機器人在各個行業的應用看似已經十分平常，然而，對于和我們生活息息相關的建筑業而言，機器人技術仍然是新鮮事物。關于建筑和機器人，真相到底是什么？

一 、建筑業現狀

中國被稱作建筑大國，擁有世界上最大的建筑市場。統計數據顯示，2017年建筑業總產值21萬億，預計在2018年將超過美國，成為世界第一建筑大國，占據全球建筑業產值的19.1%。隨著人工智能等技術發展，為建筑工業化及智能建造的發展提供了可能。建筑機器人是支撐智能建造的重要裝備，然而作為支撐建筑產業未來的建筑機器人，并沒有得到大家的充分關注。

自1945年以來，制造業、零售業和農業的生產率增長了150%，但建筑業的生產率幾乎沒有增長。建筑行業是世界上數字化程度最低、自動化程度最低的行業之一。數據顯示，40%的建筑公司仍然在工作中使用紙質計劃,近50%的建筑專業人員手工準備和處理日常報告,只有18%的公司報告說他們一直使用移動應用程序來訪問項目數據和協作，近60%的建筑公司沒有研究任何新技術。

在10年內，全面的數字化、自動化可以在設計、工程和建設階段節省0.7-1.2萬億美元(13- 21%)，在運營階段節省0.3-0.5萬億美元(10-17%)，人工智能和機器人有潛力到2035年將建筑業的利潤提高71%。對建筑公司來說，機器人是一個有吸引力的解決方案，機器人將徹底改變建筑業。

二、建筑行業痛點

1.  勞動力短缺

勞動力短缺一直是建筑公司面臨的主要挑戰，美國勞工統計局報告顯示，過去12個月，美國建筑行業新增崗位達到33萬個。即便建筑業有著數十萬計的崗位空缺，而80%的建筑公司都找不到合適的工人。

美國勞動統計局數據：過去12個月建筑行業新增33萬個新崗位

80%的建筑公司找不到合適的員工

據了解，美國年輕建筑工人的比例從2005年到2016年下降了30%。56%的建筑商表示，他們受到熟練工人短缺的影響，僅2016年就有20萬個建筑職位空缺。建筑行業的員工流動率達21.4%，在所有行業內比例最高。而平均每一個流失的員工將會給企業造成員工基本工資16%-20%的損失。極大的員工流失率，成為企業的沉重負擔。建筑工人的短缺，建筑行業薪水的日益提升，并沒有提升建筑工人的工作滿意度，26%的建筑工人表示，他們對缺乏相應的工具感到沮喪，因為他們需要這些工具來更好地完成工作。

目前，全世界有超過1.8億人從事建筑業。2017年，該行業新增21萬個就業崗位，比2016年增長35%。57%的承包商預計在未來6個月雇傭更多工人。

建筑業作為中國的支柱產業，也正面臨勞動力極其短缺的問題。2016年，中國建筑業從業人數5185.24萬，仍無法滿足日益增長的職位需求；而且，從事建筑業的年輕人占比例小，80后和90后各占比20.4%和10%，60后和70后分別占比27.3%和32.1%，年齡出現斷層。

2.  施工安全性差

建筑工作是一項危險的陸上工作。我們通常所指的建筑類工作通常包括建造房屋、道路、樹木堡壘、工作場所以及維修和保養基礎設施。這些工作包括許多危險的任務和相對惡劣的條件，如工作的高度，噪音，灰塵、毒害、輻射、電動工具和設備等。建筑業最常見的死亡原因有四種:高空墜落、被物體擊中、觸電以及被夾在兩個物體之間。在過去的幾年里，發展中國家和不發達國家的建筑工作一直在增加。隨著這類工作的增加，職業死亡人數也在增加。

不可否認，建筑業是一個危險的行業。在美國25個最危險的工作中，有9個來自于建筑業，(屋頂工、工地監工、設備操作員、暖通技術人員，以及其他建筑工作都在名單之列)。在美國，建筑業僅占工人總數的6%，但卻占與工作場所相關死亡人數的21%；2015年美國建筑工人的死亡人數比2012年增加了16%。

