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營建自動化
-營建自動化之發展與概況
授課老師:劉俊杰 副教授
中華民國89年9月27日
Government Regulation
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Dangerous
health and safety
programs
training
hazard communication toxic materials
trenching and excavation support
fall protection
Incomplete and inaccurate job site records
are difficult to inspect
Owners Demand More
• The NSF research in construction automation
are set to
– Investigate construction dynamics of both
structured and unstructured facilities
– Develop a better understanding of analysis, design
and constructing processes, leading to basic
principles and methods for robust automation
– computer-integrated-construction to build up the
technology base.
– multidisciplinary research collaborations academic,
industry, government agencies
– knowledge and technology transfer industry and
users.
Examples of NSF Research Areas
• System Architecture Organizational
Structure
• Structure Formalization Classification
Knowledge
• New Languages
• Intelligent Interfaces
• Designing for Automation
• Sensing and Monitoring
The objectives of the research in
construction automation were:
• Coupling design and construction through
project databases and knowledge bases
• integration planning control ,end use
maintenance
• computer models whole construction process
• methodologies planning scheduling
• incorporating knowledge management
knowledge interacting
• adaptable construction
• logistics parts materials
歐洲營建自動化之發展與概況
一、英國
–英國1990年產值,超過450億英鎊,生產毛額
(GDP)10%,勞工人數100萬人,超過全國勞工
人數之5%.
–技術勞工之缺乏及勞工逐漸年老化,年輕人不
喜歡進入營建業,必須提昇生產力,改善工程
品質,逐漸體會營建自動化及營建機器人之重
要.進而引進電腦輔助工程設計及營建施工
(Computer Aided Comstruction and
Engineering),高科技之雛形機具.
–引進自動化,可改善營建之生產效能,如:應用
資訊技術(Information Technology)
英國高級機器人發展中心
(Advanced Robotics Initiative)
• 創設於1985年
• 營造組(Construction Group)
– 研究爬牆機器人(Wall Climbing Robot)
• 隧道組(Tunneling Group)
– 採礦及土木工程隧道之應用
• 下水道組
– 海下作業交通工具,繫纜式,針對海上結構
物進行檢視,維修或幫助海下工程作業
其他營建自動化相關發展
• 自動化開挖機(Automatic Excavator)
– 利用專家系統及知識庫來控制開挖機之
操作
• 土壤打釘機(Soil Nailing Machine)
• 砌牆工作自動化(Automation of
Masonry Tasks)
• 核能反應器之檢查(Inspection of
Nuclear Reactors)
其他營建自動化相關發展(續)
• 彈性製造系統(Flexible Manufacturing
Systems)
– 自動化安裝外牆,高科技商業大樓及工程
廠房為案例來說明工程之設計與施工
• 機器人應用之評估(Task Selection for
Robotic Evaluation)
• 資訊技術之應用(Application of
Information Technology)
– 專家系統,施工規劃與管理,估算與編製
預算,細部設計,專案管理.
二、德國
– 混凝土、瀝青攪拌、混凝土塊(Concrete
Block) 、移動性營建機具之控制、隧道、
房屋重建.
•德國自動化發展主因:
– 技術工人極度缺乏及勞工平均年齡上升
– 增加工程品質之要求
– 再危險及不易施作之工作環境下施作
– 績效提高及成本減少之改善
– 持續需求的營建量
– 營建機械在國際競爭之壓力
德國目前營建自動化項目
• 預鑄混凝土之製作(Fabrication of precast
Concrete Units)
• 砌磚機械(Bricklaying Machines)
• 移動性營建機具之控制與監控(Control and
