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世界第一高樓哈利法塔，高829米，擁有2.5萬個幕墻單元板塊，外墻玻璃共39萬平方米，每年清潔外立面4次，每次清潔歷經(jīng)3個月。這也意味著，當(dāng)抬頭仰望哈利法塔時，首先震撼到你的可能是懸掛在829米高樓外墻上的“蜘蛛人”。
據(jù)不完全統(tǒng)計（截至2020年底）：中國150米以上的建筑達(dá)到2395座，200米以上建筑達(dá)823座，300米以上達(dá)95座。同時，由中國幕墻網(wǎng)ALwindoor.com整理的數(shù)據(jù)顯示：每年在國內(nèi)新建的幕墻數(shù)量達(dá)到9000萬平方米。也就是說，不止是世界第一高樓，在全球任意一個城市，我們都能看到“蜘蛛人”在高危環(huán)境下穿梭的身影。
玻璃幕墻的清洗是一種高危的工作，清潔工使用的工具簡單原始，人身安全得不到保障，工作效率還低，然而這個工作一直以來卻沒能被機(jī)器所取代。在玻璃幕墻日益成為全球建筑最普遍的外立面裝飾材料之一的今天，清洗工作何去何從？
如今隨著科技的發(fā)展，無人機(jī)正逐漸成為企業(yè)清潔幕墻的新選擇。未來，“蜘蛛人”或許可以徹底擺脫危險的高空作業(yè)，當(dāng)人們在城市中心抬頭仰望時，可以放心欣賞無人機(jī)“飛檐走壁”的好風(fēng)景。
無人機(jī)清潔技術(shù)的發(fā)展歷程
隨著技術(shù)逐漸成熟，無人機(jī)在攝影、安保等領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，利用無人機(jī)對高樓外墻進(jìn)行清潔的應(yīng)用在近幾年也不斷發(fā)展，在國內(nèi)外都受到了業(yè)界關(guān)注。
早在2016年，美國佛羅里達(dá)州的Apellix無人機(jī)公司就研發(fā)出了一款智能噴涂無人機(jī)“工蜂”(Worker Bee)，功能就包括通過壓力清洗窗戶。
2018年，一名澳大利亞高中生Oliver Nicholls研發(fā)的一臺“窗戶清洗無人機(jī)”，在國際科學(xué)和工程博覽會(ISEF)斬獲Gordon E. Moore獎，又推動無人機(jī)清潔技術(shù)向前邁進(jìn)了一大步。
這款“窗戶清洗無人機(jī)”配有繩索和電纜，地面工作人員通過計算機(jī)控制無人機(jī)進(jìn)行上下移動。在無人機(jī)的一側(cè)設(shè)置有8個螺旋槳，螺旋槳開始轉(zhuǎn)動后，無人機(jī)會被推離建筑物，并移動到建筑物的不同部位。
無人機(jī)上安裝有噴嘴和旋轉(zhuǎn)式洗滌器，當(dāng)無人機(jī)到達(dá)指定位置后，會先通過噴嘴為窗戶噴灑清潔液體，隨后洗滌器對該位置進(jìn)行清潔，無人機(jī)上附帶的刮板還可去除窗戶上多余的水分，如此反復(fù)重復(fù)幾次清潔步驟，就能高效完成清潔工作。
同樣把無人機(jī)應(yīng)用到高樓窗戶清潔領(lǐng)域的還有拉脫維亞的Aerones公司。2018年底，Aerones公司設(shè)計制造出了擁有38個旋槳的無人清洗機(jī)Aerones AD28。
Aerones AD28上安裝有電纜，從地面直接供電，可以不受電池續(xù)航能力的限制，長時間使用。機(jī)身上有一條與地面連接的軟管，地面水資源通過軟管輸送到高空飛行的無人機(jī)上，再配合清潔劑和滾筒對窗戶進(jìn)行清潔。
Aerones AD28能承載的重量高達(dá)145公斤，可以飛行到距離地面350米的高度進(jìn)行作業(yè)。
