多功能集成平臺化會是建筑機(jī)器人的未來嗎？

近年來，我國的建筑建造行業(yè)進(jìn)入轉(zhuǎn)型期，建筑機(jī)器人正在成為建筑業(yè)轉(zhuǎn)型的強(qiáng)兵利器。

2023年的這個春天，各行各業(yè)在經(jīng)歷了三年疫情的蕭瑟后開始蓄勢待發(fā)、逐漸升溫回歸。近日，工業(yè)和信息化部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等十七部門印發(fā)《“機(jī)器人+”應(yīng)用行動實施方案》，提出深化機(jī)器人在建筑領(lǐng)域等場景應(yīng)用，更是為建筑機(jī)器人“智能建造”發(fā)展注入強(qiáng)勁動能。

“神仙打架”的單任務(wù)建筑機(jī)器人，誰能笑傲江湖？

綜觀海內(nèi)外的建筑機(jī)器人發(fā)展情況，目前的全球建筑機(jī)器人產(chǎn)品仍然以單任務(wù)建筑機(jī)器人（Single Task Construction Robots）為主。

單任務(wù)建筑機(jī)器人（STCRs）主要是針對預(yù)制施工或現(xiàn)場建造中的單一的、重復(fù)性建造任務(wù)而開發(fā)的機(jī)器人，隨著建筑機(jī)器人的概念一同起源于日本。

目前，STCR的任務(wù)和應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，逐漸覆蓋到建筑全生命周期的設(shè)計、施工、運(yùn)維、破拆等多個階段，出現(xiàn)了勘察測量、隧道挖掘、基坑建設(shè)、砌墻、預(yù)制板安裝、鋼梁焊接、混凝土澆筑/修整、墻地磚鋪貼、幕墻清洗、巡檢維修、破拆回收等多種任務(wù)場景的建筑機(jī)器人類型。

據(jù)專家學(xué)者不完全統(tǒng)計，目前全球市場上的STCR主要分為24大類，共計有200余種。

在我國的建筑機(jī)器人市場上，近幾年也有眾多公司紛紛下場建筑機(jī)器人這片藍(lán)海鏖戰(zhàn)。

背景雄厚、綜合實力強(qiáng)的全面出擊、多點(diǎn)發(fā)力，如博智林在研建筑機(jī)器人50余款，中建集團(tuán)在研30余款，基本覆蓋建筑全生命周期的各主要階段、主要工藝環(huán)節(jié)；而大量中小型和創(chuàng)業(yè)公司則多數(shù)選擇單點(diǎn)切入，只攻一隅，主要產(chǎn)品以加工流程相對標(biāo)準(zhǔn)化、預(yù)制環(huán)境結(jié)構(gòu)化的工廠預(yù)制加工機(jī)器人和工藝流程復(fù)雜度、控制性能要求相對較低的噴涂、抹灰現(xiàn)場施工型機(jī)器人為主，例如蔚建科技、領(lǐng)鵲科技、筑橙科技等。

市場上各種不同的建筑機(jī)器人產(chǎn)品可以說是百花齊放，神仙打架，精彩紛呈，然而對于市場客戶端而言卻也是各有千秋，眼花繚亂，無從選擇，更無法實現(xiàn)不同企業(yè)間的產(chǎn)品協(xié)調(diào)。

迄今為止，海內(nèi)外尚無幾款建筑機(jī)器人可以獨(dú)占鰲頭笑傲江湖，實現(xiàn)大規(guī)模批量化商業(yè)應(yīng)用。與此同時，投資人和企業(yè)家們還在不停的“燒錢”，迎來的問題則是建筑機(jī)器人技術(shù)開發(fā)的巨大研發(fā)投入效果比。

據(jù)悉，就連大手筆聲稱要在5年內(nèi)投資800億的碧桂園集團(tuán)，在如今的第四個年頭，盡管已有30幾款機(jī)器人逐漸進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用，也不止一次的在公司會議上質(zhì)問何以巨大的人力、財力研發(fā)投入收獲的投資回報效果卻寥寥。

如何降低建筑機(jī)器人的開發(fā)、應(yīng)用成本，避免重復(fù)開發(fā)及推進(jìn)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化、通用化成為建筑機(jī)器人未來發(fā)展的主要問題。

