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当前建筑业转型升级面临效率、质量、安全、成本等多项要素制约。在产业数字化时代背景下,建筑机器人已成为建筑领域未来发展的“专精特新”战略要地。作为行业的发展方向与创新趋势,建筑机器人的研发生产需要从实际应用场景出发,建立贯穿建筑全生命周期的产业互联网平台,努力实现安全、质量、时间和效益的有机结合,促进建筑业工业化与智能化发展。

  为有效应对行业工业化程度低、劳动力短缺、环境污染程度高等难题,2018年7月开始,碧桂园集团旗下全资子公司——广东博智林机器人有限公司(以下简称“博智林”)将建筑机器人作为发展方向,开展技术攻关,向这座新兴战略高地发起冲锋。日前,《中国建设报》记者走进博智林建筑机器人施工现场、研发与调试现场,深度解码行业发展中的关键内容与内在逻辑。

  让“钢铁侠”成为工人的好帮手

  “从未想到,电影中的场景居然成为了现实。”一位智能建造产业技师在施工现场表示,而他身旁这个地坪漆涂敷机器人是他的新工友。

  据了解,一般情况下,地坪漆由多种不同挥发性物质经混合、溶解、稀释等许多道生产工艺调配而成,工人需要利用滚筒反复进行刮漆、收平,平均每天8~10个小时连续蹲在地上作业,对于呼吸道和腰背损伤较大。如遇上南方梅雨季节等天气不确定性因素,第一道工序后需要操作环境整体风干后再进行第二次涂敷,工期被动延期,大大影响了工程效率。

  “比如去年3月,由于地库环境密闭,传统地下作业施工味道特别刺鼻,即使是冬天,工友们仍赤膊上阵。为避免施工时呼吸不畅,工友们无法戴口罩,这就是建筑业的基本现状,很多工序都是靠建筑工人拿铁锤磨刀一步一步手工完成的。所以现在很多年轻人宁愿送快递也不愿干建筑业这行。”博智林建筑机器人研发代表刘恒志博士对研发地坪漆涂敷机器人的初衷仍记忆犹新,地下车库的涂敷环境往往容易被人忽略,但是工作强度高、对人体健康影响大,因此地下车库成为当初研发此款机器人的重要场景。

  生产工具创新才能提升生产效率,解决困扰行业的痛点。目前智能建造产业技师只需要利用手机或平板电脑终端输入工作要求,博智林地坪漆涂敷机器人利用激光雷达完成施工环境扫描,通过精准的客户流量以及产出面积,控制耗材量、施工时间,技师通过监督机器人工作效果,查缺补漏完成部分工作,“通过生产技术创新,建筑机器人成为工人的好帮手。”刘恒志指出,智能化发展与应用不是取代人,而是更好地服务于人,在材料节省、施工效果保障等方面都体现出科技创新带来的巨大变化。

  针对目前在用的地下车库,如果存在渗漏、磨损问题,未来人们在进行翻新改造工作时会更加注重选择环保材料、缩短工期以减少实际应用影响等关键细节。因此,地坪漆涂敷机器人将迎来广阔的应用前景,大大缩短翻新改造工期的同时还能显著提升施工品质。

  技术攻关聚焦安全、质量和效率系统性提升

  1月20日召开的全国住房和城乡建设工作会议指出,2022年重点工作之一是促改革,更好地激发企业活力,更好地适应和满足需求变化。

  我国拥有世界上最大的建筑市场。国家统计局数据显示,2021年全国建筑业总产值293079亿元,同比增长11.0%;全国建筑业房屋建筑施工面积157.5亿平方米,同比增长5.4%。建筑业对国民经济发展的推动作用越来越突出,但当前传统建筑业正面临诸多制约,如落后的施工手段和方式、用工成本上升等,导致安全问题突出、资源浪费巨大等问题凸显,先进水平的工艺技术和工程技术整体应用程度偏低。

  建筑业转型升级亟须寻找实现可持续发展的突破口和关键抓手。1月25日,住房和城乡建设部发布《“十四五”建筑业发展规划》指出,加快建筑机器人研发和应用,加强新型传感、智能控制和优化、多机协同、人机协作等建筑机器人核心技术研究,研究编制关键技术标准,形成一批建筑机器人标志性产品。