Aerones AD28上還安裝了高清攝像頭，操作人員在地面就能觀察到無人機(jī)高空作業(yè)的情況。為了確保Aerones AD28能夠在大風(fēng)天氣正常運(yùn)作，工作人員還專門為其設(shè)置了一套穩(wěn)定系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的抗震（詞條“抗震”由行業(yè)大百科提供）性。
近幾年，許多國內(nèi)外企業(yè)也紛紛加入這一賽道，準(zhǔn)備在建筑外墻清潔領(lǐng)域大展拳腳。
例如，美國北卡羅來納州的Lucid公司研發(fā)的一款無人機(jī)，可通過噴涂清潔劑來“軟洗”建筑物，更有效地清除建筑物外部的霉菌、藻類等生長物。同時，它們還引入了物聯(lián)網(wǎng)平臺，對無人機(jī)高空作業(yè)的數(shù)據(jù)和設(shè)備行為進(jìn)行監(jiān)測，并計劃利用5G網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)視頻直播、遠(yuǎn)程駕駛等使用功能。
國內(nèi)古貓科技公司的玻璃幕墻清洗無人機(jī)，采用無接觸式高壓清洗設(shè)備對幕墻進(jìn)行清洗。公司還表示將在產(chǎn)品研發(fā)完成后，考慮自建清潔公司，或與清潔公司展開合作。
圖 | Lucid公司清潔無人機(jī)
為什么是無人機(jī)?
據(jù)外媒預(yù)測，隨著無人機(jī)技術(shù)的不斷成熟，使用無人機(jī)進(jìn)行高樓窗戶清潔將成為大勢所趨。而它所凸顯出的優(yōu)勢，也是相關(guān)解決方案備受企業(yè)青睞的主要原因。
安全
與傳統(tǒng)建筑物外窗清潔的方式相比，無人機(jī)安全性更高。傳統(tǒng)的人工清潔方式，需要工人利用繩索懸掛在高樓外部對建筑外墻進(jìn)行清潔，危險性很高。而無人機(jī)清潔窗戶只需工作人員在地面操作，設(shè)備就能到指定位置進(jìn)行工作，可避免發(fā)生人員從高空墜落的風(fēng)險。許多無人機(jī)還有極強(qiáng)的抗震性，能夠在風(fēng)雨等惡劣天氣情況下進(jìn)行工作，比如Nicholls的“窗戶清洗無人機(jī)”可以抗住45公里/小時的風(fēng)。
經(jīng)濟(jì)
無人機(jī)可節(jié)省大量的人工和設(shè)備成本。據(jù)報道，利用傳統(tǒng)清潔方式，一次清潔通常需要高達(dá)11000美元(約等于68000元)的花費(fèi)，而Oliver Nicholls研發(fā)的“窗戶清洗無人機(jī)”價值僅為2300美
圖 | 傳統(tǒng)清潔方式中使用的腳手架
全方位清潔
帶有攝像頭的窗戶清潔無人機(jī)可以使得地面工作人員對建筑物的各個角落了如指掌，人工無法觸及的地方，無人機(jī)也能輕松“拿捏”。
高效
窗戶清潔無人機(jī)通常比人工清潔效率要快得多。例如，古貓科技公司的無人機(jī)清洗設(shè)備效率比人工高10倍以上;而Aerones AD28的工作效率已經(jīng)比人工清潔速度快20倍。
檢查員的得力助手
無人機(jī)在建筑幕墻上的應(yīng)用不止停留在清潔層面，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，在對幕墻的巡檢和安全維護(hù)上，無人機(jī)技術(shù)也得到了長足發(fā)展。
8月5日，上海市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)管理委員會利用無人機(jī)技術(shù)進(jìn)行了一場“2022年既有建筑玻璃幕墻應(yīng)急演練”活動。
