“我國建築業創造了諸多世界第一，同時也面臨着産品性能欠佳、資源浪費巨大、安全問題突出、環境污染嚴重、生産效益低下等問題。”
歲末年初，碧桂園集團旗下博智林在汕頭金平項目悄悄做了一件改變行業生态的大事——首次完成“BIM+FMS+WMS+建築機器人多機施工系統”的驗收，這标志着建築機器人已進入多機協同系統化應用的新階段，中國建築業向“智能建造”又邁出一大步。
文 | 魯班長
春節漸近，農民工已開始大批返鄉，建築行業又将面臨嚴重的周期性“用工荒”。
“現在工程不好做，雖然勞工薪資普遍提升了，即使月薪在1萬元左右，施勞工員也經常短缺。”一家建築承包商的負責人張代偉說，建築業還呈現老齡化趨勢，更多的年輕人“甯願送快遞也不進工地”。
人口紅利退潮，以往憑借豐富且廉價的勞動力實作規模增長的模式也難以為繼，老齡化、用工荒以及人工成本的上漲成為制約建築業可持續發展的瓶頸。
從業者越來越少也越來越老
中國依舊是“建築大國”。2020年，全國建築業總産值高達26.4萬億元，占國内生産總值（GDP）的25.88%。
但是，國家統計局《2020年農民工監測調查報告》也傳遞出一個悲觀的資訊，全國農民工總量比上一年度減少了517萬人，同比減少1.8%。
建築行業是一個古老的行業，從業者不僅越來越少，也越來越老。上述報告還顯示，2020年，我國農民工平均年齡為40.8歲,比2019年提高0.6歲。其中，50歲以上農民工所占比重超過24%。
背井離鄉、風餐露宿以及面臨較高的安全危險，也是中國乃至全球建築勞工生活和工作的常态。16歲時，現年49歲的張代偉就随父親到建築工地打工。
他清晰地記得，夏天，陽光曬脫了皮膚。冬天，手腳則經常被凍傷，晚上躺在被窩裡又癢又疼。
“如果有台機器人搬磚就好了。”有一年，在觀看了一部好萊塢科幻電影後，張代偉很快就被自己的奇思妙想逗笑了，誰會花大價錢去研制搬磚的機器人？
建築行業是全球範圍内數字化、自動化程度較低的行業之一，一直存在着技術含量低、生産效率差、建設成本高、環境污染嚴重、施工安全風險大等弊病。
中國多數建築企業“大而不優”，大多還停留在“搬磚頭、紮鋼筋、澆混凝土、裝模闆”的水準。面對用工荒危機，以碧桂園為代表的中國房産和建築企業都在尋找轉機。
如今，碧桂園已用近三年的實踐證明，“機器人建房子”的時代已然來臨。2021年12月，在廣東佛山順德的鳳桐花園項目中，一台建築清掃機器人正在作業。
勞工們戲稱其為“大眼仔”。它長着一雙萌萌的大眼睛，其所到之處，灰塵、碎屑、小石塊等工地垃圾都被清掃得一幹二淨。
“這台建築清掃機器人配備了雷射雷達、超音波傳感器，還有防撞條等多傳感器融合技術。”現場人員介紹道。
▲建築清掃機器人
這款“神器”不僅能在建築場景下自主規劃路徑、自主導航、自主清掃并自動倒垃圾，還可以智能避開障礙物，清掃效率更是人工的三倍。
建築施工現場清潔向來是一塊難啃的骨頭，不僅小石塊和灰塵等難以打掃，而且人工清潔效率低、成本高，還會給施勞工員造成“塵肺”等健康危害。
測量機器人、智能随動式布料機、混凝土天花打磨機器人等以往科幻電影中的角色，正在碧桂園鳳桐花園項目中成為現實。
2021年2月，住房和城鄉建設部釋出《關于同意開展智能建造試點的函》，首次在全國确定了7個“智能建造試點”項目，碧桂園鳳桐花園項目位列其中。
