• 中国“智造”进行时:建筑业从过去融入未来

    厦门开星净化设备安装工程有限公司 2022-01-17 20:59     36次浏览
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    “我国建筑业创造了诸多世界,同时也面临着产品性能欠佳、资源浪费巨大、问题突出、环境污染严重、生产效益低下等问题。”

    岁末年初,碧桂园集团旗下博智林在汕头金平项目悄悄做了一件改变行业生态的大事——首次完成“BIM+FMS+WMS+建筑机器人多机施工系统”的验收,这标志着建筑机器人已进入多机协同系统化应用的新阶段,中国建筑业向“智能建造”又迈出一大步。

    文 | 鲁班长

    春节渐近,农民工已开始大批返乡,建筑行业又将面临严重的周期性“用工荒”。

    “现在工程不好做,虽然工人薪资普遍提升了,即使月薪在1万元左右,施工人员也经常短缺。”一家建筑承包商的负责人张代伟说,建筑业还呈现老龄化趋势,更多的年轻人“宁愿送快递也不进工地”。

    人口红利退潮,以往凭借丰富且廉价的劳动力实现规模增长的模式也难以为继,老龄化、用工荒以及人工成本的上涨成为制约建筑业可持续发展的瓶颈。

    从业者越来越少也越来越老

    中国依旧是“建筑大国”。2020年,全国建筑业总产值高达26.4万亿元,占国内生产总值(GDP)的25.88%。

    但是,国家统计局《2020年农民工监测调查报告》也传递出一个悲观的信息,全国农民工总量比上一年度减少了517万人,同比减少1.8%。

    建筑行业是一个古老的行业,从业者不仅越来越少,也越来越老。上述报告还显示,2020年,我国农民工平均年龄为40.8岁,比2019年提高0.6岁。其中,50岁以上农民工所占比重超过24%。

    背井离乡、风餐露宿以及面临较高的危险,也是中国乃至全球建筑工人生活和工作的常态。16岁时,现年49岁的张代伟就随父亲到建筑工地打工。

    他清晰地记得,夏天,阳光晒脱了皮肤。冬天,手脚则经常被,晚上躺在被窝里又痒又疼。

    “如果有台机器人搬砖就好了。”有一年,在观看了一部好莱坞科幻电影后,张代伟很快就被自己的奇思妙想逗笑了,谁会花大价钱去研制搬砖的机器人?

    建筑行业是全球范围内数字化、自动化程度较低的行业之一,一直存在着技术含量低、生产效率差、建设成本高、环境污染严重、施工风险大等弊病。

    中国多数建筑企业“大而不优”,大多还停留在“搬砖头、扎钢筋、浇混凝土、装模板”的水平。面对用工荒危机,以碧桂园为代表的中国房产和建筑企业都在寻找转机。

    如今,碧桂园已用近三年的实践证明,“机器人建房子”的时代已然来临。2021年12月,在广东佛山顺德的凤桐花园项目中,一台建筑清扫机器人正在作业。

    工人们戏称其为“大眼仔”。它长着一双萌萌的大眼睛,其所到之处,灰尘、碎屑、小石块等工地垃圾都被清扫得一干二净。

    “这台建筑清扫机器人配备了激光雷达、超声波传感器,还有防撞条等多传感器融合技术。”现场人员介绍道。

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    这款“神器”不仅能在建筑场景下自主规划路径、自主导航、自主清扫并自动倒垃圾,还可以智能避开障碍物,清扫效率更是人工的三倍。

    建筑施工现场清洁向来是一块难啃的骨头,不仅小石块和灰尘等难以打扫,而且人工清洁效率低、成本高,还会给施工人员造成“尘肺”等健康危害。

    测量机器人、智能随动式布料机、混凝土天花打磨机器人等以往科幻电影中的角色,正在碧桂园凤桐花园项目中成为现实。

    2021年2月,住房和城乡建设部发布《关于同意开展智能建造试点的函》,首次在全国确定了7个“智能建造试点”项目,碧桂园凤桐花园项目位列其中。

    这是碧桂园博智林建筑机器人商业应用项目,也是国内真正引入建筑机器人并批量应用于工程建造过程的试点项目。

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    更、更优质、更

    尽管早就听说“机器人建房子”,但眼前的一幕幕仍让张代伟目瞪口呆:一台卷扬式外墙乳胶漆喷涂机器人正在作业,它喷出的乳胶漆均匀、细腻,施工效率也很高。“它还可以自主规划路径,实现建筑外墙涂装的全自动、喷涂。从根本上杜绝了工人因高空作业带来的风险。”

    按照国家标准《高处作业分级》GB/T3608-1993的规定,凡在坠落高度基准面2m以上(含2m)有可能坠落的高处进行作业,即可认定为高处作业。从生产委员会的通报来看,几乎隔三差五就会有高处作业死伤的事故发生。

