智能化施工机械在高层建筑设备安装中的效率优化与安全控制研究

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引言

预制装配式建筑的应用能够实现节约能源的目的，原因在于其采用的是节能材料，能够有效改善资源利用率。此外，采用新型材料能够提高预制装配式建筑的施工质量。施工团队将建筑物的预制部分运输到施工现场进行安装，节约了施工时间，提高了施工效率。当前，智能机械在设备安装中的应用仍面临多机协同控制、复杂工况适应性等挑战，亟需从效率与安全双维度进行系统性优化。因此，研究智能化施工机械在高层建筑设备安装中的效率优化与安全控制，对提升建筑施工质量与安全管理水平具有重要意义。

一、高层建筑设备安装的施工特点与挑战

（一）高空作业的复杂性与危险性

高层建筑设备安装多处于高空环境，作业面狭小且垂直落差大，传统施工机械在高空运行中易受风力、温度等环境因素干扰，导致设备定位偏差与运行不稳定。例如，塔式起重机在超高层吊装作业中，吊臂摆动幅度随高度增加而增大，人工操作难以精准控制吊装位置；施工电梯在高速运行中可能因导轨架变形引发晃动，影响设备运输的安全性。

（二）设备安装的高精度要求

现代高层建筑设备如空调机组、电气柜等体积大、精度高，安装过程中对定位误差、水平度等参数要求严格。传统施工机械依赖人工测量与调整，难以满足毫米级的安装精度需求。例如，在电梯导轨安装中，人工调节垂直度的误差较大，可能导致电梯运行噪音与振动；大型设备的水平定位若出现偏差，会影响后续系统的联动运行。

二、智能化施工机械的技术优势与作用机制

（一）自动化操作的效率提升机制

智能化施工机械通过自动化控制系统实现作业流程的精准执行。例如，智能塔式起重机配备的自动定位系统，可根据BIM 模型预设的吊装路径，自动控制吊臂变幅与吊钩升降，避免人工操作的反应延迟；智能施工电梯的变频调速系统，能根据载重自动调节运行速度，减少启停冲击。

（二）数据驱动的协同作业机制

智能化施工机械通过物联网技术构建数据共享网络，实现多机协同作业的精准调度。每台机械作为网络节点，实时上传作业状态、位置信息与任务进度，中央控制系统根据这些数据优化资源配置，如动态调整多台起重机的吊装区域，避免作业冲突；根据施工电梯的运行数据，智能分配设备运输优先级。这种数据驱动机制使多工序协同从人工调度转向智能决策，缩短了工序衔接时间，提高了施工场地的利用率，实现了高层建筑设备安装的系统化效率提升。

三、智能化施工机械的效率优化路径

（一）机械性能的智能化升级

从硬件与软件双维度实现机械性能的智能化升级。硬件方面，为施工机械配备高精度定位模块与自适应控制系统，如在塔式起重机上安装北斗定位装置，提升高空吊装的定位精度；为施工电梯加装液压缓冲系统，减少启停冲击。软件方面，开发基于深度学习的作业优化算法，根据高层建筑的结构特点与设备参数，自动生成最优吊装路径与运输方案，如针对超高层设备的分段吊装策略，减少高空拼装时间。

（二）作业流程的数字化重构

基于BIM 技术与数字孪生构建智能化作业流程。在施工前，利用BIM模型对设备安装过程进行虚拟仿真，优化机械作业路径与工序衔接；施工中，通过数字孪生技术实时映射机械运行状态，动态调整作业方案，如当

发现某台起重机吊装效率滞后时，自动分配部分任务给相邻机械。

四、智能化施工机械的安全控制策略

（一）全生命周期的安全监测体系构建

建立覆盖机械设计、制造、使用、维护的全生命周期安全监测体系。在设计阶段，利用有限元分析软件优化机械结构，提高抗风载与抗振动能力；制造过程中植入传感器芯片，记录关键部件的加工参数与材料性能；使用阶段通过物联网实现运行状态的实时监测，如起重机的起重量、垂直度等参数的实时上传；维护阶段根据监测数据制定预测性维护计划，如基于轴承温度变化预测更换时间。

（二）多重冗余的安全防护机制设计

为智能化施工机械设计多重冗余的安全防护机制。硬件层面，采用双电源、双传感器的冗余配置，如施工电梯的驱动系统配备主备两套变频器，当主变频器故障时自动切换；软件层面，开发多算法交叉验证的安全决策系统，如起重机的超载预警同时采用载荷传感器数据与电机电流分析，避免单一算法误判。

五、智能化施工机械的应用评估与发展趋势

（一）应用效能的综合评估

建立涵盖效率、精度、安全等维度的综合评估体系。效率维度包括设备安装时间、机械利用率等指标，如对比智能机械与传统机械的设备吊装效率提升幅度；精度维度包括安装误差、水平度等参数，通过三维激光扫描检测智能机械安装的设备精度；安全维度包括事故率、隐患整改及时率等指标，分析智能机械对安全管理的改善效果。综合评估还需考虑经济效益，如智能机械的购置成本与长期效率提升带来的收益对比，为高层建筑设备安装的智能化改造提供决策依据。

（二）未来技术的发展趋势

未来，智能化施工机械将向“ 自主智能” 与“ 群智协同” 方向发展。自主智能通过强化学习技术，使机械能够在复杂工况下自主制定最优作业方案，如智能起重机根据实时风速与设备重量，自主调整吊装速度与角度；群智协同则基于区块链技术，构建多机械去中心化的协同网络，实现无中央控制的自适应调度，如多台智能施工机械通过共识机制自主分配运输任务。随着5G 与边缘计算技术的成熟，智能化施工机械的远程控制与实时监测将更加可靠，为超高层建筑设备安装提供更强的技术支撑。

结语

智能化施工机械在高层建筑设备安装中的应用，是建筑施工产业智能化转型的重要方向。通过机械性能智能化升级、作业流程数字化重构与多机协同智能化调度，可显著提升设备安装效率；通过全生命周期安全监测、多重冗余防护与智能应急响应，能有效保障施工安全。尽管当前技术仍面临复杂工况适应性、多机协同精度等挑战，但随着人工智能与物联网技术的发展，智能化施工机械将更精准地适配高层建筑设备安装需求。未来，需进一步深化智能机械与建筑信息模型的融合，完善安全标准与评估体系，推动智能化施工机械在高层建筑领域的广泛应用，为建筑产业现代化发展注入新的动力。

参考文献

[1]刘仲国.建筑施工机械智能化技术[M].北京: 机械工业出版社,2018.

[2]周元辅.高层建筑施工技术[M].北京:中国建筑工业出版社,2017.

[3]徐卫国.智能建造：建筑工业化 2.0[M].北京:中国建筑工业出版社,2019.