在英國，建筑行業造成了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。在巴西，所有職業死亡的發生率為每10萬人3.6人。

各個國家建筑施工死亡率

國內建筑行業與美國以及世界其他國家一樣，面臨安全事故高發的態勢。7月30日，國務院安全生產委員會辦公室關于“2018年上半年全國建筑業安全生產形勢”的通報指出，全國事故總量持續保持在高位，上半年全國建筑業共發生生產安全事故1732起、死亡1752人，同比分別上升7.8%和1.4%，事故總量已連續9年排在工礦商貿事故第一位，事故起數和死亡人數自2016年起連續“雙上升”，高處墜落和坍塌是事故主要類型。在一般事故中，高處墜落事故占全部事故總數的48.2%，在較大事故中，坍塌事故起數占總數的45.1%，其余分別為高處墜落、中毒窒息、物體打擊等。

由此可見，由建筑行業特性決定的施工安全性差，是一個世界性的難題和痛點。機器人可以接管一些更危險的任務，并允許人類工人完成更多的認知任務，從而改善建筑環境中的工人安全。在一個10萬億美元的行業中，即使是運營成本上的微小差異也可能意味著巨大的節省。更少的工作場所事故意味著更低的運營成本，從長遠來看，這可以為建筑公司節省很多成本。

3.  勞動生產率低

建筑業是一個價值10萬億美元的全球產業，但卻飽受低效之苦，只有11%的承包商認為工地非常高效。平均來看，98%的大型建設項目超出預算，基礎設施生產率的提高每年可以節省1.63萬億美元。

過去20年，美國建筑業平均年生產率增加僅僅只有1%

建筑行業勞動生產率低，主要表現在以下幾個方面：

一是建筑物流方面的問題對勞動生產率產生50%及以上的影響；二是建筑設計返工多，在建筑和工程產品的全部返工經驗中，高達70%是由設計引起的返工；三是項目數據不準確和溝通失誤，52%的返工是由于項目數據不準確和溝通不暢造成的,30.9%的建造業專業人士表示，溝通不暢的首要原因是對問題/要求反應遲鈍。35%的建筑專業人員(每周超過14小時)的時間都花在了非生產性活動上，包括尋找項目信息、解決沖突、處理錯誤和返工。這意味著，僅在美國，2018年就有313億美元的返工將由糟糕的項目數據和溝通失誤造成；四是勞動生產率因個體和場地不同差異巨大，數據顯示，兩組工人在同一地點、同一時間從事相同工作的生產率差異為50%。而在不同的生產地點，生產率差異為500%。

總的來說，僅在2018年，非最優活動就將使美國建筑業付出超過1770億美元的勞動力成本。

三、建筑領域自動化的難點

盡管自動化的運用，將大大提高建筑領域的勞動生產率以及為其節約大量成本。但機器人在建筑領域的應用，仍面臨一些難點。

在工廠等受控環境中，機器人可以出色地執行重復性任務。通過將機器人納入預制構件的大規模制造，可顯著提升生產效率。然而，建筑工地遠非一個可控的環境。機器人要想盈利和生產，它們需要能夠適應環境中的實時變化，而幾乎不需要編程。而現實情況是，大多數情況下機器人很難適應和改變環境。

同時，在建筑工地上，各種任務同時進行，這些任務與分配給每個任務的資源是相互聯系的。建筑場地具有很強的動態性，任務和周圍環境都容易發生系統的變化，建筑活動的執行者常常被障礙物、不平的表面、設備等包圍。建筑施工場所的非結構化特性使得它們不能適應機器人的移動。

為了讓機器人能在建筑工地上充分發揮作用，它們必須具有便攜性、四處移動的能力、“感知”周圍環境的能力，以及處理接收到的數據或信息的能力。不僅如此，機器人還應該能夠處理笨重或沉重的負載，如橫梁或預制板(可重達數噸)，他們還應該能夠處理易碎的材料，如瓷磚、配件或玻璃等。

