在過去一年的時間里，房地產(chǎn)龍頭企業(yè)碧桂園在機器人領(lǐng)域頻頻進行大動作，斥800億巨資投入機器人領(lǐng)域。董事會主席楊國強更是在1月份的年會上宣布了碧桂園最新業(yè)務(wù)架構(gòu)。重點布局的就是建筑機器人，作為建筑工人出身的他，一直有一個科技夢，認(rèn)為重復(fù)的高強度勞動應(yīng)該得到改善，機器人造房子只是時間問題。

建筑業(yè)現(xiàn)狀

隨著人口紅利的消失，中國的建筑業(yè)面臨著巨大的人工成本壓力，以及高危、生產(chǎn)效率低等一系列難題。近百年來，雖然自然科學(xué)與工程技術(shù)領(lǐng)域的革新不斷，建筑本身的形態(tài)和功能也大不相同，但建筑施工的業(yè)態(tài)形式卻始終沒有出現(xiàn)顯著的變化。建筑行業(yè)是世界上數(shù)字化程度最低、自動化程度最低的行業(yè)之一。在既有的現(xiàn)代化技術(shù)體系中，最有可能承擔(dān)起建筑業(yè)革新重任的便是機器人技術(shù)。

據(jù)美國總承辦商協(xié)會調(diào)查，目前有70%的建筑公司陷入缺乏技術(shù)工人的窘境，因為現(xiàn)在愿意從事那些臟活累活的人寥寥無幾，在制造業(yè)與服務(wù)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的背景下，傳統(tǒng)建筑業(yè)逐漸喪失對年輕一代的吸引力。建筑機器人的出現(xiàn)也將改變原有的傳統(tǒng)建筑模式。

建筑機器人發(fā)展背景及意義

提高生產(chǎn)效率

建筑機器人是營建效率急需提升的必由之路。在現(xiàn)在的建筑施工中，雖然已有大量機械設(shè)備參與，但更多的工序還是有賴于手工作業(yè)，導(dǎo)致建造周期綿長，少則數(shù)月，多至數(shù)年。飽受低效之苦，只有11%的承包商認(rèn)為工地非常高效。建筑物流方面的問題對勞動生產(chǎn)率產(chǎn)生50%及以上的影響，還有設(shè)計返工、項目數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確和溝通失誤等等因素。

過去20年，美國建筑業(yè)平均年生產(chǎn)率增加僅僅只有1%

而采用機器人技術(shù)，可使建造效率大獲提升。以歐美的標(biāo)準(zhǔn)民居為例，傳統(tǒng)人工作業(yè)的平均建造周期約為6~9個月，但若采用最新的機器人3D打印技術(shù)，建造周期可大幅縮短至1~2天。

這意味著遭遇地震、恐怖襲擊、泥石流等災(zāi)難后，可以快速完成居所重建,保障居民的基本生存條件，這在以往是無法想象的。

2保障人員安全

建筑機器人是保障施工人員安全、提升工作品質(zhì)的必然選擇。建筑業(yè)是公認(rèn)的高危行業(yè)，傷亡率僅次于礦山與交通事故之后。例如在美國，建筑業(yè)每年造成約40萬人的死傷，死亡率極高已成為嚴(yán)重的社會問題。

另外，建筑施工人員的工作條件極差，繁重的操作，充斥著泥漿、粉塵、噪聲、震動等工作環(huán)境，極大地危害著從業(yè)人員的身心健康，導(dǎo)致職業(yè)病高發(fā)。若要將建筑工人從中解脫出來，就現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展水平來看，機器人技術(shù)或是破解這一難題最佳，也可能是唯一的途徑。

在英國，建筑行業(yè)造成了31%的工作死亡和10%的重大工傷。在南非，建筑工地每年造成150人死亡，大約400人受傷。在中國，《2018年上半年全國建筑業(yè)安全生產(chǎn)形勢》的通報指出，全國事故總量持續(xù)保持在高位，上半年全國建筑業(yè)共發(fā)生生產(chǎn)安全事故1732起、死亡1752人。