這是碧桂園博智林建築機器人首個商業應用項目，也是國内唯一真正引入建築機器人并批量應用于工程建造過程的試點項目。
▲博智林卷揚式外牆乳膠漆噴塗機器人高空作業
更安全、更優質、更高效
盡管早就聽說“機器人建房子”，但眼前的一幕幕仍讓張代偉目瞪口呆：一台卷揚式外牆乳膠漆噴塗機器人正在作業，它噴出的乳膠漆均勻、細膩，施工效率也很高。“它還可以自主規劃路徑，實作建築外牆塗裝的全自動、全方位噴塗。從根本上杜絕了勞工因高空作業帶來的安全風險。”
按照國家标準《高處作業分級》GB/T3608-1993的規定，凡在墜落高度基準面2m以上(含2m)有可能墜落的高處進行作業，即可認定為高處作業。從國務院安全生産委員會的通報來看，幾乎隔三差五就會有高處作業死傷的事故發生。
“建築機器人大大降低了高空作業墜落、建材對勞工健康造成損傷等隐患。保障施工安全、提升施工品質、提高施工效率，是我們聚焦建築機器人研發的三個核心要素。”博智林機器人與智能産品研究院進階産品總監李許說。
▲卷揚式外牆乳膠漆噴塗機器人
相比傳統勞工，建築機器人憑借更強的計算能力，在建材的利用規劃上更為合理、科學，可實作“精益建造”。
建築機器人首先帶來驚人的施工效率。兩分鐘之内，一台測量機器人就可以完成單個房間的實測，測量精度在±1mm内，工效是人工的2-3倍以上，并可根據測量結果自動化生成報表，比人眼觀察更加客觀和準确；同樣，混凝土施工機器人産品線也可以将施工班人員從12人減至8人。
在鳳桐花園項目施工現場，測量機器人、智能随動式布料機、混凝土天花打磨機器人、外牆噴塗機器人等十幾種機器人有條不紊地忙碌着。
為了讓機器人像人工一樣協調有序，“博智林”還自研BIM系統、FMS系統、WMS系統，并且打通了三個系統的界限，讓它們互相協作，在全球首次實作了裝修階段建築場景下多機器人協同的解決方案。
這套在汕頭項目工地的多機應用體系被稱為“BIM+FMS+WMS+建築機器人多機施工系統”。首先，博智林自主研發的BIM協同平台結合項目的主資料，生成定制化“BIM模型地圖”，并通過模型地圖給路徑規劃系統提供機器人施工路徑。
同時，BIM材料算量系統根據預先規則，将所需用料比對到商品庫後，将施工計劃與材料用量相關聯，形成建築機器人施工“工單”并将其下發至FMS系統。
博智林自主研發的FMS系統堪稱多機施工排程的“最強大腦”。它接收到“工單”後，有序統籌機器人根據路徑規劃進行全自動作業，可實作機器人實時監控、物料下發調配以及作業路徑實時生成的完整流程，并對接WMS系統。
▲博智林自主研發的FMS系統
猶如交通高峰期的交警，WMS系統是機器人物流運輸的虛拟“交通指揮官”，有了它的智能排程，物流類機器人批量出動也不會出現“塞車”。
“這套系統成功解決了機器人在複雜工地和繁雜工序中的有序排班布局，實作了機器人之間的高效作業協同。”博智林機器人與智能産品研究院許安鵬院長介紹說。此外，博智林還積極貫徹人工智能與地産行業深度融合的國家政策，在施工品質智能化評判、建築大資料治理、智慧工地監管等細分領域實作了從無到有的突破。
“數字化轉型是推動建築産業高品質發展的重要途徑，從‘中國建造’走向‘中國智造’是我國建築業發展的大勢所趨。”中國建築業協會副會長劉錦章認為，數字化、智能化與建築施工現場深度融合，将助推我國建築産業現代化進入“快車道”。
從“塵漫天”“鋪滿泥”，到“綠色智智造變廢為寶
