钢结构机器人世博建功

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，钢结构顶部直径最大的90米，有足球场大，而底部直径最大的20米，仅有篮球场大小。

    记者站在钢结构世博轴仰望阳光谷，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，确保阳光谷的钢结构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 》。

    参加阳光谷建设的钢结构机器人，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钢结构建筑领域渗透。”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个钢结构单元构建而成。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钢结构建筑上所说的“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。

    随着国内自主创新钢结构建筑机器人在世博会标志性钢结构建筑中的应用，一个钢结构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钢结构大楼‘上海中心’的建设。”