四、建筑機器人的應用領域及種類

一些機器人正在承擔這些具有歷史挑戰性的任務。建筑機器人的開發應用始于20世紀80年代，以日本最為領先。韓國、美國、德國、西班牙等的建筑機器人發展迅速。而且目前對于極限環境下的智能建造（NASA）也越來越被重視。

建筑機器人應用主要在四個方面：設計、建造、破拆、運維。設計方面，主要指Autodesk，目前一直在籌劃如何讓機器人來代替CAD，成為設計師的合作伙伴，而不是單純滿足于成為設計師的輔助工具。目前建筑市場上的設計工具很少，一定程度上仍無法滿足現代建筑設計的需求；建造方面是建筑機器人需求量最大的一部分，也是目前開展機器人應用較多的環節，機器人建造分為工廠和現場兩個領域，現場建造仍是機器人應用的難點。運維方面是建筑機器人的持久性應用領域，涉及到管道檢測、安防、清潔、管理等眾多運行維護的場合。破拆方面是除了爆破以外，未來大型建筑的破拆、資源再利用將是未來巨量建筑的一個難題，機器人將派上用場。

如今，建筑機器人已經初步發展成了包括測繪機器人、砌墻機器人、預制板機器人、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、巡檢機器人等在內的龐大家族。

五、代表性機器人技術應用及項目

1. 砌墻機器人

前段時間美國公司推出了一款名為“半自動梅森”（SAM100）的砌磚機器人，每天可砌磚3000塊(國內的一個工人一般每天只有250—300塊磚)。澳大利亞誕生世界上第一臺全自動商用建筑機器人Hadrian X，它每小時的鋪磚量達到了驚人的1000塊，可7×24小時工作，但售價同時也高達200萬美元。Hadrian X不再采用傳統水泥，而是建筑膠來粘合磚塊，從而大大提升建筑的速度、強度，并可強化結構的最終熱效應。Hadrian X可處理不同尺寸的磚塊，可切可割，可琢可磨。

由Construction Robotics公司開發的SAM 100聲稱是世界上第一臺用于現場砌筑的商用機器人

此外，由Fast Brick Robotics開發的Hadrian X還可以3D打印和砌磚，在短短兩天內完成一座傳統磚房的上部結構。

2. 3D打印建筑機器人

3D打印機器人是目前建筑行業最先進的自動化應用之一。它能夠按照不同的環境和材料來搭建建筑結構。3d打印機器人通過一個移動機械臂打印出整個結構安全的建筑，該機械臂通過數字預先編程和指令，在接收指令后開始按照設定的樣式和程序打印建筑。這種3D打印機器人技術，也帶來了建筑材料的創新。“半自動梅森”和Hadrian X使用的都是傳統方形磚，但建筑行業和機器人研發機構顯然對這種建筑材料并不滿意，美國麻省理工學院的研究團隊開發了一個全新的數字建設機臺，可利用3D打印技術“打印”建筑，該機器人使用的建筑材料是泡沫和混凝土的混合物，壁與壁之間留有空隙，可嵌入線路及管道。

麻省理工學院研發的數字建設機臺。這款產品最底部的裝置就像裝有坦克履帶的探測車一樣，上面有兩只機械手臂，手臂的末端還裝有噴嘴。

中國公司WinSun將3D打印機與機械臂結合在一起。機械臂控制3D打印機的運動，使其能夠立即創建大型結構。該公司聲稱，他們的機器人3D打印設備在一天內就制造了10個單層住宅。

3. 無人機

Komatsu小松已經建立了一個多用途無人機和推土機自動化系統。無人機在建筑工地上空飛行，監控交付、庫存和整體進度。此外，無人駕駛飛機還可以創建建筑工地的3D地圖，然后將這些地圖傳送給無人駕駛推土機——這些信息可以在不需要司機的情況下直接指揮推土機。

