工程机器人在复杂施工环境中的适应性挑战

摘要：建筑工程领域的持续拓展，使得复杂施工环境屡见不鲜，工程机器人虽应用渐广，但面临着不小的适应性挑战。恶劣自然条件、复杂场地布局以及多变作业要求等，都考验着工程机器人的适应能力。而在地下工程、高空作业、水域施工等典型复杂环境中，其适应性挑战更为具体。探讨这些挑战，并研究相应的应对策略，对推动工程机器人在复杂施工环境中有效应用，保障建筑施工顺利开展，有着重要的现实意义。

关键词：工程机器人；复杂施工环境；适应性挑战；典型环境

引言

如今，建筑行业发展势头迅猛，施工项目所涉及的环境愈发复杂多样，高山、深海、地下空间等特殊区域不断成为施工的新战场。工程机器人作为现代化施工的关键助力，旨在提高施工效率与质量。可复杂施工环境却像一道道难关，极大地影响着工程机器人性能的发挥。深入剖析其在这种环境下的适应性挑战，对于优化工程机器人的应用、确保各类复杂建筑施工顺利推进，是十分必要的。

一、工程机器人在复杂施工环境中面临的通用适应性挑战

1.1 恶劣自然条件适应挑战

在复杂施工环境里，恶劣自然条件是工程机器人常常要面对的难题。比如在高寒地区施工，极低的气温会使机器人的机械部件变脆，橡胶密封件硬化，容易出现损坏、泄漏等故障，影响其正常运转。在风沙大的沙漠地区，沙尘容易侵入机器人的内部结构，磨损精密零件，堵塞散热通道，导致设备过热，降低其使用寿命和工作性能。而且暴雨、雷电等极端天气也可能干扰机器人的电子控制系统，使其出现信号中断、数据丢失等情况，阻碍施工进程。

1.2 复杂场地布局适应挑战

复杂场地布局对工程机器人的适应性要求颇高。施工现场若存在狭窄通道、不规则地形以及众多障碍物时，机器人的通行和作业范围会受到极大限制。像在城市老旧小区改造工程中，场地空间有限，机器人难以灵活转身和移动，大型的设备可能根本无法进入指定施工位置。同时，不同功能区域交错分布，要求机器人能精准识别并规划合理的作业路线，否则容易出现碰撞、误操作等问题，增加施工风险和成本。另外，在一些地形起伏大的山区施工现场，机器人需要具备良好的爬坡、越障能力，这对其底盘结构和动力系统也是一大考验。

1.3 多变作业要求适应挑战

施工过程中，作业要求往往多变，这给工程机器人带来不小挑战。随着工程进度推进，不同施工阶段对机器人的功能需求不同，例如在基础施工阶段可能需要挖掘功能，到了主体建设阶段又需要吊装、砌筑等功能，机器人需具备快速切换功能模块的能力。而且面对不同建筑结构和材料特性，对机器人的操作精度、力度把控等也有不同要求，若不能精准适配，就难以保证施工质量，影响整个工程的顺利开展。

二、工程机器人在典型复杂施工环境中的具体适应性挑战

2.1 地下工程环境挑战

地下工程环境对工程机器人来说充满挑战。在地下隧道施工时，昏暗的光线条件使得机器人的视觉识别系统难以精准捕捉周边环境信息，增加了碰撞、偏离施工路线的风险。同时，地下复杂的地质状况，像软土地层容易出现塌陷，岩石地层硬度高、掘进难度大，这对机器人的挖掘、支护等功能的稳定性和适应性要求极高，稍有不慎就可能引发安全事故，并且狭小的空间还限制了大型设备的施展，对机器人的尺寸和灵活性也提出了苛刻要求。此外，地下环境中存在的地下水、有害气体等因素，也会对机器人的防水、防爆等性能提出严格要求，增加了技术保障的难度。