在外界的印象中，在建工地往往是粉塵“漫天飛”，工地路邊則“鋪滿泥”，而建築業帶來的環境污染和生态危害遠不止這些。
“我國建築業創造了諸多世界第一，同時也面臨着産品性能欠佳、資源浪費巨大、安全問題突出、環境污染嚴重、生産效益低下等問題。”在中國國際工程項目管理峰會上，全國人大代表、中國工程院院士丁烈雲憂心忡忡。
目前，“碳達峰”“碳中和”正成為全球共識，中國政府也提出力争在2030年前實作“碳達峰”、2060年前實作“碳中和”。
但中國建築節能協會能耗統計專委會釋出的《中國建築能耗研究報告2020》顯示，2018年，全國建築全過程能耗總量為21.47億tce（噸标準煤當量），占全國能源消費總量的46.5%。
建築業是能耗大戶，自然也是排放大戶。2018年，全國建築全過程碳排放總量為49.3億tCO2（二氧化碳總排放量），占全國碳排放的比重為51.3%。是以，推動建築行業降低能耗，進一步減少碳排放，對于實作綠色低碳發展顯得尤為重要。
不過，中國建築材料聯合會釋出的《中國建築材料工業碳排放報告（2020年度）》顯示，2020年，中國建築材料工業的二氧化碳排放比上一年增加了2.7％，建材工業萬元工業增加值二氧化碳排放也同比增加了0.2％。
作為硬币的另一面，房地産以及周邊産業對我國GDP的貢獻率已超過30%。如果通過限制房地産和建築業的發展，實作“碳達峰”“碳中和”，無異于涸澤而漁、殺雞取卵。是以，促進資訊化與工業化在工程建造領域的深度融合、實作智能建造和綠色建造、促進中國建築業轉型更新已是社會共識。
多年來，碧桂園始終将綠色環保作為經營管理的指導準則。2020年，碧桂園新增了64個滿足國家綠色建築評價标準的建設項目，已獲得國家綠建标準認證項目46個，還建設了111個海綿城市項目。
博智林研制的建築機器人，更是在科技賦能層面為碧桂園“綠色低碳智能建造”注入了新的驅動力。2021年2月，一款建築廢棄物再利用流動制磚車在鳳桐花園投入使用，它以建築垃圾為原料就地進行資源再利用，試制出再生路面磚、水泥磚等等。
截至2021年9月15日，這款制磚車已累計消納建築垃圾450噸，生産出二十多萬塊路面彩磚，并獲得11項國内發明專利和3項海外發明專利。
▲建築廢棄物再利用流動制磚車在作業
“建築垃圾處理一向是工程施工和城市建設的痛點，博智林的思路是變廢為寶。”李許說，建築廢棄物再利用流動制磚車以特種作業車的形式運作，采用遊牧式作業方式就地對建築廢棄物進行深加工，将建築垃圾直接轉化為再生建材制品。
一堆堆建築垃圾，瞬間變成了一枚枚路面磚、植草磚、盲道磚以及各種實心混凝土磚。在即産即銷、變廢為寶的同時，也節省了大量建材采購費、建築廢料清運費，更減輕了粉塵污染和運輸過程的碳排放。
▲建築廢棄物再利用流動制磚車制成的磚
博智林研制的建築廢棄物再利用流動制磚車，隻是碧桂園綠色發展的“冰山一角”。
實作多項“零”的技術突破，博智林助力行業齊頭并進
2021年7月，鳳桐花園項目“測量機器人和智能測量工具”“施工機器人和智能工程機械裝置”等經驗做法再一次受到行業主管部門的肯定。它入選了住房和城鄉建設部“首批智能建造與新型建築工業化協同發展可複制經驗做法清單”。
2018年7月，碧桂園集團成立全資子公司廣東博智林機器人有限公司，重點聚焦建築機器人的研發、制造與應用。此後僅用兩年半時間，博智林就實作了建築機器人從自主研發、小批量生産到工程測試、工程服務及批量化商用。