圖 | 無人機(jī)技術(shù)智能巡查
活動現(xiàn)場，無人機(jī)對深水港商務(wù)中心玻璃幕墻進(jìn)行了汛期自動航線智能巡檢，通過AI自動識別安全隱患系統(tǒng)，在檢測到一處碎裂的玻璃幕墻后，無人機(jī)將幕墻碎裂信息發(fā)送到各應(yīng)急處置平臺，工作人員接收到信息后迅速采取應(yīng)對措施緊急避險。隨后，搶險人員再根據(jù)無人機(jī)傳送的位置信息，對碎裂幕墻進(jìn)行妥善處理。
圖 | 工作人員拆除隱患玻璃構(gòu)件
而且，無人機(jī)對于建筑外墻的檢測在一定程度上，已經(jīng)超越了檢查員的目視檢查。比如，一些無人機(jī)搭載了熱像儀技術(shù)，可以檢測到外墻是否存在空鼓（詞條“空鼓”由行業(yè)大百科提供）(墻面的粉灰層出現(xiàn)了拱起脫落的問題)現(xiàn)象、外保溫層是否有滲水情況等。這些情況，檢查員只通過肉眼是無法精確檢測到的。
圖 | 搭載熱成像技術(shù)的巡檢無人機(jī)進(jìn)行巡檢工作
既能保護(hù)工作人員的安全，又能高效、精準(zhǔn)、無損地完成檢測工作，無人機(jī)技術(shù)在幕墻巡檢上的優(yōu)勢不言而喻。隨著高層建筑數(shù)量越來越多，建筑物形態(tài)呈現(xiàn)多樣化，無人機(jī)外墻清潔技術(shù)逐漸具有針對性，趨于精細(xì)化。
高層建筑外墻清洗機(jī)現(xiàn)狀
機(jī)器人工程正在迅速地從工業(yè)領(lǐng)域轉(zhuǎn)移到服務(wù)領(lǐng)域，它的潛力非常大，它能夠代替人類在許多危險和受污染的地方做重復(fù)或繁重的工作，對老年人或者患病者進(jìn)行長期持久的關(guān)懷和照顧，客運(yùn)和貨運(yùn)，野外營救，精密手術(shù)，清洗對人體有害的或無法進(jìn)入的事物(比如說清洗油箱)等等。
傳統(tǒng)人工清洗方式 圖片來源：門窗幕墻行業(yè)攝影大賽
高層建筑外墻壁面清洗機(jī)是特種機(jī)器人的一種，其必須具有兩種功能：即在壁面上的吸附功能和移動功能，由于建筑物表面的非導(dǎo)磁性，清洗壁面機(jī)器人多采用正壓和負(fù)壓兩種吸附結(jié)構(gòu)。其中負(fù)壓吸附又成為真空吸附，由風(fēng)扇、真空泵、空氣壓縮機(jī)等使吸盤內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，依靠壓差將機(jī)器人吸附在墻面上。真空吸附式壁面移動機(jī)器人又可分為單吸和多吸兩種結(jié)構(gòu)，單吸盤真空吸附壁面機(jī)器人可實現(xiàn)小型化，輕量化，且結(jié)構(gòu)簡單，易于控制，多吸盤腳式壁面爬行機(jī)器人的吸附穩(wěn)定可靠。
九十年代最新研制成功地推進(jìn)型壁面機(jī)器人，采用直升機(jī)原理，利用螺旋槳產(chǎn)生的高速氣流帶動機(jī)器人向上高速移動，螺旋槳所產(chǎn)生的推力與壁面大約成20度角，始終有指向壁面的推力從而實現(xiàn)機(jī)器人的吸附功能，使機(jī)器人可以實現(xiàn)緊貼壁面移動，有一定的越障能力。
目前已有報道的高層建筑擦窗機(jī)還有以下幾種：
日本BE公司研制成功的一種固定軌道式全自動擦窗機(jī)器人，靠安裝在樓頂?shù)能壍兰暗跛飨到y(tǒng)使擦窗機(jī)對準(zhǔn)窗口，沿固定安裝在建筑物表面導(dǎo)槽垂直上下移動進(jìn)行自動清洗。
