當(dāng)前傳統(tǒng)建筑業(yè)正面臨諸多制約，在產(chǎn)業(yè)數(shù)字化時(shí)代背景下，亟需進(jìn)行一場深刻變革。在科技迅猛發(fā)展的當(dāng)下，機(jī)器人被譽(yù)為“制造業(yè)皇冠頂端的明珠”，其研發(fā)、制造、應(yīng)用是衡量一個(gè)國家科技創(chuàng)新和高端制造業(yè)水平的重要標(biāo)志。無論是考慮建筑效率、質(zhì)量、安全性還是成本，機(jī)器人的應(yīng)用成為實(shí)現(xiàn)智能建造的關(guān)鍵。

建設(shè)機(jī)器人從發(fā)明到現(xiàn)今已經(jīng)歷了一百多年的歷史，先后經(jīng)歷了機(jī)械傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)兩代。現(xiàn)機(jī)器人化的工程機(jī)械被稱為第三代，稱為工程機(jī)械發(fā)展的里程碑。建設(shè)機(jī)器人能遙控、自動(dòng)和半自動(dòng)控制，可以在自然環(huán)境中進(jìn)行多種作業(yè)，其中以自然作業(yè)為最大特征。建設(shè)機(jī)器人的機(jī)種很多，按其共性技術(shù)可歸納為三種：操作高技術(shù)、節(jié)能高技術(shù)和故障自行診斷技術(shù)。其研究內(nèi)容豐富，技術(shù)覆蓋面廣，隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，高可靠性、高效率的建設(shè)機(jī)器人已經(jīng)進(jìn)入市場，并且具備廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。

當(dāng)前，以機(jī)器人應(yīng)用為代表的智能建造正逐步改變建筑行業(yè)，在提高效率、降低成本等方面，發(fā)揮更為重要的作用。這也有效解決了國家“雙碳”背景下，傳統(tǒng)建筑行業(yè)材料浪費(fèi)、碳排放量大、用工難等問題，建筑機(jī)器人通過數(shù)字化、智能化系統(tǒng)管理和標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，可顯著提高作業(yè)質(zhì)量和效率，在有效減少建材浪費(fèi)和碳排放的同時(shí)實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增效。

蜂群機(jī)器人將如何改變建筑業(yè)？

在建筑行業(yè)，安全問題是至關(guān)重要的。但有時(shí)施工階段的環(huán)境顯然是不安全的，沒有用人工可以解決問題的方案，比如在堤壩倒塌時(shí)要求工人去加固堤壩，就沒有工人會愿意去。但是，如果能在不冒生命危險(xiǎn)的情況下建造那堵墻呢？這就是蜂群機(jī)器人（Swarm-bots）的用武之地。

蜂群機(jī)器人是一個(gè)科技奇跡，它利用了機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)，并充分發(fā)揮出”人多力量大“的特點(diǎn)。其設(shè)計(jì)理念是利用大量非常簡單的機(jī)器人來組建一個(gè)沒有中心指導(dǎo)的架構(gòu)。這些機(jī)器人的體能有限，編程能力不強(qiáng)，但卻能制造出驚人的東西。通過這種方式，大量簡單的低成本機(jī)器可以替代成本高昂的高性能機(jī)器，在那些對人類風(fēng)險(xiǎn)太大的地方快速地搭建建筑。

蜂群機(jī)器人的一個(gè)靈感就來自渺小的白蟻。盡管白蟻的體型很小，但它是自然界最有創(chuàng)造力的建筑師之一，而且在很多情況下，它能夠創(chuàng)造出令人嘆為觀止的非常復(fù)雜的泥漿蟻窩。有趣的是白蟻如何做到這一點(diǎn)的，因?yàn)樗鼈儾⒉皇亲裱�某個(gè)中心位“建筑師”白蟻的命令，而是將行為規(guī)則銘刻在其DNA中。

哈佛大學(xué)自組織系統(tǒng)研究小組的團(tuán)隊(duì)參照白蟻，設(shè)計(jì)了一組能夠建造磚墻的蜂群機(jī)器人。給蜂群機(jī)器人輸入最終的設(shè)計(jì)方案，設(shè)定好他們的操作規(guī)則，并讓他們開始工作，蜂群機(jī)器人將以團(tuán)隊(duì)的形式作業(yè)，在其他蜂群機(jī)器人中穿梭，建造圍墻。群中的每個(gè)機(jī)器人都會抓起一塊磚，或者合力搬起一塊磚，然后將磚塊安放在空位中，直到這面墻完工。如果有一個(gè)機(jī)器人出現(xiàn)故障，其他機(jī)器人將繼續(xù)工作，失去的只是一個(gè)機(jī)器人的生產(chǎn)力。由于沒有中心控制，因此不存在單點(diǎn)故障(a single point of failure)，從而提高了可靠性，減少冗余。就像白蟻一樣，蜂群機(jī)器人幾乎可以在任何地方快速、安全、有效地創(chuàng)建建筑物。

