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聚焦2020两会:杨国强委员提案的建筑机器人到底有多牛?

2020年全国两会,全国政协委员、碧桂园主席杨国强聚焦建筑行业的机器人发展,并提出了《关于建立完善建筑机器人政策标准体系 加快建筑业转型升级》。他表示,新冠肺炎疫情对传统建筑企业的开工和生产带来较大困难。在这种情况下,零接触、智能化生产的优势进一步凸显,用机器人建房子的条件已经具备。

颠覆传统建筑业生产方式

近百年来,虽然自然科学与工程技术领域的革新不断,建筑本身的形态和功能也大不相同,但建筑施工的业态形式却始终没有出现显著的变化。建筑行业是世界上数字化程度最低、自动化程度最低的行业之一。在既有的现代化技术体系中,最有可能承担起建筑业革新重任的便是机器人技术

据美国总承办商协会调查,目前有70%的建筑公司陷入缺乏技术工人的窘境,因为现在愿意从事那些脏活累活的人寥寥无几,在制造业与服务业转型升级的背景下,传统建筑业逐渐丧失对年轻一代的吸引力。建筑机器人的出现也将改变原有的传统建筑模式。

人机协同、智能机器人等先进技术正在改变基础设施的传统建造方式。市场研究与咨询机构Tractica最新报告认为,建筑业的颠覆时机已成熟,世界范围内越来越多的建筑公司正在整合机器人,以解决劳动力短缺问题,并从提高速度、效率、安全和利润中获益。

事实上,在数字化水平相对落后的建筑业,早已涌现了一批先行“试水”者,如今在工地上亦可看到部分机器人产品投入试用。

在日本、澳大利亚等国家的一些建筑工地上,已经有机器人来从事焊接、安装天花板、搬砖、读图定位等工作。

中国的传统建筑产业痛在哪里?

相较于欧美成熟的建筑市场,我国的建筑产业还处在一个粗放的阶段,当下面临着诸多问题与挑战。在愈来愈紧迫的技术革命背景下,作为传统的劳动密集型产业的建筑行业仍有如建筑品质欠佳、资源浪费巨大、安全问题突出、环境污染严重、生产效益低下等诸多短板。这其中又以频频发生的安全问题最令人揪心,也正是建筑机器人产品在提高效率、提升品质之外最重要的人文关怀和解决目标。

中国政府网2018年7月26日发布的《国务院安委办通报上半年全国建筑业安全生产形势》公告指出,2018年上半年建筑业1732起、死亡1752人,同比分别上升7.8%和1.4%,事故总量已连续9年排在工矿商贸事故第一位,事故起数和死亡人数自2016年起连续“双上升”,建筑业事故总量持续保持在高位。

2019年,上海市长宁区发生厂房坍塌事故。该倒塌建筑目前正在改建中,改建厂房面积共3000平方,坍塌面积为1000平方左右。现场共救出被困人员25人,其中10人死亡、15人受伤。随后,国务院安委会对上海市长宁区“5·16”重大建筑施工事故查处实行了挂牌督办。

是什么推动碧桂园聚焦建筑机器人?

一家房地产公司,为什么突然进军机器人产业?其实,这要从碧桂园这家企业的特点说起。在中国的房地产巨头当中,碧桂园的楼盘一向以质量稳定和可靠而著称。碧桂园之所以能够做到这些,关键在于善用科技的力量。

举个例子,碧桂园首创了“SSGF高质量建造体系”,能够通过铝模及结构拉缝技术,实现全混凝土现浇外墙体系,主体结构一次浇筑成型,让建造房屋也像3D打印一样,免除外墙二次结构和内外抹灰,实现结构自防水,减少外墙、窗边渗漏等质量隐患。

