ROBOT INDUSTRY

過(guò)去十年，我國(guó)建筑機(jī)器人產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了從技術(shù)突破到生態(tài)重塑的深刻變革。河北工業(yè)大學(xué)教授劉今越表示，建筑機(jī)器人的研發(fā)應(yīng)由企業(yè)主導(dǎo)，深度適配場(chǎng)景，唯有如此才能滿足建筑行業(yè)的高標(biāo)準(zhǔn)與快節(jié)奏發(fā)展需求。

面對(duì)人口老齡化加劇與勞動(dòng)力結(jié)構(gòu)性短缺的雙重挑戰(zhàn)，建筑機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化發(fā)展成為破解建筑業(yè)人力瓶頸的關(guān)鍵。建筑機(jī)器人不僅能夠?qū)崿F(xiàn)施工效率的指數(shù)級(jí)躍升與工程品質(zhì)的毫米級(jí)管控，更展現(xiàn)出了降低全周期運(yùn)營(yíng)成本、優(yōu)化資源集約利用、構(gòu)建綠色建造體系等多維價(jià)值。

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非標(biāo)化場(chǎng)景是發(fā)展瓶頸

建筑機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)景主要涵蓋設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)維、破拆等四大核心環(huán)節(jié)。在設(shè)計(jì)階段，主要對(duì)施工圖紙進(jìn)行二維與三維模型間的智能轉(zhuǎn)換，融合AI技術(shù)進(jìn)行方案優(yōu)化。在建造階段，聚焦實(shí)體機(jī)器人應(yīng)用，包括砌筑、整平、焊接、噴涂等，典型案例有“天蟬”建筑機(jī)器人、博智林系列機(jī)器人等。在運(yùn)維階段，主要部署檢測(cè)、維護(hù)類機(jī)器人，如幕墻清潔機(jī)器人、物料運(yùn)輸機(jī)器人等。在破拆階段，應(yīng)用機(jī)器人執(zhí)行精準(zhǔn)拆除、物料分揀及資源回收等任務(wù)。

圖1 板材安裝機(jī)器人

當(dāng)前，限制建筑機(jī)器人發(fā)展的核心原因，主要在于施工場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)性、非標(biāo)化。建筑行業(yè)對(duì)個(gè)性化設(shè)計(jì)的高度追求與機(jī)器人技術(shù)所需的標(biāo)準(zhǔn)化基因形成結(jié)構(gòu)性矛盾。現(xiàn)階段的建筑多為異形結(jié)構(gòu)，這與機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)化操作流程難以匹配，導(dǎo)致其在復(fù)雜場(chǎng)景下的適應(yīng)性不足。

此外，建筑施工領(lǐng)域雖已建立起相對(duì)成熟的規(guī)范體系，但聚焦建筑機(jī)器人，國(guó)標(biāo)、行標(biāo)、團(tuán)標(biāo)等標(biāo)準(zhǔn)體系仍存在缺位，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)呈現(xiàn)碎片化特征，難以形成全面規(guī)范。

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場(chǎng)景建模是核心難題

建筑場(chǎng)景的工況實(shí)時(shí)更新，因此機(jī)器人建模也需要實(shí)時(shí)更新，這成為建筑機(jī)器人應(yīng)用部署階段需要解決的核心難題。

建筑機(jī)器人進(jìn)行施工時(shí)，需要由不同工種的建筑機(jī)器人按照工序輪替協(xié)同作業(yè)，這種動(dòng)態(tài)協(xié)作模式與工業(yè)場(chǎng)景存在本質(zhì)差異。河北工業(yè)大學(xué)教授劉今越表示，工業(yè)機(jī)器人僅需固定于工位，對(duì)移動(dòng)的物料進(jìn)行加工，而建筑機(jī)器人則需要環(huán)繞靜態(tài)建筑物移動(dòng)作業(yè)，這種空間位移特性產(chǎn)生多重技術(shù)難題，如移動(dòng)定位精度波動(dòng)、多機(jī)協(xié)同定位偏差、施工誤差鏈?zhǔn)絺鲗?dǎo)等。

圖2 焊接機(jī)器人

當(dāng)前，建筑機(jī)器人正在突破的技術(shù)路徑，是構(gòu)建基于BIM系統(tǒng)的智能導(dǎo)航解決方案，其核心邏輯在于，建筑工程必定存在數(shù)字化圖紙，直接解析這些建筑信息，就可以為機(jī)器人生成全局最優(yōu)路徑。如同人類駕駛員應(yīng)用導(dǎo)航軟件，施工機(jī)器人調(diào)用BIM模型可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，通過(guò)融合環(huán)境感知系統(tǒng)與局部避障算法實(shí)現(xiàn)效率提升。