    “建筑机器人大大降低了高空作业坠落、建材对工人健康造成损伤等隐患。保障施工、提升施工质量、提高施工效率,是我们聚焦建筑机器人研发的三个核心要素。”博智林机器人与智能产品研究院高级产品总监李许说。

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    相比传统工人,建筑机器人凭借更强的计算能力,在建材的利用规划上更为合理、科学,可实现“精益建造”。

    建筑机器人首先带来惊人的施工效率。两分钟之内,一台测量机器人就可以完成单个房间的实测,测量精度在±1mm内,工效是人工的2-3倍以上,并可根据测量结果自动化生成报表,比人眼观察更加客观和准确;同样,混凝土施工机器人产品线也可以将施工班人员从12人减至8人。

    在凤桐花园项目施工现场,测量机器人、智能随动式布料机、混凝土天花打磨机器人、外墙喷涂机器人等十几种机器人有条不紊地忙碌着。

    为了让机器人像人工一样协调有序,“博智林”还自研BIM系统、FMS系统、WMS系统,并且打通了三个系统的界限,让它们互相协作,在全球首次实现了装修阶段建筑场景下多机器人协同的解决方案。

    这套在汕头项目工地的多机应用体系被称为“BIM+FMS+WMS+建筑机器人多机施工系统”。首先,博智林自主研发的BIM协同平台结合项目的主数据,生成定制化“BIM模型地图”,并通过模型地图给路径规划系统提供机器人施工路径。

    同时,BIM材料算量系统根据预先规则,将所需用料匹配到商品库后,将施工计划与材料用量相关联,形成建筑机器人施工“工单”并将其下发至FMS系统。

    博智林自主研发的FMS系统堪称多机施工调度的“强大脑”。它接收到“工单”后,有序统筹机器人根据路径规划进行全自动作业,可实现机器人实时监控、物料下发调配以及作业路径实时生成的完整流程,并对接WMS系统。

    犹如交通高峰期的交警,WMS系统是机器人物流运输的虚拟“交通指挥官”,有了它的智能调度,物流类机器人批量出动也不会出现“塞车”。

    “这套系统成功解决了机器人在复杂工地和繁杂工序中的有序排班布局,实现了机器人之间的作业协同。”博智林机器人与智能产品研究院许安鹏院长介绍说。此外,博智林还积极贯彻人工智能与地产行业深度融合的国家政策,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无到有的突破。

    “数字化转型是推动建筑产业高质量发展的重要途径,从‘中国建造’走向‘中国智造’是我国建筑业发展的大势所趋。”中国建筑业协会副会长刘锦章认为,数字化、智能化与建筑施工现场深度融合,将助推我国建筑产业现代化进入“快车道”。

    从“尘漫天”“铺满泥”,到“绿色智造”变废为宝

    在外界的印象中,在建工地往往是粉尘“漫天飞”,工地路边则“铺满泥”,而建筑业带来的环境污染和生态危害远不止这些。

    “我国建筑业创造了诸多世界,同时也面临着产品性能欠佳、资源浪费巨大、问题突出、环境污染严重、生产效益低下等问题。”在中国国际工程项目管理峰会上,全国人大代表、中国工程院院士丁烈云忧心忡忡。

    当前,“碳达峰”“碳中和”正成为全球共识,中国政府也提出力争在2030年前实现“碳达峰”、2060年前实现“碳中和”。

    但中国建筑节能协会能耗统计专委会发布的《中国建筑能耗研究报告2020》显示,2018年,全国建筑全过程能耗总量为21.47亿tce(吨标准煤当量),占全国能源消费总量的46.5%。

    建筑业是能耗大户,自然也是排放大户。2018年,全国建筑全过程碳排放总量为49.3亿tCO2(二氧化碳总排放量),占全国碳排放的比重为51.3%。因此,推动建筑行业降低能耗,进一步减少碳排放,对于实现绿色低碳发展显得尤为重要。

    不过,中国建筑材料联合会发布的《中国建筑材料工业碳排放报告(2020年度)》显示,2020年,中国建筑材料工业的二氧化碳排放比上一年增加了2.7%,建材工业万元工业增加值二氧化碳排放也同比增加了0.2%。

    作为硬币的另一面,房地产以及周边产业对我国GDP的贡献率已超过30%。如果通过限制房地产和建筑业的发展,实现“碳达峰”“碳中和”,无异于涸泽而渔、杀鸡取卵。因此,促进信息化与工业化在工程建造领域的深度融合、实现智能建造和绿色建造、促进中国建筑业转型升级已是社会共识。

    多年来,碧桂园始终将绿色环保作为经营管理的指导准则。2020年,碧桂园新增了64个满足国家绿色建筑评价标准的建设项目,已获得国家绿建标准认证项目46个,还建设了111个海绵城市项目。

    博智林研制的建筑机器人,更是在科技赋能层面为碧桂园“绿色低碳智能建造”注入了新的驱动力。2021年2月,一款建筑废弃物再利用流动制砖车在凤桐花园投入使用,它以建筑垃圾为原料就地进行资源再利用,试制出再生路面砖、水泥砖等等。