如果能够将“SSGF高质量建造体系”与建筑机器人结合起来,运用在房屋的建造当中,就能够大大减少对人工的依赖,进一步改善工人的工作环境。如今,碧桂园的地产板块拥有超过2000个楼盘,每年建造几十万套房子,对砌砖机器人、铺地砖机器人、外观质量检查机器人等建筑机器人有着巨大的潜在需求。如今,碧桂园确实正在研发建筑机器人;未来,一些碧桂园的业主将住上机器人建造的房屋。

建筑机器人,装修机器人……建筑工人出身的杨国强在不同场合都表示,希望建房过程中繁重、重复、危险的部分工作能够由机器人来完成,“它首先是符合我们对零伤亡和安全的追求,第二能使我们的质量提升,第三能使我们的效率提升”。

机器人执行建筑施工任务有着先天优势,如:地砖铺贴机器人通过机械臂,能够精准地实现抓取地砖和放置地砖,保证地砖平整度达0.5mm、地砖间缝隙为2mm,同时减少地砖的空鼓率。该产品的应用可大幅减轻工人的劳动强度,同时提高地砖铺贴的效率。

又如,外墙喷涂机器人代替了传统施工中的高空作业,安全性大大提升,且工效比传统人工提高了4至6倍;楼层清洁机器人能在粉尘环境下清扫施工现场楼层石头、碎块及灰尘,自动清空料盒等,清洁覆盖率达90%,施工效率比人工提高1倍多等。

因此,碧桂园之所以会将目光投向建筑机器人,完全是需求使然。

截至目前,博智林机器人已投入近百亿元,组建了3400多人的研发团队,在研建筑机器人54款,有37款机器人投放工地测试应用,填补了行业空白。截至5月中旬,博智林机器人已递交专利有效申请2186项,已经获得授权419项,在关键领域拥有了一批自主核心技术。此外,佛山顺德机器人谷建设的科技研发和产业化基地将在今年全面建成。

今年5月份,杨国强在碧桂园集团月度管理会议上表示:“这是我们未来强大竞争力的来源,我们要通过机器人建房子走向全世界,为社会的进步不懈努力。”

除了碧桂园,还有这些国际知名的建筑机器人产品公司

国外建筑机器人产品公司有大致两种产品设计方向。一种是研发用来辅助和替代高强度、大量重复性劳动作业的机器人,以Construction Robotics砌砖机器人、nLink打孔机器人和Transforma Robotics的PictoBot墙面喷涂机器人为代表。而另一种是帮助优化建造流程,缩短工期,节约建造成本,以Transforma Robotics的QuicaBot建筑质量检测机器人和Doxel扫描机器人为代表。

Construction Robotics

Construction Robotics成立于2007年,总部位于美国纽约。该公司拥有自主研发的Semi-Automated Mason(SAM)半自动砌砖机器人和Material Unit Lift Enhancer(MULE)智能升降助手两种产品。

SAM半自动砌砖机器人是世界上第一款真正投入现场砌筑工程的商用机器人。配合自主研发的3D砖块测图软件,整套SAM系统能够在8小时内针对任意尺寸的墙面自主完成3000块砖的堆砌工作,相当于普通工人工作量的数倍。同时,基于软件端不断更新的数据库,SAM机器人能够及时提供准确的、由数据驱动的分析报告。

Construction Robotics正积极拓展多个领域的合作伙伴和企业客户。2018年,美国知名砌体承包商Berich Masonry将SAM半自动砌砖机器人和MULE智能升降助手应用于科罗拉多州·恩格尔伍德一所小学的建造中。得益于SAM高效且非常友好的操作系统,Berich Masonry已将SAM大规模运用在不同项目的砌砖环节中,最新的项目包括科罗拉多州·博尔德小镇的社区医院和隆娜特里市的医疗中心。

nLink

挪威nLink机器人公司成立于2012年,致力于运用机器人解决钻孔问题,尽可能地减轻建筑工人进行头顶混凝土天花板测量和钻孔工作的负担。该公司研发出了世界上第一款可挪动的移动钻孔机器人通过方便使用的控制程序和激光定位加以引导,保证了毫米级的工作精度和施工连续性,适用于各类建筑工地。传统的作业方式通常依靠冲击钻配合人工作业,效率低下、缺乏精准度,nLink设计的工业机器人控制系统易于操作,工人们只需经过简单培训便可以通过iPad遥控机器人。