各個國家建筑施工死亡率

勞動力短缺的必然選擇

建筑機器人是人力資源日益短缺的必然選擇。隨著社會老齡化趨勢的不斷加速，青壯年勞動力的供給將日益緊缺。加之建筑業(yè)所具有的“危、繁、臟、重”屬性，若未來建筑業(yè)不能成功去除這些不利標(biāo)簽，“重塑” 自我形象，勢必?zé)o法吸引年輕勞動力進入這一行業(yè)。

美國勞動統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)：過去12個月建筑行業(yè)新增33萬個新崗位

80%的建筑公司找不到合適的員工

美國勞工統(tǒng)計局報告顯示，過去12個月，美國建筑行業(yè)新增崗位達(dá)到33萬個。即便建筑業(yè)有著數(shù)十萬計的崗位空缺，而80%的建筑公司都找不到合適的工人。澳大利亞2015年該國泥瓦匠的平均年齡已達(dá)55歲，若短期內(nèi)無法吸引更多的年輕人加入，5~10年之內(nèi)該國便面臨無工可用的尷尬局面。

構(gòu)建節(jié)約型社會的時代訴求

建筑機器人是構(gòu)建節(jié)約型社會的時代訴求。建筑業(yè)屬于資源需求極為密來的行業(yè)，而傳統(tǒng)的手工作業(yè)方式又流于粗放，建材使用不能精確控制，導(dǎo)致營建過程的材料浪費極為巨大。據(jù)美國有關(guān)部門測算，一棟普通民居建造過程的材料浪費率高達(dá)40%。

事實上，若采用建筑機器人代替人工施工，通過合理現(xiàn)劃和精細(xì)化作業(yè)，可大幅減少原材料浪費，甚至實現(xiàn)零浪費，利用機器人技術(shù)也可以實施老舊建筑材料的回收再利用。這些無形之中將會降低建筑成本，也符合構(gòu)建節(jié)約型社會的時代價值要求。

實現(xiàn)人與自然和諧發(fā)展

建筑機器人是實現(xiàn)人與自然和諧發(fā)展的有效途經(jīng)。傳統(tǒng)建筑施工均為“侵入式”開發(fā)，先開挖破壞原有植被，這一方式對于自然環(huán)境的破壞性很大。另一方面，建筑施工期間產(chǎn)生的固體垃圾、廢水、有毒有害物化學(xué)物質(zhì)也會對環(huán)境產(chǎn)生很大危害。此外，水泥、鋼材、玻璃等原材料的生產(chǎn)，對于環(huán)境的污染也很大。

在倡導(dǎo)環(huán)保的時代大背景下，如何實現(xiàn)更具環(huán)境友好性的營建開發(fā)、減少垃圾及廢物排放、提高原材料的利用率，均是時代對于建筑業(yè)革新的迫切要求。而以建筑機器人為代表的未來數(shù)字化營建技術(shù)，有望徹底重塑建筑業(yè)的面貌，實現(xiàn)真正的綠色環(huán)保、無污染的營建。

搭建設(shè)計概念與實體間直接溝通的橋梁

從建筑技術(shù)的演進與革新的角度出發(fā)，機器人技術(shù)有望搭建起連接設(shè)計概念與實體之間直接溝通的橋梁，使得建筑師的構(gòu)想能夠更為快速地變?yōu)楝F(xiàn)實。正如ETH Zurich的建筑與數(shù)字建造專家Gramazio & Kohler所認(rèn)為的那樣，以建筑機器人為代表的數(shù)字化建造(Digital fabrication) 技術(shù)是連接數(shù)字世界和物質(zhì)世界的有力工具，它讓在虛擬環(huán)境進行的創(chuàng)意和設(shè)計，從數(shù)字信息進一步變成物質(zhì)的現(xiàn)實。建筑機器人技術(shù)在重復(fù)生產(chǎn)上更有效率，也可在非標(biāo)準(zhǔn)建造上實現(xiàn)人手所無法實現(xiàn)的可能性。

全球重點建筑機器人企業(yè)

