемые, но неуправляемые параметры, зависящие от внешних факторов; выходные параметры,
^^^^^^^^^^^^^ |5'2016
Научно-технический и производственный журнал
Organization of construction works
Рис. 1. Структурно-функциональная схема автоматизации монтажа сборных строительных конструкций
1
по которым непосредственно или опосредованно определяют эффективность производственного процесса или ограничения, наложенные на условия его протекания.
2. Управляемые параметры Y=(Y1, Y2 ... Yn), которые могут изменяться под действием исполнительных устройств и т. д.
3. Неизмеряемые и неуправляемые параметры Р=(Р1, Р2 ... Рп), изменяющиеся со временем характеристики технологического оборудования, характеристики сырья и т. д.
При монтаже сборных строительных конструкций монтажный кран применяется в операциях транспортирования конструкции к месту монтажа, предварительной установки и выверки конструкции. В процессе монтажа сборные конструкции, перемещенные грузозахватными механизмами, не всегда находятся в смежных вертикальной и горизонтальной плоскостях, так как длина строп неодинакова, а конструкции имеют технологические погрешности изготовления. Это затрудняет установку конструкции в проектное положение.
Операции, связанные с предварительной установкой, выверкой элементов и установкой монтируемой конструкции, осуществляются звеном монтажников вручную. Это объясняется тем, что конструкции кранов, предназначенных для массового производства, предназначены лишь для выполнения подъемно-транспортных операций. Ни один из них не приспособлен для выполнения операций, связанных с выверкой и установкой конструкций в проектное положение. Для устранения указанных недостатков возможно приме-
Рис. 2. Блок-схема пооперационной работы автоматизированной системы монтажа сборных строительных конструкций (начало)
5'2016
41
Организация
строительного производства
------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Научно-технический и производственный журнал
Рис. 2. Блок-схема пооперационной работы автоматизированной системы монтажа сборных строительных конструкций (окончание)
нение системы автоматизации технологического процесса монтажа сборных строительных конструкций, структурно-функциональная схема которой представлена на рис. 1.
Кран-манипулятор обеспечивает в автоматизированном режиме подачу элемента к месту монтажа, приемку элемента и наведение системы к месту монтажа, а также установку конструкции в монтажную платформу.
Монтажная платформа используется в операциях, связанных с выверкой и установкой конструкции в проектное положение, и представляет собой дистанционно управляемый, пространственный адаптивный фиксатор без остаточной жесткой связи с конструкцией. Монтажная платформа, а также кран-манипулятор оснащаются специальными механизмами, обеспечивающими ориентацию объекта в пространстве в соответствии с заданными траекториями. Это обеспечивает повышенную маневренность системы, а также позволяет сглаживать погрешности монтажа, связанные с отклонениями в изготовлении конструкционных элементов.
Применение подобной системы по месту монтажа исключает необходимость ручной коррекции положения объекта в пространстве.
Пооперационная структурно-функциональная схема управления системой «кран-манипулятор - монтажная платформа» представлена на рис. 2. В начале монтажа осуществляется ввод данных, определяемых номенклатурой параметров при установке конструкций в проектное поло-
жение. На следующем этапе определяется соответствие внешних условий (ветровой нагрузки, метеорологической дальности видимости и т. п.) требованиям монтажа. Информация с первичных измерительных преобразователей поступает в банк данных оценки ситуаций.
Сравнение текущей обстановки на соответствие штатным состояниям обеспечивает три исхода дальнейшего функционирования системы: система работоспособна, перевод системы в ручной режим работы, останов системы.
Далее осуществляется диагностирование крана-манипулятора и монтажной платформы. В случае получения подтверждения готовности от исполнительных устройств манипулятор крана стропует конструкцию, после чего проверяется грузозахватный механизм в нагруженном состоянии. Если система подтвердила свою работоспособность, то по команде с пульта управления выполняется операция транспортирования груза к месту монтажа. Как только система оказывается в пределах зоны монтажа, осуществляется коррекция параметров системы. Это необходимо для функционирования системы при повышении требований к позиционированию груза.
Следующим шагом является установка строительного элемента в монтажную платформу. При этом осуществляется последовательное приближение к месту монтажа, центровка и выравнивание объекта манипулирования относительно направляющих платформы. После этого груз устанавливается в монтажной платформе.
42
52016
Научно-технический и производственный журнал
Organization of construction works
Затем кран по сигналу с блока управления отсоединяет груз, установленный в манипуляторе грузозахватного устройства. Как только кран выходит из зоны монтажа, платформа, подтверждая готовность к монтажу и получив сигнал с блока управления, осуществляет операции, связанные с установкой элемента строительной конструкции в проектное положение.
После завершения пространственных манипуляций с грузом, при обеспечении надежного крепления устанавливаемого элемента относительно ранее собранной части сооружения, осуществляется расстроповка конструкции. При этом зажимной центрирующий механизм освобождает объект, установленный в монтажную платформу. Исключив механическую связь между манипулятором и смонтированным элементом, монтажная платформа перемещается на новую станцию. Монтаж конструкции завершен.
Применение описанной системы позволяет использовать кран-манипулятор для одновременной работы с несколькими монтажными платформами.
