建筑机器人：以创新应对劳动力短缺
面对日益严重的劳动力短缺，建筑行业正越来越多地转向机器人技术。了解什么是建筑机器人及其能做什么。
据估计，2021年全球建筑相关商品和服务的年支出约为10万亿美元。建筑业占世界GDP的约13%。然而，根据麦肯锡全球研究院的研究，过去20年该行业的生产率增长仅约为每年1%。建筑行业采用自动化的步伐缓慢，原因之一是建筑工作的复杂性使得自动化难以实施，技术尚未完全匹配挑战。
目前供应建筑机器人的厂商数量仍然很少，机器人只能处理特定任务。但有许多应用场景的技术已成熟。本文将通过以下主题探讨建筑机器人：
- 砌砖机器人
- 钢筋绑扎机器人
- 干墙收光机器人
- 建筑喷涂机器人
- 自动化建筑与结构放样
- 现场检测机器人
- 自主土方设备
- 如何为您的组织采购理想的建筑机器人
砌砖机器人
砌砖是一项高强度工作。行业研究显示，砖工在建筑工人中的工伤率最高。机器人砖工可降低受伤率，并能将生产率提高400%以上，据加州理工州立大学的一项研究报告。
机器人抓起砖块、自动涂抹砂浆，并以极高精度将砖块放置到位。但机器人砖工并非取代人类砖工，而是由人员配合清理多余砂浆、改善外观。最终效果是产量大幅提升且质量更高，工人的工作也变得更轻松。
另一种方案是辅助砖工搬运。厂商提供小型工地起重机，帮助砖工将沉重的水泥砖块就位。工人在疲劳度更低、受伤风险更小的情况下完成更多工作。
目前提供机器人砌砖解决方案的厂商寥寥无几，但它们已在实际项目中验证了技术，且似乎已准备好大规模推广。
钢筋绑扎机器人
钢筋混凝土结构需要用铁丝将钢筋绑扎在一起。绑扎钢筋并不增加结构强度，只是在浇筑混凝土时固定钢筋位置。虽然必要，但这是一项繁重且重复的工作。配备视觉系统的机器人非常适合自动化此任务。机器人设备沿桥梁两侧的轨道移动。Advanced Construction Robotics称其Tybot每小时可完成1,100次绑扎。
目前该技术仅适用于桥梁，且厂商似乎仅限于一家。建筑公司需等待能应用于其他结构的机器人。
干墙收光机器人
干墙收光工人的工伤率很高。美国政府机构报告称，干墙安装工最常遭受过度劳累和跌倒伤害。干墙作业也是一项粉尘大、肮脏的工作。
自动化该任务的早期成果极具前景。某厂商的干墙机器人可将干墙收光至Level 5+级别，这是平整度和外观的最高等级。不过，机器人并非完全自主：工人需引导机器人至作业区并装配合适的末端执行器。借助AI辅助计算机视觉，机器人可贴纸带、抹腻子并打磨墙面，同时捕获99.9%的粉尘。粉尘捕获让工作场所更安全、更舒适。
一名工人可同时管理多台干墙机器人。目前该系统仅在有限地区提供，但概念已获验证，预计将有更多机器人厂商进入该领域。
建筑喷涂机器人
喷涂机器人在汽车行业已使用多年，如今开始进入建筑领域。
针对室内喷涂，有不少厂商提供解决方案。机器人由电池供电，机械臂可覆盖大多数墙面顶部。天花板喷涂对人类尤为费力，对机器人喷涂则不成问题。
室内喷涂机器人配备摄像头和扫描仪，扫描待喷涂表面后可无人干预作业。但仍需人员监管操作、补充涂料并移动机器人就位。一人可看管多台机器人，进一步放大生产率提升。
室内喷涂机器人还可喷涂其他材料，如防火涂料（岩棉与水泥混合物）。这对人类是令人不适且有健康风险的任务，机器人使用可降低健康风险、提高效率。
外墙喷涂机器人选择较少。无人机曾被提议并测试用于外墙喷涂，但似乎尚无商业化方案。攀墙式外墙喷涂机器人正在研发中，利用真空吸附墙面作业。
自动化建筑与结构放样
建筑放样自动化显示出大幅提升生产率的潜力。
现代建筑师对大型建筑使用建筑信息模型（BIM），创建整栋建筑的三维计算机模型。在适当阶段，工人完成地面楼层后，木工需在地面弹线标示墙体位置。传统工具为卷尺和墨斗，过程耗时且易出错。即使厘米级误差也可能导致橱柜或设备无法安装，造成高昂成本。
现已有自动化方式将放样打印至地面：将建筑BIM下载至自主移动机器人（AMR），AMR在混凝土地面行走，精准喷印墙体位置线、机电管线（MEP）预留洞位置及标签等信息。
据美国商业建筑公司Swinerton工长称，此类AMR可将放样时间从一周缩短至两天。高层建筑每层都需放样，节省的时间极为可观。机器人技术应用于建筑放样，减少错误、加快进度。
现场检测机器人
利用机器人进行检测在许多行业已很常见，建筑业也开始跟进。多家厂商生产用于建筑的检测机器人。
室内可部署轮式机器人巡检器；室外可使用航空无人机。许多建筑项目涉及道路、桥梁等基础设施，工地面积大。无人机可飞越全场拍摄照片和视频，轻松达到所需高度。定期概览为规划者提供决策信息，及早发现问题。无人机检测比人工更经济可行。
早期发现错误有助于减少成本超支。先进AI可编制详细成本和工期分析，实现精准的项目进度评估，无人机数据至关重要。
自主移动机器人（AMR）可在建筑内巡检。有的用轮子，有的用腿。配备激光扫描仪，AMR可精确测量并记录尺寸，工程师可将实测尺寸与设计对比。早期发现错误不仅降低成本，还能保证工期。
机器人检测还能提升安全：发现可能导致危险的碎屑或隐患；AMR可进入对人类过于危险或狭窄的区域。
可进行多种测量：配备热成像传感器测温；超声波仪器检测气体泄漏；辐射测量设备识别危险状况。
总之，现场检测是建筑业中机器人已存在且优势众多的领域，且有大量厂商可供选择。
自主土方设备
自主建筑车辆目前尚未广泛使用。2021年其在全球建筑设备销售中的市场份额不足1%。但该领域增长呈指数级，市场规模预计未来两年翻倍。数据来源包括设备制造商协会。
主要制造商在自主土方设备上投入巨资。目前此类设备主要集中在采矿业，已相当成熟。2021年3月，卡特彼勒宣布过去六年自主车辆累计运输超20亿吨，行驶超4200万英里，零工时损失伤害。小松的自主土方设备累计运输超30亿吨。
基于这些成果，技术似已就绪用于建筑。阻碍可能非技术层面，而是经济层面。
针对经济性，一些厂商提供改装服务，将人工土方机改装为自主车辆，安装AI、传感器和控制设备，避免购买新设备的高昂成本。
另一种降低准入成本的方式是租赁设备。客户可先试用，评估投资回报率再决定购买。
其他自动化层级也在渗透建筑设备。高精度任务出现辅助功能，如平地机需精准设置铲刀，现配备实时动态（RTK）GPS，铲刀可随地形自动调整。
新安全功能让经验不足的驾驶员也能低风险操作昂贵设备：摄像头和碰撞预警防事故；加速度计等传感器提供倾翻预警。
如何为您的组织采购理想的建筑机器人
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