Transforma Robotics

Transforma Robotics(飞码机器人私人有限公司)成立于2017年,由新加坡南洋理工大学孵化。世界顶级机器人与自动化专家、美国机械工程学会会士、美国电机电子工程学会会士陈义明教授领衔的科研团队已完成前期研发工作并掌握了多项核心技术。

Transforma Robotics主要产品包括PictoBot墙面喷涂机器人、QuicaBot建筑质量检测机器人以及T-Cloud建筑机器人管控云平台。经过大量仿真环境测试,这些产品被证明在施工质量、施工效率、运营成本、安全性能和环境保护等方面的表现明显优于传统人工作业。

PictoBot墙面喷涂机器人采用AGV底盘,使用机械臂精准控制喷头,支持手动远程遥控和自主移动。借助于激光雷达、摄像头、声呐等传感器,PictoBot能够进行自主导航与定位,喷涂高达10米的墙壁和天花板,并且在黑暗中24小时连续不间断工作。PictoBot已经在效率上进行了优化,计划之后进行实际施工环境测试,将以向建筑施工企业销售为主。

QuicaBot建筑质量检测机器人除自主导航与定位外增加了传感器进行墙体检测,针对墙面、天花板、地面等的平整度、裂缝、清洁度等。当前中国人工检测费用约为每户1500-2000元,使用QuicaBot可以减少50%左右的人力和时间,同时减少34%左右的费用。QuicaBot已进入小批量试产阶段,接收了来自政府及相关单位、科研院所的订单,先在真实的施工环境下进行测试,而后进行商业推广,预计2019年年初能够小批量出货。

Doxel

Doxel是一家美国建筑机器人公司,针对建筑施工领域的成本超支和工程进度延误等问题,推出了基于人工智能的计算机视觉软件,根据数据扫描为项目管理人员提供建设项目全程的进度追踪、预算和质量方面的实时反馈。

Doxel研发的机器人能够每天用雷达对施工现场进行扫描,它的计算机视觉软件能够生成专有的AI算法,然后通过AI算法处理视觉数据、跟踪施工进程、监测施工质量。和辅助施工的建筑机器人产品相比,Doxel更大程度地参与了建造流程,机器人能够提供任何时段的项目成本投入信息、建造进度信息以及项目完成周期的预测。出现应急情况时,机器人能根据数据实时反馈通知项目管理团队及时处理问题。Doxel官方数据表明他们的实时进度跟踪系统能够将项目的建造效率提升38%并且将项目的整体造价降低11%。

值得恭喜的是,Doxel在2018年年初获得了Andreessen Horowitz领投的种子轮450万美元资金,投资方包括Alchemist Accelerator, Pear Ventures, SV Angel和Steelhead Ventures。

建筑机器人发展的五大意义

1、解决劳动力短缺问题

建筑机器人是人力资源日益短缺的必然选择。随着社会老龄化趋势的不断加速,青壮年劳动力的供给将日益紧缺。加之建筑业所具有的“危、繁、脏、重”属性,若未来建筑业不能成功去除这些不利标签,“重塑” 自我形象,势必无法吸引年轻劳动力进入这一行业。

美国劳工统计局报告显示,过去12个月,美国建筑行业新增岗位达到33万个。即便建筑业有着数十万计的岗位空缺,而80%的建筑公司都找不到合适的工人。澳大利亚2015年该国泥瓦匠的平均年龄已达55岁,若短期内无法吸引更多的年轻人加入,5~10年之内该国便面临无工可用的尷尬局面。