Применение системы «кран-манипулятор - монтажная платформа» обеспечивает в автоматизированном режиме установку конструкций в проектное положение. При этом значительно снижается трудоемкость и доля ручного труда, приведенная к единице произведенной продукции. Выводы.
Разработка системы монтажа сборных строительных конструкций связана с созданием механизмов, обеспечивающих требуемую ориентацию объектов в пространстве. Для этих целей используются как исполнительные устройства с открытой кинематической схемой, так и системы замкнутого типа. Системы с открытой кинематической схемой имеют высокую маневренность, но обладают малой жесткостью, поэтому могут быть использованы только при монтаже легких строительных конструкций.
Системы платформенного типа, обладающие большой жесткостью и грузоподъемностью, являются перспективными для создания оборудования монтажа строительных конструкций различной грузоподъемности. Методика синтеза механизмов ориентации строительных систем отработана и позволяет создавать манипуляторы различной маневренности. В исполнительных устройствах автоматизированных систем позиционирования строительных конструкций следует использовать электрические и гидравлические приводы. Электрические приводы могут использоваться при создании грузоподъемных систем, обладающих малым весом. Во всех прочих случаях следует использовать гидроприводы. Пневмоприводы ввиду своих тактико-технических параметров использоваться в системах позиционирования строительных конструкций не могут.
Список литературы
1. Афанасьев А.А. Технология возведения полносборных зданий. М.: АСВ, 2000. 287 с.
2. Афанасьев А.В., Афанасьев В.А. Организация строительства быстровозводимых зданий и сооружений. Быстровозводимые и мобильные здания и сооружения: перспективы использования в современных условиях. СПб.: Стройиздат, 1998. С. 226-230.
3. Верстов В.В., Бадьин Г.М. Особенности проектирования и строительства зданий и сооружений в Санкт-Петербурге // Вестник гражданских инженеров. 2010. № 1 (22). С. 96-105.
52016 ^^^^^^^^^^^^^
4. Николаев С.В. СПКД - система строительства жилья для будущих поколений // Жилищное строительство. 2013. № 1. С. 7-15.
5. Тихомиров Б.И., Коршунов А.Н., Шакиров Р.А. Универсальная система крупнопанельного домостроения с многовариантными планировками квартир и их разнообразными сочетаниями в базовой конструкции блок-секции // Жилищное строительство. 2012. № 4. С. 13-20.
6. Сычев С.А. Моделирование технологических процессов ускоренного монтажа зданий из модульных систем // Монтажные и специальные работы в строительстве. 2015. № 11. С. 18-25.
7. Сычев С.А. Системный анализ технологий высокоскоростного строительства в России и за рубежом // Перспективы науки. 2015. № 9 (72). С. 45-53.
8. Viscomi B.V., Michalerya W.D., Lu L.W. Automated construction in the ATLSS integrated building systems // Automation in construction. 1994. № 3, рр. 35-43.
9. Fudge, J., Brown, S. (2011). Prefabricated modular concrete construction // Building engineer, 86 (6), pp. 20-21.
10. Knaack, U., Chung-Klatte, Sh., Hasselbach, R. Prefabricated systems: Principles of construction. De Gruyter, 2012. 67 p.
References
1. Afanas'ev A.A. Tehnologija vozvedenija polnosbornyh zdanij [Technology of construction of prefabrication buildings]. mostow: ASV, 2000. 287 р.
2. Afanas'ev A.V., Afanas'ev V.A. Organizacija stroitel'stva bystrovozvodimyh zdanij i sooruzhenij. Bystrovozvodimye i mobil'nye zdanija i sooruzhenija: perspektivy ispol'zovanija v sovremennyh uslovijah [The organization of construction of the fast-built buildings and constructions. The fast-built and mobile buildings and constructions: prospects of use in modern conditions]. SPb.: Strojizdat. 1998, рр. 226-230. (In Russian).
3. Verstov V.V., Badyin G.M. Features of design and construction of buildings and constructions in St. Petersburg. Vestnik gragdanskih ingenerov. 2010. No. 1, рр. 96-105. (In Russian).
4. Nikolaev S.V. SPKD - system of construction of housing for future generations. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2013. No. 1, pp. 7-15. (In Russian).
5. Tikhomirov B.I., Kites A.N., Shakirov R.A. Universal system of large-panel housing construction with multiple plannings of apartments and their various combinations in a basic design of block section. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2012. No. 4, pp. 13-20. (In Russian).
6. Sychev S.A. Modelirovanie tekhnologicheskikh protsessov uskorennogo montazha zdanii iz modul'nykh sistem. Montazhnye i special'nye raboty vstroitel'stve. 2015. No. 11, pp. 18-25. (In Russian).
7. Sychev S.A. System analysis technology of high-speed construction in Russia and abroad. Perspektivy nauki. 2015. No. 9, pp. 45-53. (In Russian).
8. Viscomi B.V., Michalerya W.D., Lu L.W. Automated construction in the ATLSS integrated building systems. Automation in construction. 1994. No. 3, рр. 35-43.
9. Fudge J., Brown S. Prefabricated modular concrete construction. Building engineer. 2011. No. 86(6), pp. 20-21.
10. Knaack U., Chung-Klatte Sh., Hasselbach R. Prefabricated systems: Principles of construction. De Gruyter. 2012. 67 p.
- 43