大疆研發的幻影4無人機，將厘米級導航和定位與高性能成像系統相結合，以提高測量效率和準確性，降低操作難度和成本，可以作為測量，測繪或檢測操作的工具。

Flyability公司研發的無人機，專門針對如核電站、礦洞、油井等人類難以企及的領域的檢測。

4. 建筑拆除機器人

建筑拆除機器人是另一種即將進入主流應用領域的建筑機器人。雖然他們比拆遷人員慢，但在生命周期結束時拆除建筑物的混凝土和結構部件時，他們要安全得多，也便宜得多。

Husqvarna DXR系列遙控拆除機器人是最新的拆除機械，具有功率大、重量輕、功能設計等特點。

工人可以遠程操作Husqvarna DXR拆遷機器人，而不需要進入危險的拆遷場地中

美國Brokk公司從事拆除機器人生產研發40余年，其Brokk系列17臺拆除機器人，可以適應不同場景和環境的建筑拆除需求。

Brokk最新款拆除機器人

5. 施工場地的自動“漫游者”

配備了高清攝像頭和傳感器的自動漫游者，它們可以在工地周圍導航，是能夠識別和避免障礙物的機器人。

如由法國機器人公司Effidence開發的“EffiBOT”，可以跟隨工人，攜帶工具和材料。

Doxel是一款漫游者，它使用高清晰度攝像機和“光成像、探測和測距”(LIDAR)傳感器進行建筑現場檢查，并與設計模型和程序進行比較。

6. 其他應用

丹麥公司OdicoFormwork Robotics，研發了一種使用“熱絲切割”來開發復雜的雙曲混凝土模具的機器人。傳統上，這種費時費錢的工藝很少用于建筑。

復雜的模具現在可以用機械臂切割

現在，這些機器人可以通過編程來制作復雜的模板模具，其精度要比人類工人高，而且只需很短的時間，就可以將復雜的設計變為現實。

Zaha Hadid建筑事務所正利用這個特殊的機器人來建造中國“廬山小學”項目

Odico研發的另一款熱刀切割機器人，使用多機器人單元控制一個靈活的，加熱的葉片，由其專利軟件解決方案控制，能夠在切割的同時控制葉片的形狀。

在鋼筋加固領域，由先進建筑機器人公司(Advanced Construction Robotics)開發的“泰博特”(Tybot)已在賓夕法尼亞州的一個橋梁項目上試用捆綁鋼筋，這是首批在現場施工的機器人之一。

用于捆綁鋼筋的機器人

瑞士蘇黎世聯邦理工學院(ETH Zurich National Centre for Competence in Research, NCCR)的數字制造技術也取得了快速發展。這里的研究人員已經開發出可以建造砌體墻、架設鋼筋結構、甚至組裝木結構建筑的現場建造者。

還有一些按照設計模型運輸材料或承擔具體任務的機器人，可全天候進行挖掘、運輸等活動，無需休息，大大提高了效率，降低了成本。突出的例子包括Volvo的HX-01翻車機和一個由Built Robotics開發的自動推土機。

沃爾沃開發了HX-01，可以在現場自動運輸貨物

Built Robotics的機器人推土機理論上可以24小時進行土方工程

由新加坡Transforma Robotics今年推出的全球首款噴漆機器人，也是機器人在建筑領域實踐的成功嘗試。

Transforma的噴漆機器人，可以有效提升噴漆效率，節約室內裝修成本

2015年成立于深圳的廣田機器人研發的抹墻機器人，可以自動上升下降進行墻面噴涂，采用自動激光定位，避免了在墻上打點，可自動完成墻面抹平，墻面平整度小于2mm。

抹墻機器人噴涂機和刮平機，噴涂機負責將水泥抹到目標墻面，完成涂抹步驟，刮平機則根據抹墻的工序要求，在噴涂機完成抹灰步驟后，將墻面刮平，達到預期的墻面平整度，從而完成刮平步驟，抹墻最快可達100㎡/小時

該公司生產的另一款智能裝修機器人，可實現噴漆、鋪磚、墻面打磨、墻面質量檢測等功能。

智能裝修機器人帶有全方位移動底盤和視覺定位系統

雖然我們只是剛剛開始看到機器人可以為建筑行業做些什么，但已經有更多更先進的機器人在開發中，有朝一日可能在某些行業和工作崗位上完全取代人類。然這聽起來令人生畏，但機器人技術的興起，對于將人類從危險的工作中解放出來，是一個巨大的進步。