“在短時間裡，碧桂園集團開展全面研發，已經大批量傳遞建築機器人，已走在全國乃至世界智慧建造和建築機器人領域的前列。”中國科學院院士、清華大學人工智能研究院院長張钹教授評價說。
進入2021年下半年，碧桂園開始大步伐地推進機器人建房試點工程，進而大幅提升市場競争力。同年12月30日，碧桂園旗下博智林公司在汕頭金平項目首次完成“BIM+FMS+WMS+建築機器人”多機施工系統的驗收，它将原本獨立的單機裝置通過內建排程，首次實作了裝修階段的多機協同施工。
在金平項目的建築工地上，8款施工機器人、6款運輸及上料機器人以及5款集中工作站開展多機關聯作業。像流水線一樣，多台建築機器人互相配合并進行自主施工作業。
▲機器人根據WMS系統正在有序地自動運輸施工物料
在牆磚鋪貼施工現場，一名産業技師協助機器人加注瓷磚膠後，上磚機器人則自主完成加磚動作。随後，該産業技師在平闆電腦上選中作業區域，一鍵下發指令後，機器人迅速前往指定位置，進行自主鋪磚施工作業，動作娴熟麻利，不到一分鐘就貼好了一塊瓷磚。
同時，一側的牆紙鋪貼機器人也按照作業路徑進行作業，所鋪貼的牆紙平滑工整。作業完成後，機器人還會即時回報工單到計劃排程。
▲牆磚鋪貼機器人自動作業
多機施工系統在金平項目順利驗收，标志着博智林建築機器人已進入多機協同系統化應用的新階段。截至2021年12月31日，博智林已有18款建築機器人投入商業應用，服務覆寫25個省份超350個項目；累計傳遞超過730台，應用施工面積超過700萬平方米。
博智林的産品和技術也實作諸多“零”的突破，填補了多項行業技術空白。截至2021年11月底，博智林已遞交專利有效申請3468項，獲授權1670項。相關研發産品相繼斬獲中國專利獎、IF設計獎、紅點獎、IDEA獎、紅星獎、金蘆葦獎等多個獎項。
如今，碧桂園的多個工程項目已使用建築機器人來完成建築中危險系數較高、操作繁重重複的工序，為中國智能建造積累了大量落地經驗，博智林也成為全球領先的智能建造解決方案提供商。
▲膩子打磨機器人高效率完成任務，工單回報作業完成進度
目前，全球建築行業智能建造的整體水準仍處于起步階段，美國、日本、南韓、澳洲等發達國家在建築機器人方面取得了部分成果，但仍以單點研發和小批量試用為主，均未實作建築全周期、系統化應用的目标。
“我國在通用施工機械和架橋機、造樓機等智能化施工裝備研發應用方面取得了顯著進展。”國家住建部建築市場監管司副司長廖玉平認為，在構配件生産、現場施工等方面，建築機器人應用尚處于起步階段，還沒有實作大規模應用。
中國建築企業迎來彎道超車的機會。在中國，各類機器人已活躍在餐廳、商場、酒店等領域。而相較于服務機器人，建築業機器人的開發和應用仍略遜一籌。
一枝獨秀不是春,百花齊放春滿園。作為中國智能建造領域的探索者、引領者，博智林積極貢獻經驗智慧，積極參與我國智能建造領域的标準體系建設。
2020年11月，博智林受邀參與成立“中國工程建設标準化協會建築機器人專業委員會”，并參與編制建築機器人相關标準、開展行業技術交流等。
博智林主導編制的《智能施工升降機》《外牆噴塗機器人》等團體标準獲得認可，并參與了兩個國家級标準的制定，推進了多個省、部級科技專項，為推動我國建築行業向智能建造加快轉型更新貢獻了經驗和智慧。