2015年7月，ABB首度公開機器人在建筑領(lǐng)域應(yīng)用的案例，其表示與 MX3D等多家合作伙伴，成功開發(fā)了一種全新的鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)——可以將焊接工藝與建筑材料融為一體，在建造過程中無需使用其他金屬建材。

 

隨后幾年內(nèi)，ABB在建筑領(lǐng)域鮮有新動態(tài)，但2021年，ABB開始表露其在建筑領(lǐng)域的“野心”，接連公開ABB機器人在建筑領(lǐng)域的探索。

 

【高工機器人】對其案例進(jìn)行梳理發(fā)現(xiàn)，ABB機器人在建筑領(lǐng)域的布局圍繞著三個方向：3D打印與機器人的結(jié)合、模塊化建筑與機器人的結(jié)合以及高壓高風(fēng)險工作的人工代替。

 

3D打印與機器人的融合

 

ABB近期公開了與法國XTreeE公司的合作案例。XTreeE研發(fā)出了一種使用硬件包括ABB機器人的工業(yè)化3D打印建筑技術(shù)，該技術(shù)可以覆蓋項目數(shù)字化設(shè)計到實際生產(chǎn)的完整解決方案。

 

據(jù)了解，3D打印建筑相對于傳統(tǒng)的混凝土建筑擁有著更高的靈活性，可以隨著需求的改變而改變建筑的方向，同時對突發(fā)情況有更好的適應(yīng)性，且量身定制的程度更高。具體來看，XTREEE總裁ALBAN MALLET將其表述為“第一天你可以先打印一張桌子，第二天打印一堵墻，第三天打印一件公共設(shè)施，但是三天的3D打印建筑都可以保證高度的一致性”。

 

此外，3D打印建筑還有一個更大的優(yōu)點，單位質(zhì)量強度高，采用3D打印建筑技術(shù)，較少的材料可以獲得相同的強度。

 

具體來看，在3D打印建筑中機器人扮演著什么樣的角色呢？

 

在3D打印建筑技術(shù)中，第一步是對建筑進(jìn)行數(shù)字化設(shè)計，將其構(gòu)建成三維的數(shù)字化模型，同時進(jìn)一步確定建筑物需要進(jìn)行3D打印的部分，一般而言，3D打印的部分主要有混凝土制成的地基和墻壁等。

 

隨后，進(jìn)行數(shù)字化的編程，將相對的指令發(fā)送到搭載了3D打印機的機器人，機器人開始在建筑工地或其他地方（如工廠）構(gòu)建元素。

據(jù)悉，用于3D打印建筑的機器人擁有In-situ impregnation-原位浸漬、Co-extrusion with towpreg-絲束共擠出、Towpregextrusion-拖絲擠出、In-situ consolidation-原位合并、Inline Impregnation-內(nèi)聯(lián)浸漬等多種出料方式，但總體而言，無論選取何種出料方式，機器人均搭載著相應(yīng)的軟管以及噴嘴。

 

3D打印建筑機器人作業(yè)過程主要如下，軟管首先將砂漿混凝土等混合物泵出，混合物經(jīng)過配制后，噴嘴開始作業(yè)，將混合物堆疊在擬定位置，隨后進(jìn)一步往下堆疊，開始打印的過程。

 

在最終成效上，通過使用機器人，3D打印建筑可以完成常規(guī)建造方法無法實現(xiàn)的新型設(shè)計建筑元素和部件，且3D打印建筑可以根據(jù)具體場景需求的不同選用不同的建筑材料，擁有更高的適用性。

 

目前而言，在3D打印建筑中使用機器人已成為一種趨勢并已有不少的落地案例。今年10月，清華大學(xué)建筑學(xué)院使用搭載機器人的3D建筑技術(shù)建造了窯洞形式混凝土農(nóng)宅。今年7月，使用ABB機器人進(jìn)行3D打印的金屬橋在阿姆斯特丹正式落地。

 

模塊化建筑與機器人的結(jié)合

 

在傳統(tǒng)的工地中，施工必須在現(xiàn)場完成，但在現(xiàn)場中作業(yè)存在著建筑材料損耗高、人工效率低下、時間緊迫等問題，這樣背景下，可以在場外進(jìn)行預(yù)先構(gòu)建和預(yù)先生產(chǎn)的模塊化建筑取得迅速發(fā)展。

 

但即便是使用模塊化建筑的方式，其在對建筑模塊進(jìn)行生產(chǎn)仍存在著產(chǎn)品良率難以控制、勞動力緊缺、人才匱乏、危險系數(shù)高等問題，這樣情況下，機器人是最優(yōu)解之一。

 

在具體的模塊化建筑中，有幾個重要流程，對建筑物進(jìn)行數(shù)字化處理，構(gòu)建一個三維的數(shù)字建筑物，并劃分成多個重要建筑模塊，并且通過模擬的方式對模塊進(jìn)行安全性測試，隨后將模塊投至預(yù)制生產(chǎn)線進(jìn)行處理，最后搬運至現(xiàn)場進(jìn)行使用。

