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    “蜘蛛人”变“小蜜蜂”,无人机清洁建筑外墙或成新趋势

    来源:万研所  作者:编辑  日期:2022-8-29
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    据CTBUH(世界高层建筑与都市人居学会)发布的《2020高层建筑年度回顾》显示,2020年,全球就建成了106座200米及以上高度的建筑。而在国内,网络数据显示,每年新建幕墙的数量达到9000万平方米。也就是说,不止是第一高楼,在全球随便一个城市,都能看到“蜘蛛人”在高危环境下穿梭的身影。

      本篇文章内容由[中国幕墙网ALwindoor.com]编辑部整理发布:

      世界第一高楼哈利法塔,高829米,拥有2.5万个幕墙单元板块,外墙玻璃共39万平方米,每年清洁外立面4次,每次清洁历经3个月。这也意味着,当抬头仰望哈利法塔时,首先震撼到你的可能是悬挂在829米高楼外墙上的“蜘蛛人”。

      据不完全统计(截至2020年底):中国150米以上的建筑达到2395座,200米以上建筑达823座,300米以上达95座。同时,由中国幕墙网ALwindoor.com整理的数据显示:每年在国内新建的幕墙数量达到9000万平方米。也就是说,不止是世界第一高楼,在全球任意一个城市,我们都能看到“蜘蛛人”在高危环境下穿梭的身影。

      玻璃幕墙的清洗是一种高危的工作,清洁工使用的工具简单原始,人身安全得不到保障,工作效率还低,然而这个工作一直以来却没能被机器所取代。在玻璃幕墙日益成为全球建筑最普遍的外立面装饰材料之一的今天,清洗工作何去何从?

      如今随着科技的发展,无人机正逐渐成为企业清洁幕墙的新选择。未来,“蜘蛛人”或许可以彻底摆脱危险的高空作业,当人们在城市中心抬头仰望时,可以放心欣赏无人机“飞檐走壁”的好风景。

      无人机清洁技术的发展历程

      随着技术逐渐成熟,无人机在摄影、安保等领域的应用已经非常广泛,利用无人机对高楼外墙进行清洁的应用在近几年也不断发展,在国内外都受到了业界关注。

      早在2016年,美国佛罗里达州的Apellix无人机公司就研发出了一款智能喷涂无人机“工蜂”(Worker Bee),功能就包括通过压力清洗户。

      2018年,一名澳大利亚高中生Oliver Nicholls研发的一台“窗户清洗无人机”,在国际科学和工程博览会(ISEF)斩获Gordon E. Moore奖,又推动无人机清洁技术向前迈进了一大步。

      这款“窗户清洗无人机”配有绳索和电缆,地面工作人员通过计算机控制无人机进行上下移动。在无人机的一侧设置有8个螺旋桨,螺旋桨开始转动后,无人机会被推离建筑物,并移动到建筑物的不同部位。

      无人机上安装有喷嘴和旋转式洗涤器,当无人机到达指定位置后,会先通过喷嘴为窗户喷洒清洁液体,随后洗涤器对该位置进行清洁,无人机上附带的刮板还可去除窗户上多余的水分,如此反复重复几次清洁步骤,就能高效完成清洁工作。

      同样把无人机应用到高楼窗户清洁领域的还有拉脱维亚的Aerones公司。2018年底,Aerones公司设计制造出了拥有38个旋桨的无人清洗机Aerones AD28。

      Aerones AD28上安装有电缆,从地面直接供电,可以不受电池续航能力的限制,长时间使用。机身上有一条与地面连接的软管,地面水资源通过软管输送到高空飞行的无人机上,再配合清洁剂和滚筒对窗户进行清洁。

      Aerones AD28能承载的重量高达145公斤,可以飞行到距离地面350米的高度进行作业。

      Aerones AD28上还安装了高清摄像头,操作人员在地面就能观察到无人机高空作业的情况。为了确保Aerones AD28能够在大风天气正常运作,工作人员还专为其设置了一套稳定系统,具有很强的抗震(词条“抗震”由行业大百科提供)性。

      近几年,许多国内外企业也纷纷加入这一赛道,准备在建筑外墙清洁领域大展拳脚。

      例如,美国北卡罗来纳州的Lucid公司研发的一款无人机,可通过喷涂清洁剂来“软洗”建筑物,更有效地清除建筑物外部的霉菌、藻类等生长物。同时,它们还引入了物联网平台,对无人机高空作业的数据和设备行为进行监测,并计划利用5G网络实现视频直播、远程驾驶等使用功能。

      国内古猫科技公司的玻璃幕墙清洗无人机,采用无接触式高压清洗设备对幕墙进行清洗。公司还表示将在产品研发完成后,考虑自建清洁公司,或与清洁公司展开合作。

    图 | Lucid公司清洁无人机

      为什么是无人机?

