国产建筑机器人世博建功

拼焊六座阳光谷一万多个关键节点

《中国经济周刊》记者 宋雪莲 |上海、天津报道

沿上海世博园世博轴，纵列着6座巨型漏斗状的阳光谷。这些大悬挑、不规则而造型优美的钢结构建筑，每一个都有十几层楼高，顶部直径最大的90米，有足球场大，而底部直径最大的20米，仅有篮球场大小。

记者站在世博轴仰望阳光谷，不禁疑问，“如此大的跨度，下面又没有支撑，会垮下来吗？会被台风吹倒吗？”

“从阳光谷下面走过的游人完全不必担心安全问题，连接阳光谷整个钢结构的关键节点都是由机器人制作完成的，采用全数字化、自动化的生产工艺，确保阳光谷的建设符合设计的安全标准。” 参与了阳光谷建设的天津大学机械学院副教授梅江平告诉《中国经济周刊》。

参加阳光谷建设的机器人，全名为“多杆汇交瓣式网壳节点加工机器人成套装备与示范工程”，是国家863重点科研开发项目，由天津大学、江苏省江阴纳尔捷机器人有限公司（下称“纳尔捷公司”）、上海建工集团子公司上海机械施工有限公司合作承担。“这是我国首次将机器人技术应用于钢结构网壳节点加工。”纳尔捷公司副总经理陶勤良向记者透露。

此前，北京石油化工学院装备技术研究所自行研发的焊接机器人曾在“鸟巢”工程现场顺利完成次结构实焊操作。

随着城市发展，高层建筑、钢结构建筑、社会公共建筑，特别是国家大型工程对施工的质量、效益和环境的要求越来越高，传统的人工施工已不能满足要求。“随着阳光谷的建成，今后，将会有更多的多功能机器人向建筑领域渗透。”梅江平说。

阳光谷曾让世博局“骑虎难下”

也许游客不知道，这些在白天采纳阳光、雨天收集雨水、夜晚幻变出炫目色彩的阳光谷，曾在设计到施工的近2年多时间里让世博局几次骑虎难下。

看起来“头重脚轻”的阳光谷是继鸟巢以来在中国建筑史上另一个具有标志意义的建筑。这类建筑有一个共同特点：节点繁多，建筑外形可随建筑物整体曲面的变化而变化，可构建各种新颖美观的空间曲面建筑造型。

“阳光谷”，顾名思义，是一个巨型的阳光采纳器，自然光通过它倾泻入地，可满足地下空间的采光要求。同时，阳光谷还引入了许多生态、节能、环保的技术，它像一只巨大的喇叭，联结世博轴两侧的草坡，可以把绿色、新鲜空气都引入各层空间。它还可以作为漏斗来收集雨水，经过层层过滤，不仅可以自用，还用于周围其他场馆的灌溉与清洁。而地源热泵和江水源热泵则可以为世博会提供高效节能空调系统。于是，当德国SBA公司提出这个设计建议时，获得了业界一致好评。

“阳光谷的造型和体量在世界上恐怕也找不出第二个来，但造型来自于功能，尽管很多人关注造型。”德国SBA公司项目主管建筑师、世博轴主创设计师之一李宏告诉记者。

但是，6个阳光谷钢结构总重达3035吨，每个阳光谷由1700个单元构建而成。如此大的工程，其制作精度大大超出中国现有的建筑规范。而要把2000平方米一块的巨大索膜结构安装到位，更是在国际施工史上没有记录。

因为对建筑精度的要求高，具备世界级难度，德国厂家不断提高工程的报价，最后提到了6.7亿元。“德国人的理由是，中国绝对做不出高质量的阳光谷。”梅江平说。

德国的报价远超世博局的设想，让世博局打起了退堂鼓。

让机器人参建阳光谷

“阳光谷最大的特点就是节点多且几乎各异，每个节点的径向误差要求小于2毫米，角度误差要求小于0.1度。”梅江平告诉《中国经济周刊》，现在游客看到的阳光谷上的交织点就是建筑上所说的“钢节点”，每个钢节点都向不同方向延伸出4～8根6米左右的钢杆，拼接成一个个大小各异的三角形曲面，最终编织成网壳。节点总数达1万多个，规格有五六千种。“这已经远远超出了建筑的概念，而类似于工厂做机械了，我们称之为‘精细钢结构建筑’。”

如果采用传统的拼焊工艺，1万多个节点都由钢板焊接而成，信息管理难度大，制作成本高，效率低，安全性也受到影响。“如果1个节点的精度差之毫厘，阳光谷的远端就会失之千里。似乎也只有德国人可以精准无误地将节点制作出来。”梅江平回忆当时的情景。

不过，鉴于德国厂家高昂的报价，2008年开始，世博局在国内寻找了几家企业，其中包括曾参与鸟巢建设的企业，进行节点制作攻关预演，如果不行就取消阳光谷。不过，因为“制作成本高、施工周期和质量很难控制”，这些企业的预演都没能让人完全满意。后来，在上海建工集团副总工程师吴欣之的引荐下，世博局领导考察了纳尔捷公司，偶然看到该公司用机器人制作的千吨级火炬塔，他们突发奇想，能否让机器人做节点？

“后来，世博局要求我们承接阳光谷建设，在完成最大的1个阳光谷之后，我们自觉企业太小，又不能耽误工程进度，最终撤出了阳光谷的整体建造，改为提供技术，仅为阳光谷制作节点。可以说，阳光谷上三分之二的节点都是我们做的。”陶勤良说。为此，还有德国公司还找到他们，希望将建筑机器人技术拿到国外去。

事实上，与国内建筑机器人领域基本为空白相比，在美日等发达国家，相关研究早已开始，而且已经趋于成熟。比如，美国卡内基·梅隆大学、麻省理工学院等院校一直在研制管道挖掘和埋设机器人、内墙安装机器人等，并已取得了一批科研成果。日本的建筑机器人开发数量最多，到目前为止已开发出20多种建筑机器人，如高层建筑抹灰机器人、地面磨光机器人、铺瓷砖机器人、爬墙机器人、混凝土浇灌用机器人等。

随着国内自主创新建筑机器人在世博会标志性建筑中的应用，一个建筑机器人行业有望随之兴起。据梅江平介绍，由天津大学起草的《建筑机器人立项建议书》已完成并提交住建部。上海机械施工有限公司副总工程师陈晓明则告诉记者，“我们已准备将机器人用于沪上第一摩天楼‘上海中心’的建设。”