楊國強委員提案的建筑機器人到底有多牛？
2020年全國兩會，全國政協(xié)委員、碧桂園主席楊國強聚焦建筑行業(yè)的機器人發(fā)展，并提出了《關(guān)于建立完善建筑機器人政策標準體系 加快建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級》。
他表示，新冠肺炎疫情對傳統(tǒng)建筑企業(yè)的開工和生產(chǎn)帶來較大困難。在這種情況下，零接觸、智能化生產(chǎn)的優(yōu)勢進一步凸顯，用機器人建房子的條件已經(jīng)具備。
顛覆傳統(tǒng)建筑業(yè)生產(chǎn)方式
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。
人機協(xié)同、智能機器人等先進技術(shù)正在改變基礎(chǔ)設(shè)施的傳統(tǒng)建造方式。市場研究與咨詢機構(gòu)Tractica最新報告認為，建筑業(yè)的顛覆時機已成熟，世界范圍內(nèi)越來越多的建筑公司正在整合機器人，以解決勞動力短缺問題，并從提高速度、效率、安全和利潤中獲益。
事實上，在數(shù)字化水平相對落后的建筑業(yè)，早已涌現(xiàn)了一批先行“試水”者，如今在工地上亦可看到部分機器人產(chǎn)品投入試用。
在日本、澳大利亞等國家的一些建筑工地上，已經(jīng)有機器人來從事焊接、安裝天花板、搬磚、讀圖定位等工作。
中國的傳統(tǒng)建筑產(chǎn)業(yè)痛在哪里？
相較于歐美成熟的建筑市場，我國的建筑產(chǎn)業(yè)還處在一個粗放的階段，當下面臨著諸多問題與挑戰(zhàn)。在愈來愈緊迫的技術(shù)革命背景下，作為傳統(tǒng)的勞動密集型產(chǎn)業(yè)的建筑行業(yè)仍有如建筑品質(zhì)欠佳、資源浪費巨大、安全問題突出、環(huán)境污染嚴重、生產(chǎn)效益低下等諸多短板。
這其中又以頻頻發(fā)生的安全問題最令人揪心，也正是建筑機器人產(chǎn)品在提高效率、提升品質(zhì)之外最重要的人文關(guān)懷和解決目標。
中國政府網(wǎng)2018年7月26日發(fā)布的《國務(wù)院安委辦通報上半年全國建筑業(yè)安全生產(chǎn)形勢》公告指出，2018年上半年建筑業(yè)1732起、死亡1752人，同比分別上升7.8％和1.4％，事故總量已連續(xù)9年排在工礦商貿(mào)事故第一位，事故起數(shù)和死亡人數(shù)自2016年起連續(xù)“雙上升”，建筑業(yè)事故總量持續(xù)保持在高位。
2019年，上海市長寧區(qū)發(fā)生廠房坍塌事故。該倒塌建筑目前正在改建中，改建廠房面積共3000平方，坍塌面積為1000平方左右。現(xiàn)場共救出被困人員25人，其中10人死亡、15人受傷。隨后，國務(wù)院安委會對上海市長寧區(qū)“5·16”重大建筑施工事故查處實行了掛牌督辦。
是什么讓碧桂園聚焦建筑機器人？
一家房地產(chǎn)公司，為什么突然進軍機器人產(chǎn)業(yè)？其實，這要從碧桂園這家企業(yè)的特點說起。在中國的房地產(chǎn)巨頭當中，碧桂園的樓盤一向以質(zhì)量穩(wěn)定和可靠而著稱。碧桂園之所以能夠做到這些，關(guān)鍵在于善用科技的力量。
舉個例子，碧桂園首創(chuàng)了“SSGF高質(zhì)量建造體系”，能夠通過鋁模及結(jié)構(gòu)拉縫技術(shù)，實現(xiàn)全混凝土現(xiàn)澆外墻體系，主體結(jié)構(gòu)一次澆筑成型，讓建造房屋也像3D打印一樣，免除外墻二次結(jié)構(gòu)和內(nèi)外抹灰，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)自防水，減少外墻、窗邊滲漏等質(zhì)量隱患。
如果能夠?qū)ⅰ癝SGF高質(zhì)量建造體系”與建筑機器人結(jié)合起來，運用在房屋的建造當中，就能夠大大減少對人工的依賴，進一步改善工人的工作環(huán)境。如今，碧桂園的地產(chǎn)板塊擁有超過2000個樓盤，每年建造幾十萬套房子，對砌磚機器人、鋪地磚機器人、外觀質(zhì)量檢查機器人等建筑機器人有著巨大的潛在需求。
如今，碧桂園確實正在研發(fā)建筑機器人；未來，一些碧桂園的業(yè)主將住上機器人建造的房屋。
建筑機器人，裝修機器人……建筑工人出身的楊國強在不同場合都表示，希望建房過程中繁重、重復(fù)、危險的部分工作能夠由機器人來完成，“它首先是符合我們對零傷亡和安全的追求，第二能使我們的質(zhì)量提升，第三能使我們的效率提升”。