2.2 高空作业环境挑战

高空作业环境下，工程机器人面临诸多难题。首先是强风等气象因素，高空风力往往较大且不稳定，很容易使机器人产生晃动、偏移，影响其操作精度和稳定性，对施工人员的安全也构成威胁。其次，高空作业距离地面远，设备一旦出现故障，维修难度极大，需要配备专门的高空作业维修设备和专业人员，成本高昂。再者，高空环境对机器人的自重、结构强度等有严格要求，既要保证足够的承载能力完成施工任务，又要避免因自身过重增加对建筑结构的负荷，确保施工安全与结构稳定。另外，高空作业还面临着高空坠物风险，机器人需要具备防止部件脱落以及应对外来坠物撞击的防护能力，保障施工安全。

2.3 水域施工环境挑战

在水域施工环境中，工程机器人面临独特挑战。一方面，水的浮力、水流的冲击力等会干扰机器人的定位和作业稳定性，使其难以精准控制动作，比如在桥梁水下基础施工时，水流容易冲偏打桩机器人的桩位。另一方面，水中的腐蚀性物质会侵蚀机器人的金属部件，长期浸泡还可能导致电气系统短路、绝缘失效等问题，影响设备的正常使用和寿命。此外，水下环境能见度低，视觉辅助系统作用受限，需要依靠更先进的声呐、雷达等探测技术来辅助机器人作业，增加了技术应用的复杂性。同时，在海洋等复杂水域，还存在潮汐变化、海洋生物附着等情况，也会给机器人的作业和维护带来诸多不便。

三、应对工程机器人复杂施工环境适应性挑战的策略

3.1 技术改进与优化策略

针对工程机器人面临的适应性挑战，要从技术层面加以改进与优化。研发更具耐寒、耐热、抗风沙等性能的新材料，用于制造机器人的关键部件，增强其抵御恶劣自然条件的能力。利用先进的传感器融合技术，如将激光雷达、摄像头、超声波传感器等结合，提升机器人对复杂场地布局的感知和识别能力，使其能更好地规划作业路线。同时，开发模块化、多功能的机器人系统，方便根据不同作业要求快速切换功能模块，提高机器人对多变施工任务的适应性。此外，积极探索人工智能与机器人的深度融合，让机器人具备更强的自主学习和自适应能力，更好地应对复杂多变的施工环境。

3.2 加强模拟训练与预演策略

加强模拟训练与预演是提升工程机器人适应性的重要举措。通过建立高精度的虚拟施工环境模型，模拟各种复杂施工场景，让机器人在虚拟环境中反复进行作业训练，提前熟悉不同环境下的操作要求和应对方法。在模拟过程中，收集机器人的运行数据，分析其在各类复杂条件下的性能表现和存在的问题，针对性地进行调整优化。此外，利用虚拟现实（VR）、增强现实（AR）技术，让操作人员也能在虚拟场景中进行操作预演，提高实际施工时的熟练度和应对突发情况的能力。同时，定期组织不同场景下的模拟演练竞赛，激发团队创新和优化机器人操作的积极性。

3.3 完善配套保障与应急策略

完善配套保障与应急策略能更好地应对工程机器人在复杂施工环境中的挑战。在施工现场配备专业的维护团队，准备充足的备用零部件，一旦机器人出现故障，能及时进行维修更换，减少停机时间。同时，制定完善的应急预案，针对恶劣天气、地质灾害等突发情况，明确机器人的安全保护措施和撤离方案，确保设备和人员安全。此外，建立远程监控系统，实时掌握机器人在复杂环境中的运行状态，及时发现潜在问题并远程指挥操作，保障施工顺利进行。并且，要加强与周边救援力量的联动，确保在遇到重大突发状况时能快速获得外部支援，提升整体应对风险的能力。

四、结论

探究工程机器人在复杂施工环境中的适应性挑战及应对策略意义重大。通过分析通用挑战、具体环境挑战以及相应策略，有助于更好地认识工程机器人应用的难点与解决办法。

参考文献：

[1]欧阳静达，凌文轩，宋琢，等.复杂造型大型广场石材铺装施工关键技术[J].广州建筑，2023，51（02）：80-83.

[2]杨成，曾智.复杂电力施工环境下无人机动力系统可靠性分析[J].环境技术，2022，（S1）：56-61.

[3]黄沛林，文杨，张倩，等.复杂施工环境下的测量管理和控制[J].建筑技术开发，2021，48（13）：47-49.