多功能集成平臺化或是建筑機(jī)器人破局之道

對于建筑機(jī)器人而言，既廣泛依賴于通用的機(jī)器人技術(shù)，又具有鮮明的行業(yè)應(yīng)用工藝需求特色。

盡管面向不同施工環(huán)節(jié)和工藝場景的建筑機(jī)器人各有其不同的功能要求和系統(tǒng)特點(diǎn)，單任務(wù)建筑機(jī)器人的專項優(yōu)勢明顯；但是著眼于未來，提取建筑機(jī)器人基礎(chǔ)共性需求，搭建集成通用化平臺，開放標(biāo)準(zhǔn)化、多功能兼容的軟硬件接口，研究高精、穩(wěn)定可靠的控制技術(shù)，將建筑機(jī)器人從一系列單一的、互不相連的實體演變?yōu)榛A(chǔ)共性平臺化、流水線式或生產(chǎn)線式系統(tǒng)或許才是降低建筑機(jī)器人開發(fā)應(yīng)用成本的破局之道。

第一，復(fù)合機(jī)器人平臺或可成為建筑機(jī)器人的基本通用實現(xiàn)形態(tài)。建筑場地一般空間規(guī)模較大，且具有很強(qiáng)的動態(tài)性，作業(yè)地點(diǎn)、任務(wù)和周圍環(huán)境都經(jīng)常發(fā)生變化，因此建筑機(jī)器人共性要求具備靈活的移動性和可操作性，同時能夠保持對外部環(huán)境的動態(tài)感知。由移動平臺、機(jī)械臂、末端執(zhí)行器和感知系統(tǒng)等組成的，集“腳、手、眼、腦”于一體的復(fù)合機(jī)器人自然成為建筑機(jī)器人的最佳通用實現(xiàn)形態(tài)。

國內(nèi)外部分建筑機(jī)器人的復(fù)合機(jī)器人產(chǎn)品形態(tài)

第二，兼容支持多傳感器、多工種末端執(zhí)行器和多工藝場景知識算法庫自由切換，一機(jī)多用。在通用復(fù)合機(jī)器人平臺基礎(chǔ)上，設(shè)計針對不同工藝場景的專用/多用末端執(zhí)行器以及相應(yīng)工藝控制流程的標(biāo)準(zhǔn)化知識庫，建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化的機(jī)械、電氣和軟件通信開放性接口，兼容支持多場景、多功能切換，將單任務(wù)建筑機(jī)器人變?yōu)槎嗳蝿?wù)，可大大提高建筑機(jī)器人多功能性，實現(xiàn)一機(jī)多用。

大界機(jī)器人復(fù)合場景施工機(jī)器人

第三，加強(qiáng)環(huán)境感知、定位導(dǎo)航、路徑規(guī)劃、運(yùn)動控制等建筑機(jī)器人基礎(chǔ)共性關(guān)鍵技術(shù)研究。復(fù)合型建筑機(jī)器人產(chǎn)品不是軟硬件模塊的簡單堆疊，復(fù)雜多功能的兼容實現(xiàn)更依賴于打通整機(jī)聯(lián)合體各模塊信息孤島，打通全身運(yùn)動控制的奇經(jīng)八脈，實現(xiàn)整機(jī)硬件、軟件、算法、功能協(xié)同一體化的產(chǎn)品形態(tài)。

第四，從整個建造流程角度組織調(diào)度現(xiàn)場施工過程，將單獨(dú)的和松散耦合的建筑機(jī)器人生產(chǎn)實體或工位站點(diǎn)集成為建筑機(jī)器人施工隊，打造標(biāo)準(zhǔn)化的智能建造流水線或生產(chǎn)線系統(tǒng)。

此外，建筑機(jī)器人技術(shù)開發(fā)的同時，還需注重建立并完善建筑機(jī)器人全流程配套體系的建設(shè)。創(chuàng)新建筑機(jī)器人智能建造施工新工藝、工法，建立完善建筑機(jī)器人的試驗驗證和標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，培育適應(yīng)現(xiàn)代建筑產(chǎn)業(yè)體系的下游應(yīng)用型產(chǎn)業(yè)人才，打造端到端的建筑機(jī)器人研發(fā)交付-施工應(yīng)用商業(yè)模式，推動各技術(shù)研發(fā)成果的大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用落地。

日韓和歐美早在上世紀(jì)70~80年代就開始嘗試機(jī)器人在建筑行業(yè)應(yīng)用。如今以日本清水建筑公司、韓國現(xiàn)代建設(shè)集團(tuán)、美國的Construction Robotics公司、澳大利亞的FBR公司為典型代表的海外建筑機(jī)器人企業(yè)在建筑全生命周期的多個階段、各種應(yīng)用場景都有落地案例，部分產(chǎn)品已經(jīng)在市場上批量化使用，并取得了明顯成效。

我國的建筑機(jī)器人起步較晚，尚屬于新興領(lǐng)域早期階段。建筑業(yè)作為我國國民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)，具有巨大的市場體量，現(xiàn)階段正處在從勞動密集型、粗放式、碎片化的建造方式向高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)型期，國家政策大力支持推進(jìn)建筑機(jī)器人發(fā)展。此時此刻，正是布局建筑機(jī)器人早期藍(lán)海市場的好時節(jié)。

