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建筑机器人:解决日益严重的劳动力短缺问题?

面对日益严重的劳动力短缺,建筑行业越来越多地转向机器人。了解什么是建筑机器人以及它们可以做什么。

到 2021 年,全球每年在建筑相关商品和服务上的支出估计约为 10 万亿美元。建筑业约占世界 GDP 的 13%。然而,根据麦肯锡全球研究所的一项研究,在过去的 20 年中,该行业的生产率每年仅增长 1% 左右。建筑行业采用自动化的速度很慢。原因之一是建筑工作的复杂性使自动化变得困难。该技术还不能完全应对挑战。

为建筑提供机器人技术的供应商数量仍然很少。机器人目前只能处理某些任务。

但是有许多应用程序的技术已经成熟。本文将通过以下主题探索建筑机器人:

砌砖机器人

砌砖是一项要求很高的工作。行业研究表明,在建筑工人中,瓦工的受伤率最高。机器人泥瓦匠可以降低受伤率。正如加州理工州立大学所做的一项研究所报告的那样,它们可以将生产力提高 400% 或更多。

机器人抬起砖块并自动灌浆。然后它非常准确地将砖块放置到位。但是机器人瓦工并不能取代人类泥瓦匠。一个人与机器人一起清理多余的砂浆并改善结果的外观。最终效果是产量的显着增加和质量的提高。工人的工作变得更轻松。

另一种方法是简单地帮助砖瓦匠起重。供应商提供了一台小型工地起重机,可帮助泥瓦匠将沉重的水泥块提升到位。工人们以更少的疲劳和更低的受伤风险完成更多工作。

只有少数供应商提供机器人砌砖解决方案。然而,他们已经在实际应用中证明了这项技术。它似乎准备扩大规模。

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钢筋绑扎机器人

钢筋混凝土结构需要用钢丝将钢筋绑在一起。绑钢筋不会增加结构强度。它只是在浇筑混凝土时将杆固定到位。尽管是必要的,但这是一项艰巨且重复的工作。自动化这项任务对于配备视觉的机器人来说是一个很好的应用。机器人设备骑在桥两侧的轨道上。 Advanced Construction Robotics 表示,他们的 Tybot 每小时可以制作 1,100 条领带。

目前,该技术仅适用于桥梁。供应商的数量似乎仅限于一个。建筑公司必须等待可以为其他结构执行此任务的机器人。

石膏板修整机器人

完成石膏板的工人工伤率很高。美国政府机构报告说,干墙安装人员最常遭受过度劳累和跌倒。使用干墙也是一项尘土飞扬的肮脏工作。

自动化这项任务的早期结果显示出巨大的希望。一个供应商的石膏板机器人可以完成 5 级以上的石膏板。这是平滑度和外观的最高级别。然而,机器人并不是完全自主的。一名工人引导机器人,将其带到工作区并为其配备正确的末端执行器。使用人工智能辅助的计算机视觉,机器人可以粘上泥浆。它还可以打磨墙壁,捕获 99.9% 的灰尘。除尘使工作场所更安全、更舒适。

一名工人一次可以管理多台石膏板机器。

目前,该机器人系统仅在有限的地理区域内可用。现在这个概念已经得到证实,似乎会有更多的机器人供应商进入这个领域。

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建筑涂装机器人

涂装机器人已在汽车行业使用多年。现在他们开始涉足建筑领域。

对于室内绘画,有很多供应商提供解决方案。这些机器人由电池供电,它们的机械臂可以到达大多数墙壁的顶部。天花粉刷对人们来说是一项特别艰巨的任务。对于机器人画家来说,这不是问题。

室内涂装机器人配备有摄像头和扫描仪。他们扫描要涂漆的表面,然后在没有人工干预的情况下进行操作。但是仍然必须有一个人在那里监督操作。在启动之前,工人将重新填充油漆供应并将机器人移动到位。一个人可以管理多个机器人,从而提高生产力。

室内涂装机器人还可以应用其他材料,例如防火饰面。饰面是岩棉和水泥的混合物。这对人们来说是一项令人不快的任务,并且会带来健康风险。机器人的使用降低了健康风险,并使工作更轻松、更快捷。