 

在這其中，機器人最主要的應(yīng)用流程是建筑模塊生產(chǎn)線，使用機器人提高自動化水平，另通過機器人編程軟件與模塊建筑的模擬平臺之間的搭配，進(jìn)一步優(yōu)化工廠布局以及生產(chǎn)線，從而提高產(chǎn)能。

 

關(guān)于在模塊建筑中使用機器人，木制結(jié)構(gòu)模塊場外建造企業(yè)Intelligent City聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Oliver Lang分析，機器人技術(shù)和可持續(xù)性在一定程度上是掛鉤的。

 

首先，通過自動化技術(shù)來提高建筑質(zhì)量意昧著建筑的使用壽命更長。其次，對于材料本來而言，以木材而言，其延伸性和可加工性非常適合機器人自動化。最后，機器人對于已開發(fā)產(chǎn)品的適應(yīng)性更強，系統(tǒng)是預(yù)先設(shè)計好的，可以處理好所有可能的排列。

 

在具體案例上，ABB公開案例顯示，其為IntelligentCity提供的生產(chǎn)線，可以有效提高生產(chǎn)效率，項目交付速度提高38%，模塊化建筑的生產(chǎn)成本降低了33%，同時有效優(yōu)化了生產(chǎn)過程，最大限度減少了切割不達(dá)標(biāo)等問題。

 

高壓、高風(fēng)險工作的人工代替

 

ABB機器人在建筑領(lǐng)域應(yīng)用的又一個重要趨勢是高壓、高風(fēng)險工作的人工代替。

 

ABB近期公開了與迅達(dá)以及蘇黎世理工學(xué)院聯(lián)合啟動的機器人電梯安裝系統(tǒng)試點項目。據(jù)了解，安裝電梯時需要在電梯井中安裝大量錨栓才可以精確、安全地固定軌道和通道門，但是隨著建筑物的高度增加，所需的錨栓數(shù)量越多，同時在混凝土電梯井內(nèi)鉆孔安裝錨栓重復(fù)性強、耗費體力且豎井內(nèi)噪音大、灰塵多，對工人而言，這是高壓、高風(fēng)險的工作。

 

這樣情況下，提高工作質(zhì)量、改造電梯安裝人員的工作條件成為重中之重，機器人電梯安裝系統(tǒng)由此誕生，但同樣存在著挑戰(zhàn)。

 

首先，機器人需要以毫米級別精度在相同的坐標(biāo)上鉆孔，但機器人在電梯井中的位置是不斷改變的，這代表機器人必須不停地進(jìn)行動態(tài)調(diào)整以適應(yīng)鉆孔。其次，機器人在開始鉆孔之前，還需要對井壁進(jìn)行掃描處理，檢查井壁下是否擁有隱藏的鋼筋以及混凝土表面是否平整，這對機器人而言，在算力上也是個巨大的挑戰(zhàn)。

在建筑行業(yè)，工作強度既高風(fēng)險也大的工作數(shù)不勝數(shù)，如若機器人可以代替高壓、高風(fēng)險環(huán)境下的作業(yè)，無疑擁有著巨大的空間。

 

此外，目前建筑行業(yè)招人難的問題仍未得到緩解。國家統(tǒng)計局《2020年農(nóng)民工監(jiān)測調(diào)查報告》顯示，2020年我國農(nóng)民工平均年齡為40.8歲，比2019年提高0.6歲；其中，50歲以上農(nóng)民工所占比重已經(jīng)超過24%。越來越多的年輕人，不再愿意像父輩那樣，頂著“農(nóng)民工”的標(biāo)簽進(jìn)工地干重活，而是更加愿意選擇新興行業(yè)。

 

種種難題下，作為最優(yōu)解的建筑機器人取得迅速發(fā)展，截至目前，已有較多的入局者，這其中既有老玩家也有眾多新玩家。

 

大界機器人自2016年成立以來就專注于建筑機器人領(lǐng)域，持續(xù)深挖建筑機器人的控制系統(tǒng)、智能算法與人機交互的核心技術(shù)。碧桂園2018年斥800億成立博智林機器人，重點聚焦建筑機器人研發(fā)、制造與應(yīng)用，發(fā)展至今，博智林機器人已投入工業(yè)使用，可以替代人工完成測量、地面整平、地坪研磨等工作。此外，綠地控股先前也以3億元入股深藍(lán)科技，開始在建筑機器人的探索。

 

建筑與人的生活密切相關(guān)，擁有著龐大的存量市場，這樣背景下，哪家機器人企業(yè)能挖掘出新的應(yīng)用場景把握到最新的趨勢，哪家企業(yè)就越有可能吃上這一領(lǐng)域最大的“蛋糕”。