這種“圖紙導(dǎo)航+實(shí)時(shí)感知”的復(fù)合模式，機(jī)器人得以即時(shí)投入施工作業(yè)，相較傳統(tǒng)建圖方式提升80%以上的作業(yè)時(shí)效。目前，基于BIM數(shù)字模型驅(qū)動(dòng)技術(shù)的智能化施工裝備體系已涵蓋焊接打磨等工藝環(huán)節(jié)，正在進(jìn)行體系化推廣，以應(yīng)用于更多作用場(chǎng)景。

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產(chǎn)品研發(fā)應(yīng)由企業(yè)主導(dǎo)

劉今越強(qiáng)調(diào)，建筑機(jī)器人的研發(fā)應(yīng)由企業(yè)主導(dǎo)，雖然高校具備相關(guān)技術(shù)儲(chǔ)備，但施工工藝往往根植于作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，且處于持續(xù)升級(jí)迭代進(jìn)程中，需要深度適配能力，唯有企業(yè)主導(dǎo)才能匹配建筑行業(yè)的高標(biāo)準(zhǔn)與快節(jié)奏發(fā)展需求。

從技術(shù)研發(fā)層面看，機(jī)器人核心算法、理論架構(gòu)的創(chuàng)新突破需要深厚的技術(shù)積累，這正是高校科研團(tuán)隊(duì)的優(yōu)勢(shì)所在。同時(shí)，建筑場(chǎng)景的特殊性對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)提出了嚴(yán)苛要求，自感知、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)、自決策的全鏈條智能能力必須達(dá)到工程級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。因此，當(dāng)技術(shù)進(jìn)入工程轉(zhuǎn)化階段，持續(xù)的場(chǎng)景測(cè)試、可靠性驗(yàn)證、穩(wěn)定性優(yōu)化等系統(tǒng)性工程實(shí)踐，則是具備完整產(chǎn)業(yè)鏈資源的企業(yè)更具競(jìng)爭(zhēng)力之處。

這種產(chǎn)學(xué)研的分工協(xié)同，本質(zhì)上源于工程應(yīng)用需要構(gòu)建包含場(chǎng)地資源、技術(shù)團(tuán)隊(duì)等在內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)，讓建筑機(jī)器人從實(shí)驗(yàn)室走向施工現(xiàn)場(chǎng)。

圖3 BIM引導(dǎo)的自主噴涂機(jī)器人

國(guó)家級(jí)重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等代表性科研項(xiàng)目，已明確要求由企業(yè)擔(dān)任牽頭單位，主導(dǎo)技術(shù)研發(fā)、成果轉(zhuǎn)化及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用全流程。雖有少數(shù)掌握核心技術(shù)的教授通過(guò)創(chuàng)業(yè)推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化，但其聚焦領(lǐng)域多為特定細(xì)分領(lǐng)域，主要針對(duì)高附加值環(huán)節(jié)，而真正面向施工場(chǎng)景、滿足現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)剛性需求的工程化機(jī)器人解決方案仍屬稀缺資源。

未來(lái)，建筑機(jī)器人要實(shí)現(xiàn)突破性發(fā)展，校企深度融合無(wú)疑是理想的發(fā)展路徑，高�？蒲袌F(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)聚焦核心算法研發(fā)，企業(yè)則發(fā)揮工程化優(yōu)勢(shì)，在技術(shù)落地、環(huán)節(jié)優(yōu)化上精準(zhǔn)發(fā)力，才能培育出兼具技術(shù)創(chuàng)新性與市場(chǎng)引爆力的標(biāo)桿產(chǎn)品。談到業(yè)內(nèi)熱議的人形機(jī)器人能否應(yīng)用到建筑行業(yè)時(shí)，劉今越表示，與其他場(chǎng)景不同，建筑場(chǎng)景存在作業(yè)面不平整、技術(shù)指標(biāo)復(fù)雜等問(wèn)題，短時(shí)間內(nèi)很難應(yīng)用。

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市場(chǎng)規(guī)模五年突破百億美元

劉今越指出，雖然現(xiàn)階段的技術(shù)成熟度制約了標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，但建筑機(jī)器人正處于全球建筑業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的風(fēng)口期，市場(chǎng)規(guī)模有望在2030年突破百億美元量級(jí)。隨著應(yīng)用場(chǎng)景的持續(xù)深化，通過(guò)規(guī)范施工現(xiàn)場(chǎng)管理、突破關(guān)鍵技術(shù)瓶頸、構(gòu)建動(dòng)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)體系的三維驅(qū)動(dòng)，必將推動(dòng)行業(yè)步入規(guī)范化、規(guī)�；l(fā)展新階段。

圖4 鋼筋綁扎機(jī)器人

劉今越表示，2015年至2025年是建筑機(jī)器人發(fā)展的黃金十年，科研院所與企業(yè)的研發(fā)投入持續(xù)攀升，社會(huì)各界的關(guān)注度迅猛增長(zhǎng)。未來(lái)10年，建筑機(jī)器人將完成從技術(shù)儲(chǔ)備到工地普及的跨越，推動(dòng)我國(guó)從“基建狂魔”向“智能建造創(chuàng)新策源地”轉(zhuǎn)型，為全球建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供新范式?。

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