机器人如何给混凝土做“B超”

本文转自：乌鲁木齐晚报

机器人如何给混凝土做“B超”

——探访新疆最大的建筑工程检测实验室

1月26日，在新疆建筑科学研究院力学实验室，混凝土抗压强度智能检测机器人在抓取样品。（本报全媒体记者王媛媛摄）

什么样的混凝土抗压能力最强？室内空气的有害物质除了我们知道的甲醛，还需要检测哪些？机器人检测员都能做哪些工作？

作为新疆最大的建筑工程检测实验室——新疆建筑科学研究院拥有11个检测室，以建筑科研、检测为主的试验检测设备1820余台（套），可承担建筑节能、幕墙、预制构件等39大类153项2052个参数技术监测检测工作。

我国第一口万米科学探索井的地基扎根在松软沙漠上、高寒山区季节性冻土公路路基“打破”热胀冷缩、机器人检测员精准检测混凝土抗压能力……一项项发明专利和科技成果从这里诞生，得以转化应用，服务于新疆建筑市场，1月26日，本报全媒体记者实地探访实验室，看看这一项项行业研究的科学与试验，如何让建筑走向更安全、宜居、智能、绿色。

□本报全媒体记者王媛媛 通讯员李昂 吴丹

30秒可知混凝土的抗压能力

混凝土作为建筑物的基础材料，其强度等级直接影响着建筑物的安全、稳定和耐久性。混凝土强度等级如同建筑物的“心脏”，关乎整个建筑物的生命线。

在新疆建筑科学研究院力学实验室，试验员朱秋民正在电脑前查看信息，旁边的混凝土样品台放着一个个立方体样品试块。

朱秋民说，每个混凝土样品上都贴有一个二维码标识，这相当于它的身份证。在检测台中间，一个红色机器人伸出长长的机械臂正从样品台抓取试块。

机器人的“抓手”像安装了“鹰眼”一样，每次抓取试块都是只抓住中部位置，然后将其放入压力试验机，仪器自动识别二维码，并在显示屏出现红色的编号。审核身份通过后，机器人将试块放入试验机正中心位置，智能防护防尘装置也随即启动。

“轰轰隆隆——”在听到30秒的嘈杂声音后，混凝土试块终于结束了它的“考验”，机器人又将其推送到废渣废料自动转运车里。记者看到，此时的试块底部已经出现了一些裂纹。

“好厉害，怎么做到快准狠呢？”对于记者的提问，力学实验室负责人白小灵解释道，混凝土抗压强度智能检测机器人是通过软件技术、传感器、专用抓手设备等来实现对混凝土试块的快速、精准测试，从而提高检测效率。

顺着白小灵手指的方向，记者看到机器人“抓手”的位置内侧安装了4个黑色的传感器。当“抓手”移动时，传感器会将标记视为路线，并实时监测“抓手”当前位置是否在路线上。如果偏离路线，传感器会发出警告信号，系统会自动调整方向。

目前，这套智能设备还可以实现结果判定、数据上传等工序，并可根据需求自动生成原始记录和报告。试验过程实现全程监控，实现了检测全过程“人员+设备+材料+环境+数据+报告”的全面可追溯，目前已经在市场推广。

成百上千次试验，只为提高0.1毫米准确率

“这项发明，我们大概研究了有一年，经历上千次试验，光‘抓手’这块我们就试验了上百次。刚开始抓不稳，会出现倾斜，后面又不停地改进，刚开始觉得是抓得越多会越稳，最后发现抓取中部位置最稳。”白小灵说，抓取放置的位置会直接影响到检测结果，哪怕是差0.1毫米都会影响到数据的准确性，就像给混凝土做“B超”一样。他们承担了乌鲁木齐建筑市场40%左右的混凝土样品检测量，涉及乌鲁木齐机场改扩建、乌鲁木齐市第八人民医院建设项目等重点工程。

观察了15分钟，记者发现有些混凝土试块检测的时间要长，能达到一分钟，有些比较短，只有三四十秒。有的检测完后，只是几个角出现破损，有的直接“粉身碎骨”了。

“像这种坚持了一分钟，达到了什么标准？”

白小灵说，乌鲁木齐持续加快建设现代化国际城市，现在都是高楼大厦，混凝土的强度越来越高了，现在市面上混凝土的强度等级为C10至C60。这种抗压强度越高的试样检测过程坚持的时间会越长，大约一分钟左右，高标号的混凝土主要用于建筑物框架柱及剪力墙等竖向构件中，一般都是超高层建筑、机场、图书馆、大型影剧院等这种大跨度结构。一般的建筑物大多采用C30级、C40级混凝土强度，如果做试验，抗压强度按标准规范的要求进行检测能坚持三四十秒。

朱秋民在检测室已经工作4年，没有机器人之前，他经常是和7名小伙伴一起干活。“混凝土试块都是按组检测，每组3块，每天搬试块，一天光弯腰就得二三百次。”朱秋民说，现在经常都是自己和机器人小伙伴搭档，不仅“解放”了双手，还可以实现24小时自动试验，最多可检测约500组混凝土试块。

试块长、宽、高都150毫米，看着不大，记者试了试，弓着腰搬起一块，“没想到还挺重。”“这一块有8公斤重。”朱秋民说道。说着，记者将试块放入压力试验机中心位置，虽然有个点位图，但移动了十几次才放好，就这样重复了半小时，感觉腰有些酸。