政策大力支持建筑機(jī)器人發(fā)展

2020年，住建部等九部委發(fā)布的《關(guān)于加快新型建筑工業(yè)化發(fā)展的若干意見》提出推進(jìn)發(fā)展智能建造技術(shù)，鼓勵應(yīng)用建筑機(jī)器人。

2021年，國家《“十四五”機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》提出重點(diǎn)推進(jìn)建筑部品部件智能化生產(chǎn)、測量、配送、加工、樓面墻面裝飾裝修、構(gòu)部件安裝等建筑機(jī)器人。

2022年1月，《“十四五”建筑業(yè)發(fā)展規(guī)劃》提出加快建筑機(jī)器人研發(fā)和應(yīng)用，積極推進(jìn)建筑機(jī)器人在生產(chǎn)、施工、維保等環(huán)節(jié)的典型應(yīng)用，到2025 年，形成一批建筑機(jī)器人標(biāo)志性產(chǎn)品，實現(xiàn)部分領(lǐng)域批量化應(yīng)用。

2022年7月，住建部《關(guān)于征集遴選智能建造試點(diǎn)城市的通知》決定開展智能建造試點(diǎn)，推動建筑業(yè)向數(shù)字設(shè)計、智能施工、建筑機(jī)器人等方面轉(zhuǎn)型。

2023年開局，工業(yè)和信息化部等十七部門印發(fā)《“機(jī)器人+”應(yīng)用行動實施方案》，提出重點(diǎn)研制測量、材料配送、鋼筋加工、混凝土澆筑、樓面墻面裝飾裝修、構(gòu)部件安裝和焊接、機(jī)電安裝等機(jī)器人產(chǎn)品，深化機(jī)器人在建筑領(lǐng)域等場景應(yīng)用。

“十四五”時期，建筑機(jī)器人必然是建筑行業(yè)轉(zhuǎn)型的強(qiáng)兵利器之一。

市場前景廣闊，建筑機(jī)器人企業(yè)紛紛入局播種

作為“基建狂魔”，中國是建筑機(jī)器人最大的市場。據(jù)時代數(shù)據(jù)、頭豹研究院數(shù)據(jù)，現(xiàn)階段我國建筑機(jī)器人基本完成初期技術(shù)研發(fā)落地，正逐步在建筑建造工程中得到應(yīng)用，目前建筑機(jī)器人市場規(guī)模約10億元，在建筑建造領(lǐng)域中的滲透率尚不足1%；預(yù)計到2025年，滲透率將達(dá)到10%，市場規(guī)模超過18億人民幣；至2035年加速推廣期，預(yù)計市場規(guī)?？蛇_(dá)224億元，滲透率超過80%。

目前，國內(nèi)的建筑機(jī)器人力量主要是以中建科技為代表的大型央企建筑集團(tuán)的科技部門或科技子公司，以及自2016年成立以來就專注于建筑機(jī)器人領(lǐng)域的大界機(jī)器人，和2018年由地產(chǎn)巨頭碧桂園斥巨資大手筆投入建立的博智林機(jī)器人公司等綜合性建筑機(jī)器人企業(yè)為主，以其它細(xì)分領(lǐng)域智能建造工程設(shè)備企業(yè)為輔。

近年來，建筑機(jī)器人賽道不斷地吸引海內(nèi)外傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人和人工智能等相關(guān)的高新技術(shù)力量跨界入局。

ABB先后接連公開了與MX3D等合作開發(fā)的鋼結(jié)構(gòu)焊接機(jī)器人、與法國XTEE公司合作研發(fā)的3D打印建筑機(jī)器人、與英國InnoTecUK公司等合作的協(xié)同式建筑機(jī)器人施工平臺COSCR；惠普（HP）公司也跨界進(jìn)入建筑機(jī)器人領(lǐng)域，開發(fā)了一款用于建筑工地劃線的機(jī)器人HP Site Print。2022年9月，國內(nèi)專業(yè)從事游戲與泛娛樂AI研究和應(yīng)用的網(wǎng)易伏羲公司，首次對外曝光了其網(wǎng)易伏羲挖掘機(jī)器人，據(jù)悉是伏羲人機(jī)協(xié)作平臺在工程機(jī)械領(lǐng)域的首次應(yīng)用。

建筑機(jī)器人廣闊的發(fā)展前景更吸引了一大批諸如盈創(chuàng)科技、大方智能、筑石科技、方石科技等新的創(chuàng)業(yè)公司紛紛投身此賽道進(jìn)行深耕播種。

審核編輯 ：李倩