機器人執(zhí)行建筑施工任務(wù)有著先天優(yōu)勢，如：地磚鋪貼機器人通過機械臂，能夠精準地實現(xiàn)抓取地磚和放置地磚，保證地磚平整度達0．5mm、地磚間縫隙為2mm，同時減少地磚的空鼓率。該產(chǎn)品的應(yīng)用可大幅減輕工人的勞動強度，同時提高地磚鋪貼的效率。
又如，外墻噴涂機器人代替了傳統(tǒng)施工中的高空作業(yè)，安全性大大提升，且工效比傳統(tǒng)人工提高了4至6倍；樓層清潔機器人能在粉塵環(huán)境下清掃施工現(xiàn)場樓層石頭、碎塊及灰塵，自動清空料盒等，清潔覆蓋率達90％，施工效率比人工提高1倍多等。
因此，碧桂園之所以會將目光投向建筑機器人，完全是需求使然。
截至目前，博智林機器人已投入近百億元，組建了3400多人的研發(fā)團隊，在研建筑機器人54款，有37款機器人投放工地測試應(yīng)用，填補了行業(yè)空白。截至5月中旬，博智林機器人已遞交專利有效申請2186項，已經(jīng)獲得授權(quán)419項，在關(guān)鍵領(lǐng)域擁有了一批自主核心技術(shù)。
此外，佛山順德機器人谷建設(shè)的科技研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化基地將在今年全面建成。
今年5月份，楊國強在碧桂園集團月度管理會議上表示：“這是我們未來強大競爭力的來源，我們要通過機器人建房子走向全世界，為社會的進步不懈努力?！?/span>
國際知名的建筑機器人產(chǎn)品公司
國外建筑機器人產(chǎn)品公司有大致兩種產(chǎn)品設(shè)計方向。一種是研發(fā)用來輔助和替代高強度、大量重復(fù)性勞動作業(yè)的機器人，以Construction Robotics砌磚機器人、nLink打孔機器人和Transforma Robotics的PictoBot墻面噴涂機器人為代表。
而另一種是幫助優(yōu)化建造流程，縮短工期，節(jié)約建造成本，以Transforma Robotics的QuicaBot建筑質(zhì)量檢測機器人和Doxel掃描機器人為代表。
Construction Robotics成立于2007年，總部位于美國紐約。該公司擁有自主研發(fā)的Semi－Automated Mason（SAM）半自動砌磚機器人和Material Unit Lift Enhancer（MULE）智能升降助手兩種產(chǎn)品。
SAM半自動砌磚機器人是世界上第一款真正投入現(xiàn)場砌筑工程的商用機器人。配合自主研發(fā)的3D磚塊測圖軟件，整套SAM系統(tǒng)能夠在8小時內(nèi)針對任意尺寸的墻面自主完成3000塊磚的堆砌工作，相當于普通工人工作量的數(shù)倍。同時，基于軟件端不斷更新的數(shù)據(jù)庫，SAM機器人能夠及時提供準確的、由數(shù)據(jù)驅(qū)動的分析報告。
Construction Robotics正積極拓展多個領(lǐng)域的合作伙伴和企業(yè)客戶。2018年，美國知名砌體承包商Berich Masonry將SAM半自動砌磚機器人和MULE智能升降助手應(yīng)用于科羅拉多州·恩格爾伍德一所小學(xué)的建造中。
得益于SAM高效且非常友好的操作系統(tǒng)，Berich Masonry已將SAM大規(guī)模運用在不同項目的砌磚環(huán)節(jié)中，最新的項目包括科羅拉多州·博爾德小鎮(zhèn)的社區(qū)醫(yī)院和隆娜特里市的醫(yī)療中心。
挪威nLink機器人公司成立于2012年，致力于運用機器人解決鉆孔問題，盡可能地減輕建筑工人進行頭頂混凝土天花板測量和鉆孔工作的負擔(dān)。
該公司研發(fā)出了世界上第一款可挪動的移動鉆孔機器人通過方便使用的控制程序和激光定位加以引導(dǎo)，保證了毫米級的工作精度和施工連續(xù)性，適用于各類建筑工地。
傳統(tǒng)的作業(yè)方式通常依靠沖擊鉆配合人工作業(yè)，效率低下、缺乏精準度，nLink設(shè)計的工業(yè)機器人控制系統(tǒng)易于操作，工人們只需經(jīng)過簡單培訓(xùn)便可以通過iPad遙控機器人。
Transforma Robotics（飛碼機器人私人有限公司）成立于2017年，由新加坡南洋理工大學(xué)孵化。世界頂級機器人與自動化專家、美國機械工程學(xué)會會士、美國電機電子工程學(xué)會會士陳義明教授領(lǐng)銜的科研團隊已完成前期研發(fā)工作并掌握了多項核心技術(shù)。
Transforma Robotics主要產(chǎn)品包括PictoBot墻面噴涂機器人、QuicaBot建筑質(zhì)量檢測機器人以及T－Cloud建筑機器人管控云平臺。經(jīng)過大量仿真環(huán)境測試，這些產(chǎn)品被證明在施工質(zhì)量、施工效率、運營成本、安全性能和環(huán)境保護等方面的表現(xiàn)明顯優(yōu)于傳統(tǒng)人工作業(yè)。