体验结束后，记者最大的感受就是没想到做试验也是一项体力活，不过也正是因为技术人员一次次锲而不舍的钻研，这些各怀绝技的机器人终于顺利“诞生”，并大大提高了新疆建设工程智能检测领域的发展速度。

除了混凝土抗压强度智能检测机器人外，检测室旁边还有一款类似的机器人，体型略小。白小灵介绍：“这个是检测钢筋性能的，钢筋也是建筑工程结构中的重要组成部分，确保工程结构的安全性和稳定性，此项目目前我们还在研发阶段，预计明年可以上线。”

精通『望闻问切』把好每一关

除了工程质量检测外，室内环境如何检测也是居民比较关注的问题。

在新疆建筑科学研究院检测一室，记者看到这里有光学、室内环境、基础原料等多个检测科。透过玻璃窗可以看到，操作台摆放着各类精密仪器、称量设备。

“我们对房屋建筑室内空气检测，除了大家熟知的甲醛外，还要对氨、氡、TVOC、苯、二甲苯、甲苯等进行检测。”检测一室总工程师马淮北说，甲醛是一种无色但有刺激性气味的气体，但氡气无色无味，难被察觉。它通常来源于土塘、砖沙、装饰石材等。过量被吸入人体内后，会对人体健康造成损害。

“怎么提取这些样品呢，有没有什么比例呢？”马淮北回答说，一般民用建筑工程验收时，要抽检有代表性的房间室内环境污染物浓度，抽检数量不得少于5%，不少于3间。幼儿园、学校教室、学生宿舍、老年人照料房屋等，抽检量不得少于房间总数的50%，且不得少于20间。他们会在房间里架设采样器，采集环境中的空气。

取样回来后，就需要气相色谱仪器的帮助了。虽然外观比较“普通”，但它可以识别出不同污染物，并得出相对准确的结论。

马淮北将样品试管放入气相色谱仪器，启动按键。“大概50分钟或1小时就有结果了，就跟医生一样，也要精通‘望闻问切’诊疗方法，除了靠仪器设备外，还得靠人的经验，不同的人，不同的操作方法，不同的操作环境，测试结果也会不同，取样、检测、查看数值都是一环紧扣一环。”马淮北说。

过了一会儿，记者看到电脑显示屏出现甲醛、氨、氡、TVOC、苯、二甲苯、甲苯等污染物的曲线图，包括它们的浓度和峰值。例如甲醛标准应该控制在每立方米小于等于0.08毫克。

“那现在网上的测甲醛试纸、甲醛检测仪或甲醛测试盒等，准确吗？”记者问道。

马淮北说，其实操作时间受测量环境的温度、湿度、空间大小、密闭时间、日常通风状态（空调或自然通风）影响，再加上受其他气体干扰，检测结果误差也比较大。其实最简单、实用而且经济有效的除甲醛方法就是开窗通风。一般刚装修完的房屋最好有6个月的通风时间，老人小孩这类免疫力较弱的人群入住，通风时间应该更长一些。

记者了解到，近年来，随着乌鲁木齐进一步推进装配式建筑、绿色建筑的发展，室内环境检测的标准也发生变化。马淮北说：“绿色建筑检测要求会更高一些，比如同样检测这些污染物，它们的浓度还需要降低20%左右。”

以科技创新助力建造转型升级

随着建筑结构和建造技术日新月异的发展，新型材料的市场应用范围越来越广，所需的检测设备就要更加专业化、智能化、精准化。

今年，乌鲁木齐将进一步推进装配式建筑、绿色建筑、超低能耗和近零能耗建筑健康快速发展，并明确重点推广领域和各项优惠政策。

马淮北说，目前检测室刚引进了一台进口的X射线荧光光谱仪，主要检测粉煤灰、水泥、矿石等含有的元素成分及含量。像化学元素周期表中的元素都可以用这台设备检测。

记者看到，这台机器可同时放置96个样品，通过电脑可自主选择检测哪个样品，如果没有选择，仪器会按照摆放顺序自动检测。

“像水泥，一般一分钟就能检测出来，矿石的话，20分钟就可以检测出来。”马淮北说。

新疆建筑科学研究院党委书记、董事长陈宁说，科技创新这个“关键变量”正在成为高质量发展“最大增量”，目前拥有新疆建筑节能重点实验室、新疆绿色建筑工程技术研究中心等5个自治区级科创平台及自治区博士后创新工作站，就是专为技术人员搭建的创新平台、造梦空间，通过加强关键核心技术攻关，加强应用基础研究和前沿研究，积极探索智能建造创新、建筑机器人使用，掌握创新和发展的主动权，加强科研成果转化，提高项目数字化、智能化建造水平。

2023年，新疆建筑科学研究院获得国家级优秀成果创新奖、省部级成果创新奖、自治区科技进步一等奖等多项荣誉。由新疆建筑科学研究院负责建设的新疆首个建筑科创平台——中建新疆建工科创平台基地计划今年投入使用，届时可提供建筑节能等近30项技术检测工作。该基地通过打造国家级“‘一带一路’城乡建设技术创新中心”，提供绿色节能、降碳减排、超低能耗、智能建造、数字化等方向系列技术产品，产出一批高水平标志性科技成果，为推动建筑业高质量发展贡献力量。同时深度融入共建“一带一路”倡议，加强同国外科研机构、大学技术协作，推动标准互认互通，加强海外项目的技术应用，不断拓展对外开放的广度和深度。