      据外媒预测,随着无人机技术的不断成熟,使用无人机进行高楼窗户清洁将成为大势所趋。而它所凸显出的优势,也是相关解决方案备受企业青睐的主要原因。

      安全

      与传统建筑物外窗清洁的方式相比,无人机安全性更高。传统的人工清洁方式,需要工人利用绳索悬挂在高楼外部对建筑外墙进行清洁,危险性很高。而无人机清洁窗户只需工作人员在地面操作,设备就能到指定位置进行工作,可避免发生人员从高空坠落的风险。许多无人机还有极强的抗震性,能够在风雨等恶劣天气情况下进行工作,比如Nicholls的“窗户清洗无人机”可以抗住45公里/小时的风。

      经济

      无人机可节省大量的人工和设备成本。据报道,利用传统清洁方式,一次清洁通常需要高达11000美元(约等于68000元)的花费,而Oliver Nicholls研发的“窗户清洗无人机”价值仅为2300美

    图 | 传统清洁方式中使用的脚手架

      全方位清洁

      带有摄像头的窗户清洁无人机可以使得地面工作人员对建筑物的各个角落了如指掌,人工无法触及的地方,无人机也能轻松“拿捏”。

      高效

      窗户清洁无人机通常比人工清洁效率要快得多。例如,古猫科技公司的无人机清洗设备效率比人工高10倍以上;而Aerones AD28的工作效率已经比人工清洁速度快20倍。

      检查员的得力助手

      无人机在建筑幕墙上的应用不止停留在清洁层面,随着技术的不断进步,在对幕墙的巡检和安全维护上,无人机技术也得到了长足发展。

      8月5日,上海市住房和城乡建设管理委员会利用无人机技术进行了一场“2022年既有建筑玻璃幕墙应急演练”活动。

    图 | 无人机技术智能巡查

      活动现场,无人机对深水港商务中心玻璃幕墙进行了汛期自动航线智能巡检,通过AI自动识别安全隐患系统,在检测到一处碎裂的玻璃幕墙后,无人机将幕墙碎裂信息发送到各应急处置平台,工作人员接收到信息后迅速采取应对措施紧急避险。随后,抢险人员再根据无人机传送的位置信息,对碎裂幕墙进行妥善处理。

    图 | 工作人员拆除隐患玻璃构件

      而且,无人机对于建筑外墙的检测在一定程度上,已经超越了检查员的目视检查。比如,一些无人机搭载了热像仪技术,可以检测到外墙是否存在空鼓(词条“空鼓”由行业大百科提供)(墙面的粉灰层出现了拱起脱落的问题)现象、外保温层是否有渗水情况等。这些情况,检查员只通过肉眼是无法精确检测到的。

    图 | 搭载热成像技术的巡检无人机进行巡检工作

      既能保护工作人员的安全,又能高效、精准、无损地完成检测工作,无人机技术在幕墙巡检上的优势不言而喻。随着高层建筑数量越来越多,建筑物形态呈现多样化,无人机外墙清洁技术逐渐具有针对性,趋于精细化。

      高层建筑外墙清洗机现状

      机器人工程正在迅速地从工业领域转移到服务领域,它的潜力非常大,它能够代替人类在许多危险和受污染的地方做重复或繁重的工作,对老年人或者患病者进行长期持久的关怀和照顾,客运和货运,野外营救,精密手术,清洗对人体有害的或无法进入的事物(比如说清洗油箱)等等。