2、提高建造效率

建筑机器人是营建效率急需提升的必由之路。在现在的建筑施工中,虽然已有大量机械设备参与,但更多的工序还是有赖于手工作业,导致建造周期绵长,少则数月,多至数年。饱受低效之苦,只有11%的承包商认为工地非常高效。建筑物流方面的问题对劳动生产率产生50%及以上的影响,还有设计返工、项目数据不准确和沟通失误等等因素。

而采用机器人技术,可使建造效率大获提升。以欧美的标准民居为例,传统人工作业的平均建造周期约为6~9个月,但若采用最新的机器人3D打印技术,建造周期可大幅缩短至1~2天。

这意味着遭遇地震、恐怖袭击、泥石流等灾难后,可以快速完成居所重建,保障居民的基本生存条件,这在以往是无法想象的。

3、助力构建节约型社会

建筑机器人是构建节约型社会的时代诉求。建筑业属于资源需求极为密来的行业,而传统的手工作业方式又流于粗放,建材使用不能精确控制,导致营建过程的材料浪费极为巨大。据美国有关部门测算,一栋普通民居建造过程的材料浪费率高达40%。

事实上,若采用建筑机器人代替人工施工,通过合理现划和精细化作业,可大幅减少原材料浪费,甚至实现零浪费,利用机器人技术也可以实施老旧建筑材料的回收再利用。这些无形之中将会降低建筑成本,也符合构建节约型社会的时代价值要求。

4、保障工人的生命安全

建筑机器人是保障施工人员安全、提升工作品质的必然选择。建筑业是公认的高危行业,伤亡率仅次于矿山与交通事故之后。例如在美国,建筑业每年造成约40万人的死伤,死亡率极高已成为严重的社会问题。

另外,建筑施工人员的工作条件极差,繁重的操作,充斥着泥浆、粉尘、噪声、震动等工作环境,极大地危害着从业人员的身心健康,导致职业病高发。若要将建筑工人从中解脱出来,就现有技术发展水平来看,机器人技术或是破解这一难题最佳,也可能是唯一的途径。

在英国,建筑行业造成了31%的工作死亡和10%的重大工伤。在南非,建筑工地每年造成150人死亡,大约400人受伤。在中国,《2018年上半年全国建筑业安全生产形势》的通报指出,全国事故总量持续保持在高位,上半年全国建筑业共发生生产安全事故1732起、死亡1752人。

5、高度还原设计理念

从建筑技术的演进与革新的角度出发,机器人技术有望搭建起连接设计概念与实体之间直接沟通的桥梁,使得建筑师的构想能够更为快速地变为现实。

传统人工建造的建筑物通常与设计图上显示的都会有一些参数偏差,无法做到高度还原设计师的作品,但是建筑机器人却可以达成设计师的愿望。

正如ETH Zurich的建筑与数字建造专家Gramazio & Kohler所认为的那样,以建筑机器人为代表的数字化建造(Digital fabrication) 技术是连接数字世界和物质世界的有力工具,它让在虚拟环境进行的创意和设计,从数字信息进一步变成物质的现实。建筑机器人技术在重复生产上更有效率,也可在非标准建造上实现人手所无法实现的可能性。

结语

Tractica预测,对建筑机器人日益增长的兴趣将推动市场收入从2018年的2270万美元增加到2025年的2.26亿美元。建筑机器人作为一个具有极大发展潜力的新兴技术,有望实现“更安全、更高效、更绿色、更智能”的信息化营建,整个建筑业或借机完成跨越式发展。建筑业在我国属于支柱产业,这一庞大的内需市场为我国建筑机器人的发展壮大提供强有力的保障。数年来,我国在工业机器人、特种机器人以及机器人通用技术方面已经积累了较多的经验,并储备了大量人才,加之国家大力倡导创新的利好局势,建筑机器人未来在我国必将取得长足的发展。

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