挪威 nLink

傳統(tǒng)的作業(yè)方式依靠人工＋沖擊鉆，效率低下缺乏精度并且昂貴。挪威 nLink的移動機器人專為解決鉆孔問題而設(shè)計，適用于各種建筑工地環(huán)境。

他們使用成本相對低廉的標(biāo)準(zhǔn)化元件進行生產(chǎn)，操作系統(tǒng)則完全由自己設(shè)計。與現(xiàn)有的工業(yè)機器人控制系統(tǒng)相比，系統(tǒng)更友好，工人們只需經(jīng)過簡單培訓(xùn)，就可以通過ipad來遙控機器人了。

目前租用他們機器人一天的花費大概為2000美金。在各種實際操作中，挪威 nLink比傳統(tǒng)的人工方式普遍能快5-10倍。

澳大利亞 Fastbrick Robotics

澳大利亞科技公司 Fastbrick Robotics 設(shè)計 3D 建筑機器人 Hadrian X，工作效率是人工的 4 倍。24 小時連續(xù)工作的話， Hadrian X 兩天內(nèi)就可以建好一座房子。它可以讀懂圖紙，通過 3D 掃描技術(shù)，精確地計算出每一塊磚頭的位置，比建筑工人精準(zhǔn)不少。

美國 ConstructionRobotics

位于紐約維克多Construction Robotics公司，在科羅拉多州恩格爾伍德市的一個建筑工地上，工人們花了幾周時間學(xué)習(xí)如何操作砌磚機器人SAM(半自動泥水匠，Semi-Automated Mason)。該機器人價值40萬美元(約253萬元)，能在8小時內(nèi)砌好3000塊磚石，是普通工人工作量的數(shù)倍。

但 SAM 并非完全無需人力支援，建筑工人仍需將磚塊運送到輸送帶上，然后 SAM 才能以機械手臂將砂漿打漿，再把磚塊放到墻上。而另一個建筑工人需要清理多余的砂漿，所以暫時也不會導(dǎo)致工人無工可做。

日本清水建設(shè)

1982年，日本建筑公司清水建設(shè)“鋼骨架噴涂耐火覆蓋材料的SSR—Ⅰ型機器人”曾是世界上第一臺實際應(yīng)用于建筑施工的機器人。之前公開了一處實驗設(shè)施，那里匯集了一批將 “上崗” 的建筑機器人，包括自動焊接的 “焊接機器人” 和安裝天花板的 “天花板施工機器人”。

建筑機器人的應(yīng)用領(lǐng)域及種類

早期，歐美等發(fā)達(dá)國家對于建筑機器人的研究從未中斷，但遺憾的是這些設(shè)備一直未能投入應(yīng)用。 直到近幾年，才陸續(xù)有一些系統(tǒng)走出實驗室，被應(yīng)用于實際之中。

如今的建筑機器人種類不斷增多，應(yīng)用的領(lǐng)域有混凝土預(yù)制大板生產(chǎn)線、鋼筋骨架成型、模板組合與拆卸、大型容器組裝、焊接及噴漆、混凝土布料、空調(diào)風(fēng)管檢查及清理、外墻飾面檢查、地面壓光與清掃等等。種類有測繪機器人、砌墻機器人、預(yù)制板機器人、施工機器人、鋼梁焊接機器人、混凝土噴射機器人、施工防護機器人、地面鋪設(shè)機器人、裝修機器人、清洗機器人、隧道挖掘機器人、拆除機器人、巡檢機器人等在內(nèi)的龐大家族。

◆◆具有代表性◆◆

墻體砌筑機器人

墻/地面施工機器人

清拆/清運作業(yè)機器人

3D打印建筑機器人

飛行建造機器人系統(tǒng)