对于外墙涂料,选择并不多。无人机已被提议并测试用于外墙涂料。但似乎没有商业解决方案。正在开发具有爬墙能力的外墙喷漆机器人。机器人使用真空吸附在墙上。

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自动化架构和结构布局

建筑物布局的自动化显示出提高生产力的巨大希望。

现代建筑师将建筑信息模型 (BIM) 用于大型结构。 BIM 创建了整个建筑的 3D 计算机模型。

在适当的时候,工人创建底层。然后,制图师必须在地板上打印一张地图,显示墙壁的位置。当前用于此映射的工具包括卷尺和粉笔线。施工人员使用线路作为指导。这种布局过程既耗时又容易出错。即使是一厘米的错误也可能导致机柜或设备不适合房间。此类错误的代价可能非常高。

现在存在一种将布局打印到地板上的自动化方法。下面是它的工作原理。首先,将建筑物的 BIM 下载到自主移动机器人 (AMR)。 AMR 在混凝土地板上移动。它铺设了显示墙壁确切位置的线条。机器人还会打印机械、电气和管道 (MEP) 开口的位置。它甚至会标记这些空缺并添加其他有用的信息。

据美国商业建筑公司 Swinerton 的一名工头说,这种类型的 AMR 可以将制作布局的时间从一周缩短到两天。制定者必须为高层建筑的每一层创建布局。因此,节省的时间可以相当大。

应用于建筑布局的机器人技术可减少错误并加快进度。

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现场检查机器人

使用机器人进行检查在许多行业都很常见。而建筑业也开始加入这一趋势。一些供应商制造用于建筑的检查机器人。

对于建筑物内部,建筑公司可以在轮子上部署机器人漫游车。对于外部检查,承包商可以使用空中无人机。

许多建设项目涉及建设道路和桥梁等基础设施。工地面积很大。无人机可以在整个场地上空飞行,拍照和录像。他们可以轻松爬升到任何需要的高度。定期概览可为规划人员提供发现问题所需的信息。如果没有无人机,这种检查既昂贵又困难,或者在经济上不可行。

及早发现错误有助于减少成本超支。

先进的人工智能 (AI) 可以编制详细的成本和时间分析。这些分析允许准确的项目进度评估。无人机提供的数据至关重要。

自主移动机器人 (AMR) 可以在建筑物内漫游。一些检查 AMR 使用轮子,而另一些则有腿。 AMR 配备激光扫描仪,可以进行并记录精确的测量值。建筑工程师可以将建造的尺寸与他们的计划进行比较。同样,更早而不是更晚检测错误会产生巨大的差异。早期检测不仅可以降低成本,还可以使项目按计划进行。

机器人检查有助于提高安全性。现场检查会显示碎片或其他条件可能导致危险的地方。 AMR 可以进入对人来说太危险或太狭窄的区域。

可以进行多种类型的测量。场地规划人员可以为 AMR 配备热测量传感器。超声波仪器可以检测气体泄漏。辐射测量设备可以发现危险情况。

总之,现场检查是建筑行业的一个方面,机器人存在并提供许多好处。并且有大量供应商可供选择。

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自主推土设备

自主施工车辆目前尚未广泛使用。事实上,到 2021 年,它们的市场份额将不到全球建筑设备总销售额的 1%。但该领域的增长是指数级的。预计未来两年市场规模将翻一番。

设备制造商协会提供了此处提供的一些统计数据。

主要制造商在制造自主土方设备方面进行了大量投资。大多数此类设备目前集中在采矿业。在这里已经很成熟了。 2021 年 3 月,卡特彼勒宣布他们在过去六年中运输了超过 20 亿吨。卡特彼勒表示,其自动驾驶汽车已经行驶了超过 4200 万英里。这是在没有失时伤病的情况下完成的。小松的自主土方设备已牵引超过 30 亿吨。

根据这些结果,该技术似乎已准备好进行建设。也许要克服的障碍不是技术上的,而是经济上的。

关注经济性,其他供应商采取了不同的方法。他们提供改造服务,将手动推土机改装成自动驾驶汽车。供应商将人工智能、传感器和控制设备安装到现有设备中。改造避免了购买新设备的高成本。

另一种降低入门成本的方法是租用设备。通过租用,客户可以先试用设备。用户可以在购买前评估设备的投资回报。

其他级别的自动化正在渗透到建筑设备中。需要高精度的任务正在查看辅助功能。例如,分级员需要准确地设置他们的刀片。司机必须做很多调整才能把事情做好。现在,该设备配备了实时动力学 (RTK) GPS 装置。刀片可自行调整并随地形变化。

新的安全功能使没有经验的驾驶员能够以低得多的风险使用昂贵的设备。摄像头和碰撞警告系统可防止事故发生。加速度计和其他传感器提供防止翻倒的早期预警系统。

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