    传统人工清洗方式 图片来源:门窗幕墙行业摄影大赛

      高层建筑外墙壁面清洗机是特种机器人的一种,其必须具有两种功能:即在壁面上的吸附功能和移动功能,由于建筑物表面的非导磁性,清洗壁面机器人多采用正压和负压两种吸附结构。其中负压吸附又成为真空吸附,由风扇、真空泵、空气压缩机等使吸盘内产生负压,依靠压差将机器人吸附在墙面上。真空吸附式壁面移动机器人又可分为单吸和多吸两种结构,单吸盘真空吸附壁面机器人可实现小型化,轻量化,且结构简单,易于控制,多吸盘脚式壁面爬行机器人的吸附稳定可靠。

      九十年代最新研制成功地推进型壁面机器人,采用直升机原理,利用螺旋桨产生的高速气流带动机器人向上高速移动,螺旋桨所产生的推力与壁面大约成20度角,始终有指向壁面的推力从而实现机器人的吸附功能,使机器人可以实现紧贴壁面移动,有一定的越障能力。

      目前已有报道的高层建筑擦窗机还有以下几种:

      日本BE公司研制成功的一种固定轨道式全自动擦窗机器人,靠安装在楼顶的轨道及吊索系统使擦窗机对准窗口,沿固定安装在建筑物表面导槽垂直上下移动进行自动清洗。

      北京航空航天大学与北京铁路局合作研制的擦窗样机,有八个吸盘,采用“十”字框架(词条“框架”由行业大百科提供)式结构,上有驱动装置,可驱动两框架做相对运动以实现壁面机器人在固定墙面上沿X,Y方向移动。

    (概念图:玻璃幕墙清洁机器人工作中)

      上海科技大学机器人研究所研制的双足式爬壁机器人,与步行式两足机器人比较,结构较为简单,省略膝关节,通过脚腕的倾斜和圆规脚的开闭适当结合起来,即可翻越一定的台阶,对诸多复杂环境具有适应性。哈尔滨工业大学机器人研究所研制成功的清洗高层建筑瓷砖壁面或玻璃幕墙的壁面清洗爬壁机器人。该机器人吸附方式为负压吸附,移动方式为轮式,移动速度为1-8米/分。采用有线遥控,计算机控制。曾向深圳、香港试销二台,反映较好。

      随着社会进步,经济与科技的发展,城市规模越来越大,建筑越来越高,以至摩天大厦比比皆是。高层建筑更是成了一个城市面貌的核心内容,但是由此导致的城市形象问题也日趋严重,尤其是在工业城市,这种问题更是突出。靓丽的新大楼,不用多久,外表便成为灰暗一片,严重影响了城市的面貌。因此为了保持良好的城市形象,城市高层建筑的清洗工作在各大城市尤其是首都、省会等国际性大都市已经成为直接影响城市形象的问题。

      经常访问中国幕墙网ALwindoor.com的读者朋友应该还记得,几年前“央视”耗资50万,耗时40天清洗了“大裤衩”,几天之后的一场黄沙,让网友纷纷叹息:“白洗了”。这个例子充分表明了传统的清洗方式清洗周期长、成本高的问题。同时,利用人工清洗还存在一定的危险。

      高层建筑由于高空作业,给清洗工作带来了极大的不方便,目前,我国大多数高层建筑清洗工作还是由人力完成,这类清洗工作主要由工人搭乘吊篮进行高空作业来完成,工人的环境恶劣,且有一定的危险性,工作效率低,成本高,耗时长,随着机器人技术的出现和发展以及人们自我保护意识的增强,人们迫切希望能用机器人代替人进行这些高空极危险的作业,从而把人类从恶劣的环境和繁重的劳动中解脱出来。

      针对这种种问题,智能清洗机采用无人化清洗,自动清洗,自动供水,供清洗液。单片机系统控制,操作人员只需通过键盘即可操纵清洗机工作,而且在清洗过程中,清洗机能够自动进行边缘识别,可根据建筑楼层的具体情况选择为纵洗或横洗。清洗效率较高,清洗效果良好,是高层建筑理想的清洁工具。使用将大大降低高层建筑的清洗成本,改善工人的劳动环境,提高劳动生产率,其有相当的社会效益、经济意义和广阔的应用前景。

      而随着与诸如AI、热成像、5G等技术的逐渐融合,无人机在高层建筑外墙上的功能也将不再囿于一隅,未来,在建筑外墙的检测、维护等领域,无人机也将有大展拳脚的机会。

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