Monitoring of Mobile Construction Machinery)
• 規劃與控制之專家系統(Expert system for
Planning and Controlling)
• 電腦控制之營建設備(Computer Controlled
Equipment)
• 隧道施工自動化(Tunneling)
• 建築物之重建(Renewing of Building)
三、法國
– 法國建設部(Ministry of Construction)從
1984年開始推動營建機器人之研究，在
1987年首先製作出歐洲第一個建築工程
用之可移動之實驗性機器人。
– 1988年及1989年，道路工程用營建工程
機器人之可行性之研究。
– 並不侷限於水平性之移動，而且也對傾
斜或垂直方向之移動進行研究。營建單
元之組合(Assembly of Construction
Components)之自動化
– 法國工業用機器人協會(French
Association of Industrial Robotics,A.F.R.I)
• 由英國發起之歐洲營建研究中心
(European Contruction Institute ,ECI)
由歐洲許多國家之業界、學術界共
同參與。
日本營建自動之規劃及推動
• 具體改善案例
• 1.生產機械化、自動化
•現況
– 潛盾隧道
– 山坡地隧道
– 水壩
– 舖設
2.構造物之預鑄化
3.生產管理合理化
– 相關研究
• 發包系統
• 品質管理與品質保障
• 科學的管理
• 施工之革新
• 全自動施工之實施
• 承包商和包商之合作關係
• 發包系統
建築工程之實例
• 1.構法之改善
– 「RC積層工法」，標準層結構體工程之循環作
業時間規劃為五天，較傳統工法可縮短43%，而
勞動基本單位約0.31人/m2，約為傳統工法之一半。
• 2.管理技術之提昇
– 以多分區同步施工方式，有效率之結構體施工系
統實例。作業人員每天反復從事同一作業內容，
達到勞務平均化、作業標準化、縮短工期、提高
生產力之目標，但事前需有綿密計劃。
• 3.傳統工法之改善
– 提高品質、縮短工期、省化工，進行工法之檢討，
改善作業方法與技術、勞務平均化及品質穩定化。
營建自動化研發效益
一、經濟效益
1.集合住宅之變遷及辦公大樓，研發新工法與改善
施工技術
2.使工作多面展開，縮短工期、降低營建成本。
二、社會效益
1.提昇營建生產力，解決勞工短缺現象
2.提昇營建技術水準，保障工作安全
三、環境效益
1.達到環境保育之效果
2.「回收再利用Recycle」有效處理副產品，積極進
行再利用。
未來展望
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一、發包體系與建設產業政策
二、品質管理與品質保證
三、採用電腦進行科學化管理
四、施工革新省力化技術之開發
五、實施全自動施工之方向
六、承包商與小包商之合作關係
– 多層複雜的承包轉包結構，儘可能予以
簡化。
我國自動化之實施與檢討
• 產業現況
– 營建業係一項重要的民生工程，在先進國
家國民生產毛額中佔有重要的比例，可帶
動52種上、下游關鍵產業及120多種建材
的發展，每一元投資於營建業即能產生3.4
元之國民生產毛額。
– 營建業仍屬勞力密集及生產力偏低之行業
– 營造業就業人口約為全國勞動人口之610%，占全國人口約3%
生產力偏低之主因
• 技術層次不高，無法大量自
動化施工
• 勞工大多無一定雇主，進退
頻繁
• 人力無法24小時作業
• 作業場所不固定，流動性。
產業特性
• 營建工程之生命週期大致可分為
企劃評估、規劃設計、細部設計、
招標發包、營造施工及維護管理
六個階段。
• 營造工程業主中，55.47%為公家
機關，44.53%為民間業主。
• 工程技術顧問機構已愈1000家，
從業人員約達15000人。建築工
會登記之建築師約為2238人。
全國產業自動化計劃
• 營建自動化推動之項目
–規劃設計自動化
–施工技術自動化
–營建管理自動化
–施工機具自動化
–營建材料自動化
–智慧型建築
預期成果
a.經濟方面
提高營建業生產力
提昇營建工程品質
縮短工期
b.社會方面
解決勞工短缺問題
保障勞工安全
c.環境方面
減少營建公害
改善施工環境
我國營建自動化推動之檢討
• 自動化定義
–早期之自動化定義只係機械化，
使生產過程自動化，可將人工
智慧型電腦應用於生產程序或
機械之控制，趨向無人化發展。
「舉凡能增進效率及效能，而
增加生產力之方式皆稱為自動
化」。
國內營建業相關問題
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市場不健全
制度不健全
產業結構不平衡
勞工短缺，技術人力不足
工程技術水準不足
– 國內營建業僅習於低科技、勞力密集之
傳統工法技術，對新科技之研發很少，
技術水準不易提昇。
營建自動化推動策略探討
• 1.軟體領域
– 電腦文書處理
– 電腦輔助設計(CAD)
– 電腦實體模擬(S.M)
– 電腦實境模擬(V.R)
– 專家系統(E.S)
– 資料庫管理(D.M)
– 資訊系統(IS)
– 人工智慧(AI)
2.硬體領域
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一般機器化
強化機械化
智慧型機械化
程序化機器人
遙控機器人
自主性機器人
機械人(智慧型機械)的
技術開發課題
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機械人需具備自體移動的能力
能適用於惡劣環境
以大尺寸、大重量的物體為對象
複雜的工作內容
推展施工的省力化
– 營建產業工業化，預鑄成品在省立化工法扮演先
頭角色
– 設計交由設計或顧問公司負責
政策面之探討
• 自動化的學習過程中，應避免著重於「船堅
炮利」之考量，應以「典章制度」為學習之
內容。
– 1.法令及組織，無完整體制，發展方向無一貫性
– 2.我國營造業本身之運作分為兩個團體運作，投
標及經營管理之營造團體，土木或專業包工團
體
– 3.發包制度係-推動營建自動化之阻力
– 4.重視公共工程之建設計劃，維護操作問題不予
重視。