  结合行业发展趋势及实际应用性问题,建筑机器人的研发应用聚焦行业痛点,以保障施工安全、提升施工质量、提高施工效率,提升建筑施工综合效益。

  “提起建筑业,大家都觉得又脏、又累,还要起早贪黑,一般有体力的年轻人都去送外卖了。”刘恒志指出,建筑工种的“脏、累、险”等缺点被很多人诟病。基于此,博智林从减少工人体力劳动、增加工人作业的安全性出发,在承重墙搬运、外墙体喷涂等体力繁重或存在危险的施工工序,逐渐让机器人从事这些领域的工作。

  “外边这面白墙就是建筑机器人整体粉刷完成的。”一位现场人员表示,卷扬式外墙乳胶漆喷涂机器人通过自主路径规划,可以实现建筑外墙涂装的全自动、全方位喷涂。相较于传统人工施工,卷扬式外墙乳胶漆喷涂机器人从根本上杜绝了工人因高空作业带来的安全风险,有更稳定的施工质量和更高的施工效率。

  在质量和效率方面,博智林各款机器人产品的效率对比人工有较大提升,主要体现在节省时间、节省人工方面;由于机器作业的稳定性与误差小,机器人的施工质量比人工质量也有较大提升。例如测量机器人,根据工程应用测试,工效为人工的2.5倍以上,测量精度在±1毫米内,作业效率与测量准确率优于人工。目前混凝土施工机器人产品线由智能随动式布料机及地面整平、地面抹平、地库抹光机器人组合而成,通过联动施工,整个混凝土施工班组人员可以更加精简。

  除此之外,博智林在全球首次实现了喷涂机器人智能化参数调节技术,结合喷涂实验与计算机流体仿真,实现高质量的喷涂工艺参数。喷涂机器人通过人工智能技术,基于现场环境与大数据实现参数智能化预测,调节喷涂参数,实现喷涂质量最优,作业后漆膜厚度均匀一致,漆面光滑、无污染、无色差。同时,喷涂机器人效率高,乳胶漆喷涂效率约为人工喷涂的4倍,乳胶漆自动喷涂覆盖率可达95%以上。

  从点上开花到行业良性循环急需生态体系搭建

  当前全球建筑行业智能建造的整体水平仍处于起步阶段。日本、澳大利亚、韩国、美国等发达国家在建筑机器人方面取得了一些成果,但尚未实现建筑全周期、系统化应用的目标,目前仍以单点研发和小批量试用为主。

  智能建筑机器人施工不是单打独斗,从整体地下车库的建筑施工体系,到混凝土浇筑、整平抹平、地坪研磨工序,再到建筑垃圾的清扫、地坪漆涂敷等,建筑施工的全周期性进一步增加了技术研发与系统性管理难度。

  “面对建筑机器人这个新兴领域,除传统建筑业存在的通病,与一般工业机器人相比,建筑机器人的研发与应用需求精确度更高。一般工业化机器人操作对象是标准化零件或者原材料,但是难以操作类似砂浆、混凝土、乳胶漆、腻子等流体物质。建筑机器人在核心零部件以及核心算法的要求方面与工业机器人等产品有很大差异。面对不同工序的工作要求,需要研发人员逐步突破技术与应用之间的壁垒。”博智林机器人与智能产品研究院院长许安鹏表示,博智林现已搭建系统化的研发、制造、应用体系;针对建筑机器人八大核心模块实现了全覆盖自主研发,其中导航、视觉、多机调度等技术填补了建筑机器人领域的空白,在施工质量智能化评判、建筑大数据治理、智慧工地监管等细分领域实现了从0到1的突破。

  截至2021年年底,博智林在研46款建筑机器人,18款开启商业化应用,累计交付730台;机器人足迹遍布25个省份,覆盖350个项目,施工面积已经超过了700万平方米……这是博智林在建筑机器人领域取得的阶段性成果。

  凭借世界500强企业的碧桂园集团丰富资源,博智林发力建筑机器人和智能建造,拥有综合实力、应用场景、人才、资金、项目等优势,打破了其他同类建筑机器人企业产品无丰富应用场景的窘境。同时,碧桂园集团作为房地产行业龙头,拥有30年房地产开发建设经验,深谙建筑施工需求,围绕需求开展研发,更加贴合行业发展的实际,更加有利于建筑机器人产品的加速迭代和智能建造体系的升级完善,完整的智能建造体系能够支撑建筑机器人系列产品最大化发挥功效,形成核心技术优势,建立企业独有的技术壁垒,从而真正推动传统建筑行业高质量发展。

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