發(fā)展措施與建議

（1）加速傳統(tǒng)建筑設(shè)備的機器人化改造

對現(xiàn)有的建筑施工設(shè)備進行機器人化改造，是發(fā)展建筑機器人技術(shù)并使其快速投入應(yīng)用的一條捷徑。例如，對于建筑用工程施工車輛，如挖據(jù)機、推土機、壓路機、渣土車等，可基于遙操作、自主導(dǎo)航與避障，路徑規(guī)劃與運動控制、智能環(huán)境感知、無人駕駛等技術(shù)對其進行改造，實現(xiàn)相關(guān)車輛操作的遙控化、半自主化，甚至完全自主化，減少操作人員的工作負(fù)擔(dān)、優(yōu)化工作環(huán)境、提升作業(yè)安全性和效率，推進施工作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化和精細(xì)化。參照這一模式， 亦可考慮對塔吊、起重機等提舉系統(tǒng)進行遙操作改造，通過遠(yuǎn)程遙控操作徹底解除施工人員的安全威脅。

（2）促進即有機器人技術(shù)在建筑業(yè)中的應(yīng)用

目前研發(fā)的很多機器人技術(shù)均屬于通用技術(shù)。它們在建筑業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景。例如，在環(huán)境感知與建模方面，可利用無人飛行器(UAV)、輪式/履帶機器人等移動平臺搭載激光雷達(dá)，結(jié)構(gòu)光攝像頭、3D視覺等環(huán)境感知設(shè)備，基于多源信息融合、同時定位與地圖創(chuàng)建(SLAM) 等環(huán)境建模技術(shù)，實現(xiàn)建筑物內(nèi)外結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境的自主列繪與3D建模；利用UAV井配合SLAM技術(shù)，實現(xiàn)土方開挖、廢料清運及結(jié)構(gòu)物施工進度及工程量的實時監(jiān)測，為大尺度施工作業(yè)中多設(shè)備任務(wù)優(yōu)化與協(xié)調(diào)提供鋪墊。再如，基于機械手，移動機器人底盤搭建的通用移動操作平臺，有望替代人工完成諸如砌筑，抹灰、平整、拋光、編織、鋪貼、鉆孔等很多操作。

（3）大力推動建筑業(yè)專用機器人系統(tǒng)研發(fā)

毋庸置疑，建筑業(yè)有其獨有的特殊性，故通用技術(shù)不可能解決所有問題。為了能夠更好地實施營建，根據(jù)建筑業(yè)之特性研發(fā)專用建筑機器人，是極其必要的。例如，3D打印建筑機器人的突出代表“輪廓工藝”技術(shù)，針對房屋施工的各種特殊需求，進行了有效的針對設(shè)計，最終才成就了該系統(tǒng)直接打印包括水電管線在內(nèi)的完整房屋的能力。噴漿機器人、ERO混凝土回收機器人等，均是針對建筑業(yè)的特殊需要定制研發(fā)的。這一方面的工作，后續(xù)要進一步加大力度。

（4）協(xié)同推進適應(yīng)于機器化隨工的新型建筑結(jié)構(gòu)及建材研究

為了充分發(fā)揮建筑機器人的優(yōu)勢，傳統(tǒng)的建筑形式與施工模態(tài)必然要作出相應(yīng)的改變。目前來看較為可行的選徑是采用模塊化結(jié)構(gòu)，利用機器人進行模塊的預(yù)制、組裝，這將大幅減小機器人的作業(yè)難度，同時可有效提高新建筑的營建速度。另外，新型建材的研發(fā)也要同步推進。例如，3D打印建筑機器人對于混凝上的流動性、凝固速度等有很高的要求；實施飛行營建則要求各模塊間具有主動結(jié)合的能力。

結(jié)語

建筑機器人作為一個具有極大發(fā)展?jié)摿Φ男屡d技術(shù)，有望實現(xiàn)“更安全、更高效、更綠色、更智能”的信息化營建，整個建筑業(yè)或借機完成跨越式發(fā)展。建筑業(yè)在我國屬于支柱產(chǎn)業(yè)，這一龐大的內(nèi)需市場為我國建筑機器人的發(fā)展壯大提供強有力的保障。數(shù)年來，我國在工業(yè)機器人、特種機器人以及機器人通用技術(shù)方面已經(jīng)積累了較多的經(jīng)驗，并儲備了大量人才，加之國家大力倡導(dǎo)創(chuàng)新的利好局勢，建筑機器人未來在我國必將取得長足的發(fā)展。