北京航空航天大學(xué)與北京鐵路局合作研制的擦窗樣機(jī)，有八個吸盤，采用“十”字框架（詞條“框架”由行業(yè)大百科提供）式結(jié)構(gòu)，上有驅(qū)動裝置，可驅(qū)動兩框架做相對運(yùn)動以實現(xiàn)壁面機(jī)器人在固定墻面上沿X，Y方向移動。
(概念圖：玻璃幕墻清潔機(jī)器人工作中)
上海科技大學(xué)機(jī)器人研究所研制的雙足式爬壁機(jī)器人，與步行式兩足機(jī)器人比較，結(jié)構(gòu)較為簡單，省略膝關(guān)節(jié)，通過腳腕的傾斜和圓規(guī)腳的開閉適當(dāng)結(jié)合起來，即可翻越一定的臺階，對諸多復(fù)雜環(huán)境具有適應(yīng)性。哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所研制成功的清洗高層建筑瓷磚壁面或玻璃幕墻的壁面清洗爬壁機(jī)器人。該機(jī)器人吸附方式為負(fù)壓吸附，移動方式為輪式，移動速度為1-8米/分。采用有線遙控，計算機(jī)控制。曾向深圳、香港試銷二臺，反映較好。
隨著社會進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)與科技的發(fā)展，城市規(guī)模越來越大，建筑越來越高，以至摩天大廈比比皆是。高層建筑更是成了一個城市面貌的核心內(nèi)容，但是由此導(dǎo)致的城市形象問題也日趨嚴(yán)重，尤其是在工業(yè)城市，這種問題更是突出。靚麗的新大樓，不用多久，外表便成為灰暗一片，嚴(yán)重影響了城市的面貌。因此為了保持良好的城市形象，城市高層建筑的清洗工作在各大城市尤其是首都、省會等國際性大都市已經(jīng)成為直接影響城市形象的問題。
經(jīng)常訪問中國幕墻網(wǎng)ALwindoor.com的讀者朋友應(yīng)該還記得，幾年前“央視”耗資50萬，耗時40天清洗了“大褲衩”，幾天之后的一場黃沙，讓網(wǎng)友紛紛嘆息：“白洗了”。這個例子充分表明了傳統(tǒng)的清洗方式清洗周期長、成本高的問題。同時，利用人工清洗還存在一定的危險。
高層建筑由于高空作業(yè)，給清洗工作帶來了極大的不方便，目前，我國大多數(shù)高層建筑清洗工作還是由人力完成，這類清洗工作主要由工人搭乘吊籃進(jìn)行高空作業(yè)來完成，工人的環(huán)境惡劣，且有一定的危險性，工作效率低，成本高，耗時長，隨著機(jī)器人技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展以及人們自我保護(hù)意識的增強(qiáng)，人們迫切希望能用機(jī)器人代替人進(jìn)行這些高空極危險的作業(yè)，從而把人類從惡劣的環(huán)境和繁重的勞動中解脫出來。
針對這種種問題，智能清洗機(jī)采用無人化清洗，自動清洗，自動供水，供清洗液。單片機(jī)系統(tǒng)控制，操作人員只需通過鍵盤即可操縱清洗機(jī)工作，而且在清洗過程中，清洗機(jī)能夠自動進(jìn)行邊緣識別，可根據(jù)建筑樓層的具體情況選擇為縱洗或橫洗。清洗效率較高，清洗效果良好，是高層建筑理想的清潔工具。使用將大大降低高層建筑的清洗成本，改善工人的勞動環(huán)境，提高勞動生產(chǎn)率，其有相當(dāng)?shù)纳鐣б妗⒔?jīng)濟(jì)意義和廣闊的應(yīng)用前景。
而隨著與諸如AI、熱成像、5G等技術(shù)的逐漸融合，無人機(jī)在高層建筑外墻上的功能也將不再囿于一隅，未來，在建筑外墻的檢測、維護(hù)等領(lǐng)域，無人機(jī)也將有大展拳腳的機(jī)會。