使用蜂群機(jī)器人最大的好處是不會讓建筑工人失業(yè)，這似乎是人們對實(shí)施自動(dòng)化的最大擔(dān)憂。蜂群機(jī)器人將執(zhí)行對工人來說危險(xiǎn)系數(shù)太高的工作，這些工作到現(xiàn)在還沒有人可以完成。想在火星上建立殖民地嗎？派出蜂群機(jī)器人，帶上補(bǔ)給物資，讓他們創(chuàng)建基礎(chǔ)設(shè)施，使人類居住更安全。堤壩因洪水而坍塌了嗎？派出蜂群機(jī)器人，帶上補(bǔ)給物資，讓工作人員遠(yuǎn)離危險(xiǎn)區(qū)域，處理其他問題。使用蜂群機(jī)器人可以提升建筑能力，讓蜂群機(jī)器人執(zhí)行危險(xiǎn)任務(wù)，將風(fēng)險(xiǎn)降低到安全程度時(shí)再讓人類開始工作。

極其簡單、成本低廉、工作高效的蜂群機(jī)器人可以將對人類來說太危險(xiǎn)的區(qū)域轉(zhuǎn)變成巨大的發(fā)展機(jī)遇。這種建筑技術(shù)的進(jìn)步將成為未來發(fā)展的催化劑，比如建立海底城市或在其他星球上建立殖民地。蜂群機(jī)器人不會統(tǒng)領(lǐng)建筑業(yè)，而將助力建筑行業(yè)進(jìn)一步擴(kuò)展市場能力。

建筑機(jī)器人將徹底顛覆建筑業(yè)

建筑業(yè)是一個(gè)自動(dòng)化程度非常低的行業(yè)，主要依靠大量人力勞動(dòng)提供生產(chǎn)力。無論是新的商業(yè)建筑、舊房翻修還是建筑物拆除，機(jī)器人在建筑物生命周期的任何階段都還沒有發(fā)揮重要作用。然而，有幾種新型機(jī)器人正在研發(fā)中，處于早期部署階段，他們可能會改變建筑業(yè)的這種情況。作為一個(gè)自動(dòng)化程度極低的行業(yè)，建筑業(yè)即將迎來一場機(jī)器人變革。

為什么建筑機(jī)器人剛開始邁向商業(yè)化？

建筑業(yè)很少應(yīng)用機(jī)器人，看起來似乎有些奇怪，其實(shí)也不難理解，因?yàn)榻ㄖ�要�?shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)非常困難。建筑工地是實(shí)施機(jī)器人自動(dòng)化的主要障礙。機(jī)器人擅長在受控的環(huán)境中執(zhí)行重復(fù)性任務(wù)，而建筑工地的環(huán)境正好相反。機(jī)器人需要能夠適應(yīng)工地環(huán)境中的實(shí)時(shí)變化，基本不需要重新編程，這樣才能在盈利的同時(shí)提高生產(chǎn)力。以前的機(jī)器人很難做到這一點(diǎn)，但現(xiàn)在的建筑機(jī)器人已經(jīng)可以承擔(dān)這些具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。

建筑機(jī)器人種類

有幾種不同類型的建筑機(jī)器人即將大規(guī)模進(jìn)入建筑市場。首先是3D打印機(jī)器人，它可以根據(jù)需要建造大樓。在一個(gè)移動(dòng)機(jī)械臂控制下，3D打印機(jī)通過一組預(yù)先編程的指令打印出一個(gè)結(jié)構(gòu)安全完整的建筑。這項(xiàng)技術(shù)也開始用于建造橋梁，比如荷蘭建造的有史以來第一座3D打印橋梁，已經(jīng)于2021年7月投入使用。3D打印和工業(yè)機(jī)器人的結(jié)合是建筑行業(yè)一項(xiàng)最有前途的自動(dòng)化技術(shù)。

第二種是用于砌磚砌石的建筑機(jī)器人，甚至有的機(jī)器人可以一次性鋪設(shè)整條街。這些類型的機(jī)器人極大地提高了施工作業(yè)的速度和質(zhì)量。

拆除機(jī)器人是第三種即將進(jìn)入主流應(yīng)用市場的建筑機(jī)器人。雖然他們比拆除工人的速度慢，但在拆除建筑物混凝土和結(jié)構(gòu)性構(gòu)件的最后階段時(shí)，機(jī)器人要安全得多，成本也低得多。

當(dāng)然還有其他類型的施工機(jī)器人，如遠(yuǎn)程遙控或自主駕駛車輛，但上文介紹的三種類型的機(jī)器人是最適合在當(dāng)前施工現(xiàn)場工作的，也可能是對建筑業(yè)影響最大的。

作為一個(gè)自動(dòng)化程度極低的行業(yè)，建筑機(jī)器人將對建筑行業(yè)產(chǎn)生重大影響。隨著建筑公司為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能高效而越來越多轉(zhuǎn)向自動(dòng)化，必將推動(dòng)建筑機(jī)器人的需求穩(wěn)步增長。

來源：中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟網(wǎng)、中國機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會等