PictoBot墻面噴涂機器人采用AGV底盤，使用機械臂精準控制噴頭，支持手動遠程遙控和自主移動。借助于激光雷達、攝像頭、聲吶等傳感器，PictoBot能夠進行自主導(dǎo)航與定位，噴涂高達10米的墻壁和天花板，并且在黑暗中24小時連續(xù)不間斷工作。
PictoBot已經(jīng)在效率上進行了優(yōu)化，計劃之后進行實際施工環(huán)境測試，將以向建筑施工企業(yè)銷售為主。
QuicaBot建筑質(zhì)量檢測機器人除自主導(dǎo)航與定位外增加了傳感器進行墻體檢測，針對墻面、天花板、地面等的平整度、裂縫、清潔度等。當前中國人工檢測費用約為每戶1500－2000元，使用QuicaBot可以減少50％左右的人力和時間，同時減少34％左右的費用。
QuicaBot已進入小批量試產(chǎn)階段，接收了來自政府及相關(guān)單位、科研院所的訂單，先在真實的施工環(huán)境下進行測試，而后進行商業(yè)推廣，預(yù)計2019年年初能夠小批量出貨。
Doxel是一家美國建筑機器人公司，針對建筑施工領(lǐng)域的成本超支和工程進度延誤等問題，推出了基于人工智能的計算機視覺軟件，根據(jù)數(shù)據(jù)掃描為項目管理人員提供建設(shè)項目全程的進度追蹤、預(yù)算和質(zhì)量方面的實時反饋。
Doxel研發(fā)的機器人能夠每天用雷達對施工現(xiàn)場進行掃描，它的計算機視覺軟件能夠生成專有的AI算法，然后通過AI算法處理視覺數(shù)據(jù)、跟蹤施工進程、監(jiān)測施工質(zhì)量。
和輔助施工的建筑機器人產(chǎn)品相比，Doxel更大程度地參與了建造流程，機器人能夠提供任何時段的項目成本投入信息、建造進度信息以及項目完成周期的預(yù)測。
出現(xiàn)應(yīng)急情況時，機器人能根據(jù)數(shù)據(jù)實時反饋通知項目管理團隊及時處理問題。Doxel官方數(shù)據(jù)表明他們的實時進度跟蹤系統(tǒng)能夠?qū)㈨椖康慕ㄔ煨侍嵘?8％并且將項目的整體造價降低11％。
值得恭喜的是，Doxel在2018年年初獲得了Andreessen Horowitz領(lǐng)投的種子輪450萬美元資金，投資方包括Alchemist Accelerator， Pear Ventures， SV Angel和Steelhead Ventures。
建筑機器人發(fā)展的五大意義
01
解決勞動力短缺問題
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。
02
提高建造效率
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)不準確和溝通失誤等等因素。
而采用機器人技術(shù)，可使建造效率大獲提升。以歐美的標準民居為例，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。
03
助力構(gòu)建節(jié)約型社會
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集的行業(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40％。
事實上，若采用建筑機器人代替人工施工，通過合理規(guī)劃和精細化作業(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。
04
保障工人的生命安全
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。
05
高度還原設(shè)計理念
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。
傳統(tǒng)人工建造的建筑物通常與設(shè)計圖上顯示的都會有一些參數(shù)偏差，無法做到高度還原設(shè)計師的作品，但是建筑機器人卻可以達成設(shè)計師的愿望。
正如ETH Zurich的建筑與數(shù)字建造專家Gramazio ＆ Kohler所認為的那樣，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，也可在非標準建造上實現(xiàn)人手所無法實現(xiàn)的可能性。
結(jié)語
Tractica預(yù)測，對建筑機器人日益增長的興趣將推動市場收入從2018年的2270萬美元增加到2025年的2.26億美元。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。
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