400米云端建功！北石化移动焊接机器人成功应用于海南中心超高层建设

随着我国超高层建筑不断突破天际线，钢结构施工正朝着高强钢、厚板、异形截面、超长焊缝的方向快速演进，对现场焊接技术提出了几近苛刻的要求。超高层外框巨型柱的对接焊，无一例外都在超高空、悬挑临边的极端环境下进行，作业时须搭设临时焊接平台，四周临空，脚下就是数百米深渊。在如此复杂的工况下，常规半自动气体保护焊不仅难以保证持续稳定的焊接质量，还严重依赖焊工的个人状态与经验，人为因素影响大，焊接连续性差。尤其当施工进入桁架层，焊接量陡然增加数倍，传统人工作业模式捉襟见肘，常常成为制约工期进度的瓶颈。因此，研发能够应用于超高层现场施工的自动化焊接装备，早已不是锦上添花，而是势在必行。

就在这样的行业呼唤中，我校机械工程学院能源工程先进连接技术中心罗雨老师研究团队携自主研发的超高层钢结构外框巨柱焊接机器人，奔赴我国南端的标志性工程——海南中心项目，实现自研智能焊接机器人装备在400米高空重大工程的落地应用与实战检验。这也是我校自主研发的便携式移动焊接机器人首次在全球强台风区400米级超高层工程中实现实景应用。

海南中心是海南省第一高楼，全球强台风区唯一400米+超高层，采用斜撑框架+核心筒+伸臂桁架结构，抗震设防烈度达到8度，能抵抗17级超强台风，设计高度428米，地上94层，地下4层，共98层，外框由8根巨大钢管柱组成，最大截面处直径达4.2米，钢板80mm厚如壁垒。当施工推进至90层时，作业面已达四百多米高空，正是检验特种焊接机器人装备真实本领的绝佳考场。

为了确保这次高空实战应用万无一失，研究团队与项目承建方中建三局集团公司展开深度技术对接。双方在会议室和云端作业面来回奔波，多次爬上正在施工的九十层外框平台实地踏勘，围绕巨柱的坡口形式、焊接工艺参数、机器人上高路径、平台承载、防风措施以及突发情况应急预案，逐一论证，反复推敲。

本项目研发的五自由度便携式移动焊接机器人，整机采用模块化分体设计，支持各功能模块快速拆装、独立转运，完美适配超高层狭小高空作业空间。针对400余米高空施工转运难题，课题组联合施工方制定模块化拆分转运方案：将自适应柔性导轨、焊枪运动模组、激光视觉传感单元、控制柜、送丝机构等部件拆分后，通过施工电梯分批运送至90层高空平台，再由课题组师生与现场施工人员协同完成模块对接、线路接驳与整机拼装。

高空巨柱焊接对机器人自动焊设备的先进性及稳定性要求极高，一旦出现焊接质量问题，巨柱返修工作量大、工期延误、经济损失巨大，焊接过程容不得半点疏漏。课题组罗老师顶住现场施工压力，前期对整机方案反复推演校核，力求设备各项性能做到万无一失。工程应用现场地处海南，彼时当地烈日炎炎，高空平台钢板经连日暴晒，表面温度时常突破五十摄氏度。罗雨老师带领研究生团队，挤在不足三平方米狭小作业平台上，逐一完成机器人各模块重组装配、气路与线缆接驳；为使机器人适配高空阵风干扰与巨柱筒体微小曲率误差，团队在平台上反复标定激光视觉传感器、精细调试电弧跟踪系统，常常从早至晚持续作业。连日高空高强度攻坚，大家手套磨破数双，皮肤被烈日晒得黝黑，而机器人每一次空载行走、每一轮模拟引弧的运行状态都愈发稳定可靠。正如罗雨老师所说：“我们必须在高空实战应用前让机器达到百分之百的状态，这是对工程负责，也是对高空中的自己负责。”

此次高空实战应用期间，海口的室外气温逼近四十摄氏度，四百米高空的悬挑平台没有一丝遮挡。罗雨老师和研究生们身着全套安全带，在安全员的全程监护下，开始从平台向外延伸的钢梁上跨越。那根仅容一人通行的钢梁，是通往巨柱焊接点的唯一路径，下方就是缩微成点的城市街景。师生们动作沉稳，一步一扣安全锁，依次抵达紧贴巨柱的焊接工位。

随着传来“就位，可以启动”的指令，研究生沉稳地拨动控制开关。机器人如同一位久经沙场的工匠，沿轨道缓缓爬至焊缝起始点，激光传感器瞬间扫描并自动识别坡口形状和偏差，焊枪精准对中。弧光骤起，在蔚蓝天幕与钢铁巨柱之间划出一道明亮而平稳的火焰，熔池形态稳定、铺展均匀，层层多道焊缝被自动规划并依次填满，每一道摆动、每一次抬弧都精确到位。焊接过程中，师生们紧盯着监控屏幕上的电流、电压、送丝速度和熔池影像，确保外界风扰和高温对焊接质量的干扰被降到最低。

实战当天经过数小时的连续自动作业，最后一道盖面焊缝完美收弧。机器人退回到位，焊接区域逐渐冷却，露出一条银灰色的焊缝，鱼鳞纹均匀细腻，成型饱满美观。现场响起热烈的掌声和欢呼声，许多人眼中闪烁着激动的泪光。超声检测结果显示，焊缝内部质量完全达到一级标准，无任何缺陷。这意味着，在四百多米的高空，面对厚板、长焊缝和高空恶劣环境的三重考验，移动焊接机器人的首次高空实战应用取得圆满成功。

“传统人工在这样的高度施焊，不仅要求焊工具备超强的心理素质，高温、大风和体力消耗还会导致注意力下降，焊接质量波动很难避免。”中建三局钢构科技有限公司现场负责人难掩兴奋，“北石化这台机器人实现了自动寻位、多层多道连续焊接，焊缝一致性令人惊叹，解决了超高层钢结构现场焊接的“卡脖子”难题，对后续施工具有里程碑意义。”

罗老师望着矗立云端的巨柱和已经冷却的完美焊缝，语气平静却有力：“从实验室到四百米高空，这一步非常艰难。能够让科研成果直接在国家重大标志性工程中接受检验并一次成功，是产学研深度融合的最佳回馈。我们的学生在这片悬空的钢铁舞台上，不仅验证了技术，更锤炼了担当。”

一位研究生擦去满脸汗珠，笑着对同伴说：“我们是真把论文写在四百米高空了，这份带着电弧光的“热烈”，一辈子都忘不了。”这句带着青春气息的话语，恰是当代青年科技工作者勇攀高峰、不畏艰险的生动注脚。

此次高空实战应用，不仅全面验证了超高层外框巨柱焊接机器人在极端工况下的可靠性和先进性，更形成了一套可复制、可推广的自动化焊接施工方案。未来，这一技术有望在更多超高层、大跨度桥梁、海上风电等钢结构安装场景中推广应用，为“中国建造”向智能化、无人化转型提供坚实支撑。北京石油化工学院机械工程学院也将以此次成功为新的起点，持续深耕智能建造装备研发，把更多的创新成果书写在祖国最需要的高空、深地和大海之上。

便携式移动焊接机器人项目组研究生人员名单