    截至2021年9月15日,这款制砖车已累计消纳建筑垃圾450吨,生产出二十多万块路面彩砖,并获得11项国内发明专利和3项海外发明专利。

    “建筑垃圾处理一向是工程施工和城市建设的痛点,博智林的思路是变废为宝。”李许说,建筑废弃物再利用流动制砖车以特种作业车的形式运行,采用游牧式作业方式就地对建筑废弃物进行深加工,将建筑垃圾直接转化为再生建材制品。

    一堆堆建筑垃圾,瞬间变成了一枚枚路面砖、植草砖、盲道砖以及各种实心混凝土砖。在即产即销、变废为宝的同时,也节省了大量建材采购费、建筑废料清运费,更减轻了粉尘污染和运输过程的碳排放。

    博智林研制的建筑废弃物再利用流动制砖车,只是碧桂园绿色发展的“冰山一角”。

    实现多项“零”的技术突破,博智林助力行业齐头并进

    2021年7月,凤桐花园项目“测量机器人和智能测量工具”“施工机器人和智能工程机械设备”等经验做法再一次受到行业主管部门的肯定。它入选了住房和城乡建设部“首批智能建造与新型建筑工业化协同发展可复制经验做法清单”。

    2018年7月,碧桂园集团成立全资子公司广东博智林机器人有限公司,重点聚焦建筑机器人的研发、制造与应用。此后仅用两年半时间,博智林就实现了建筑机器人从自主研发、小批量生产到工程测试、工程服务及批量化商用。

    “在短时间里,碧桂园集团开展研发,已经大批量交付建筑机器人,已走在全国乃至世界智慧建造和建筑机器人领域的前列。”中国科学院院士、清华大学人工智能研究院院长张钹教授评价说。

    进入2021年下半年,碧桂园开始大步伐地推进机器人建房试点工程,进而大幅提升市场竞争力。同年12月30日,碧桂园旗下博智林公司在汕头金平项目首次完成“BIM+FMS+WMS+建筑机器人”多机施工系统的验收,它将原本独立的单机设备通过集成调度,首次实现了装修阶段的多机协同施工。

    在金平项目的建筑工地上,8款施工机器人、6款运输及上料机器人以及5款集中工作站开展多机联动作业。像流水线一样,多台建筑机器人互相配合并进行自主施工作业。

    在墙砖铺贴施工现场,一名产业技师协助机器人加注瓷砖胶后,上砖机器人则自主完成加砖动作。随后,该产业技师在平板电脑上选中作业区域,一键下发指令后,机器人迅速前往指定位置,进行自主铺砖施工作业,动作娴熟麻利,不到一分钟就贴好了一块瓷砖。

    同时,一侧的墙纸铺贴机器人也按照作业路径进行作业,所铺贴的墙纸平滑工整。作业完成后,机器人还会即时反馈工单到计划排程。

    多机施工系统在金平项目顺利验收,标志着博智林建筑机器人已进入多机协同系统化应用的新阶段。截至2021年12月31日,博智林已有18款建筑机器人投入商业应用,服务覆盖25个省份超350个项目;累计交付超过730台,应用施工面积超过700万平方米。

    博智林的产品和技术也实现诸多“零”的突破,填补了多项行业技术空白。截至2021年11月底,博智林已递交专利有效申请3468项,获授权1670项。相关研发产品相继斩获中国专利奖、IF设计奖、红点奖、IDEA奖、红星奖、金芦苇奖等多个奖项。

    如今,碧桂园的多个工程项目已使用建筑机器人来完成建筑中危险系数较高、操作繁重重复的工序,为中国智能建造积累了大量落地经验,博智林也成为全球的智能建造解决方案提供商。

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

    “我国在通用施工机械和架桥机、造楼机等智能化施工装备研发应用方面取得了显著进展。”国家住建部建筑市场监管司副司长廖玉平认为,在构配件生产、现场施工等方面,建筑机器人应用尚处于起步阶段,还没有实现大规模应用。

    中国建筑企业迎来弯道超车的机会。在中国,各类机器人已活跃在餐厅、商场、酒店等领域。而相较于服务机器人,建筑业机器人的开发和应用仍略逊一筹。

    一枝独秀不是春,百花齐放春满园。作为中国智能建造领域的探索者、引领者,博智林积极贡献经验智慧,积极参与我国智能建造领域的标准体系建设。

    2020年11月,博智林受邀参与成立“中国工程建设标准化协会建筑机器人专业委员会”,并参与编制建筑机器人相关标准、开展行业技术交流等。

    博智林主导编制的《智能施工升降机》《外墙喷涂机器人》等团体标准获得认可,并参与了两个标准的制定,推进了多个省、部级科技专项,为推动我国建筑行业向智能建造加快转型升级贡献了经验和智慧。

    发布:招舜亥
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