建筑40： 建筑机器人发展，是机遇还是挑战
从成本效益来看，以混凝土材料的使用为例，相比传统建造方式，3D打印混凝土技术可以节约建筑材料30%-60%，节省人工成本50%-80%，缩短工期50%-70%，从而大幅降低建筑生产成本。
2►目前的机器人技术
根据波士顿咨询集团（BCG）从2019年开始的研究，到2025年，全球工业自动化程度将提高15%，主要由机器人的使用而推动，特别是诸如装载、卸载机器类的常规任务的自动化技术。
KEWAZO是一家位于慕尼黑的德国初创公司，专注于机器人控制的脚手架组装。在建筑施工过程中，脚手架组装工作非常低效且劳动密集——超过80%的时间用于在组装过程中运输脚手架零件。KEWAZO为建筑工地和工业厂房提供智能机器人电梯，可有效地进行脚手架施工。KUKA集团与斯图加特大学计算机设计与建筑学院(ICD)合作，借助两款KUKA产品实现了轻质建筑构件的机器人化制造工艺。
建筑行业技术创新的另一个例子是苏黎世联邦理工学院，该大学正在建造一种环境智能的移动建筑机器人，用于直接在施工现场建造组件。借助于摄像头、传感器和智能控制系统，这类机器人能够独立定位和导航，还可以对各种不可预见的问题做出反应，如施工材料的偏差等。2021年，ABB集团还与苏黎世联邦理工学院共同开发了一种木结构建筑机器人。
另一家位于丹麦的奥迪卡模板机器人公司OdicoFrameworkRobotics，则致力于通过机器人制造大型建筑模板。
机器人在建筑行业的另一个应用领域是传感器技术的自动化。包括扫描建筑工地并记录当前状态的测量车辆。通过机器人实现速度更快、范围更广的数据收集和数据处理分析。这些数据可以支持决策者进行规划决策，帮助实现项目的数字孪生建设。
机器人在建筑行业的使用
在自动化水平、机器人应用方面，制造业、汽车领域的水平要远高于建筑业水平。目前，大多数机器人的研发是由工业机器人为基础，结合建筑领域的特点，加以创新发展而来。虽然国内外建筑机器人发展水平不一，但整体上偏向于新材料（如轻质碳纤维）建筑物、构件加工以及构件施工安装、搬运方面的应用。部分机器人厂商已实现自动定位，自动巡视等功能。智能建造机器人的应用潜力还很大，其智能化水平以及普适度，还需进一步的研究与完善。
新建筑中的机器人技术应用
基于信息物理系统的建筑智能建造通过充分利用信息化手段以及机器人智能建造装备的优势，可以有效加强环境感知、建造工艺、材料性能等因素的信息整合。对于新建筑，有许多机器人可以使人类施工更有效，更安全。例如，在单户住宅和标准化建筑的预制件制作过程中，机器人以及机械工作已经是标准配置。各个构件在工厂的生产线上制造，然后在几个小时内在安装现场组装。但机器人技术的潜力远未如此。机器人可以替代人类完成一些特别危险或高强度工作，如在高层施工和重型部件运输，此类工作可以通过脚手架机器人，或为建筑物配备窗户的立面机器人实现。
机器人在运维中的应用
运维阶段的翻新和修缮工作，也可以通过机器人来完成。但在翻新过程中，自动化流程的运行要求和熟练度的要求，使得机器人的使用变得困难得多。建筑工地及其流程最初用于手动工作，首先必须适应机器人，以便提高其性能。考虑到维修工作环境的特殊性，翻新工作中应用的机器人应该是便携式机器人。翻新机器人的使用已有很多应用案例，如粉刷外墙和室内装饰，组装天花板或铺设瓷砖。在未来，机器人甚至可以接管整个室内设计和室内装修。
3►建筑机器人疑虑
机器人的大力推广与研发也伴随着部分建筑行业参与者的疑问。
建筑工地的复杂性是机器人技术使用的障碍？
机器人的特点是在受控且安全的环境中高效率地进行重复任务。但建筑工地具有复杂性和不确定性。单个（建筑）机器人的确能够接管铺设砖石或构件装配的过程。但为了机器人的使用真正高效且有利可图，机器人需要具有适应环境实时变化的功能。这种功能应是机器人自身所具备的，而不是需要定制化开发或是重新编程才能实现的。
建筑机器人的工作内容还有着位移空间大、负载需求高、自由度需求高、安全系数要求高等特点。随着工业机器人轴数的增多，多轴联动控制系统的研究愈发深入，发展到今天已经出现了七轴机器人热潮。为了应对这些工作难点，新一代建筑工业机器人需要具备模块化、智能化和系统化的功能特点。
机器人比人类劳动力便宜？
使用机器人是否就比人类劳动力便宜，这个问题在现阶段仍然难以回答。机器人的投资成本非常高，截至目前，只有少数机器人用于实际施工现场。此外，在使用机器人时，需要考虑整个生命周期。除了实际的购买和调试外，定期维护、重新编程和更新也是一项不容忽视的成本开支。建设项目的范围也是一个决定性的成本影响因素：随着项目规模的增加，不仅所需机器人的数量将增加，监控范围也随之增加。但从长远角度来看，结合目前建筑基层工人老龄化趋势明显和劳动人口流失率高等现象，建筑施工中对机器人的投入将是可持续性更高的选择。
机器人的应用取代人类劳动力？
在效率方面，相比人工，机器人的确有着巨大优势。例如美国建造机器人公司（ConstructionRobotics）开发的半自动砌砖机器人（Semi-AutomatedMason,SAM）砌筑系统可使墙体砌筑效率提高3-5倍，减少80%的人工砌筑作业。目前该砌筑机器人系统已投入商用。
与此同时，有些人认为数字化可以减少就业机会并取代劳动力。但就目前来说，机器人还不可能完全取代人类劳动力。施工过程非常复杂，需要一定的灵活性。但随着数字化在建筑行业的进一步发展，在工程施工领域，也许会创新发展出一个完全自动化、数字化的、可以实现机器人化的建筑工地。即便如此，建筑工地的人力也不会消失，只是变成了操控机器人的角色。机器人技术不是对建筑行业劳动力的威胁，而是一个未来的机遇。
总结
机器人在建筑行业目前正处于起步研发阶段。已有部分项目采用了机器人进行施工工作。特别是在新建建筑以及场地测量方面，机器人是高效率帮手。当然，建筑机器人仍然需要进一步得研发完善，包括流程的调整，操作人员的培训等，最重要的是，需要提高机器人日常使用的适用性。
建筑业的自动化进程虽然缓慢，但数字化技术的应用已在建筑行业快速地推广。从长远来看，可以扩大和改善人类的工作并提高生产率的建筑机器人等智能建造技术，在未来也将会得到推广使用。
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