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全球市场建筑机器人产品的需求在哪里？ 近年来，全球多个国家的建筑市场面临严重的劳动力短缺问题。美国建筑行业协会（Associated General Contractors of America）在2017年发布的报告中指出70%的施工单位难以招到熟练技工。2019年，该协会和建筑工程管理软件公司（Sage Construction and Real Estate）联合发布的一份报告指出79%的建筑公司今年计划提高薪资以满足新增就业人口需求，而78%的建筑公司表明在小时工方面招工困难。 欧洲市场方面，USP Marketing Consultancy在2016年采访了欧洲八个国家的200名建筑师，根据采访数据，有65%的建筑师预测直至2020年欧洲建筑业将经历“用工荒”。 市场研究机构Tractica在2019年5月的一份报告中指出，越来越多的建筑公司计划将建筑机器人大规模投入使用，预计截止2025年，将有超出7000台建筑机器人被应用到建造和破拆领域，市场规模达到2.26亿美元。 发达国家对建筑机器人的关注由来已久 早在80年代，美国政府就已开始关注机器人在建筑业的研发与应用。90年代初，美国能源部（Department of Energy）订购了一系列建筑领域特种机器人原型机，促进了该领域机器人技术的提升发展。当时的美国联邦与州政府财政拨款有限，多家政府机构和部门包括美国科学基金会（National Science Foundation)、美国国家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration）、美国国防部（Department of Defense）等都曾为建筑领域的机器人和自动化发展提供过资金支持。 欧盟在2016年创建了Hephaestus项目，旨在探索将机器人与自动化系统运用到建筑领域，获得欧盟“地平线2020”科研计划（EU Horizon 2020 Research and Innovation Programme）的资助。Hephaestus项目通过创建解决方案，促使机器人和自动化系统能够运用在建造生产、安装和运营维护多个环节，提高现场施工和安装过程自动化程度从而增强欧洲建筑业竞争力，力图将欧洲建筑机器人打造为行业标杆，引领不断扩张的全球机器人产业链。 亚太地区，2016年新加坡政府2016年宣布投入1900万新币，在5年内持续支持各大研究、创新机构和企业的科技研发项目，进一步提升新加坡企业科技创新能力。其中由新加坡国家研究基金会主导的“Test-Bedding and Demonstration of Innovative Research Funding Initiative”资助多家科技公司实现其人工智能项目成功落地，包含帮助Transforma Robotics实现QuicaBot建筑质量检测机器人和PictoBot墙面喷涂机器人产品化。 面向2025 我们如何定义“建筑机器人产品”？ 美国普顿大学教授Miroslaw J. Skibniewski在1992年针对建筑机器人这样阐述：“建筑机器人指可以某种程度遥控操作的、能够搜集并处理传感器数据的、自主或半自主作业的先进建筑装备。” 时至今日，这个定义依然具有适用性。2018年建筑知识分享平台B1M编辑Dan Cortese在探讨建筑机器人这个话题时，对“机器人”这个概念本身给出了补充释义：“机器人最终和一般机械设备的区别在于，它可以通过编程以不低于半自动化的程度实施复杂作业。而无人机、可穿戴外骨骼设备等都因为不能脱离人工操作自主作业，无法定义为机器人。” 国际建筑机器人产品公司巡礼 国外建筑机器人产品公司有大致两种产品设计方向。一种是研发用来辅助和替代高强度、大量重复性劳动作业的机器人，以Construction Robotics砌砖机器人、nLink打孔机器人和Transforma Robotics的PictoBot墙面喷涂机器人为代表。而另一种是帮助优化建造流程，缩短工期，节约建造成本，以Transforma Robotics的QuicaBot建筑质量检测机器人和Doxel扫描机器人为代表。 Construction Robotics Construction Robotics成立于2007年，总部位于美国纽约。该公司拥有自主研发的Semi-Automated Mason（SAM）半自动砌砖机器人和Material Unit Lift Enhancer（MULE）智能升降助手两种产品。 图片来源：www.construction-robotics.com SAM半自动砌砖机器人是世界上第一款真正投入现场砌筑工程的商用机器人。配合自主研发的3D砖块测图软件，整套SAM系统能够在8小时内针对任意尺寸的墙面自主完成3000块砖的堆砌工作，相当于普通工人工作量的数倍。同时，基于软件端不断更新的数据库，SAM机器人能够及时提供准确的、由数据驱动的分析报告。 Construction Robotics正积极拓展多个领域的合作伙伴和企业客户。2018年，美国知名砌体承包商Berich Masonry将SAM半自动砌砖机器人和MULE智能升降助手应用于科罗拉多州·恩格尔伍德一所小学的建造中。得益于SAM高效且非常友好的操作系统，Berich Masonry已将SAM大规模运用在不同项目的砌砖环节中，最新的项目包括科罗拉多州·博尔德小镇的社区医院和隆娜特里市的医疗中心。 nLink 挪威nLink机器人公司成立于2012年，致力于运用机器人解决钻孔问题，尽可能地减轻建筑工人进行头顶混凝土天花板测量和钻孔工作的负担。该公司研发出了世界上第一款可挪动的移动钻孔机器人通过方便使用的控制程序和激光定位加以引导，保证了毫米级的工作精度和施工连续性，适用于各类建筑工地。传统的作业方式通常依靠冲击钻配合人工作业，效率低下、缺乏精准度，nLink设计的工业机器人控制系统易于操作，工人们只需经过简单培训便可以通过iPad遥控机器人。 图片来源：www.nlink.no Transforma Robotics Transforma Robotics（飞码机器人私人有限公司）成立于2017年，由新加坡南洋理工大学孵化。世界顶级机器人与自动化专家、美国机械工程学会会士、美国电机电子工程学会会士陈义明教授领衔的科研团队已完成前期研发工作并掌握了多项核心技术。 Transforma Robotics主要产品包括PictoBot墙面喷涂机器人、QuicaBot建筑质量检测机器人以及T-Cloud建筑机器人管控云平台。经过大量仿真环境测试，这些产品被证明在施工质量、施工效率、运营成本、安全性能和环境保护等方面的表现明显优于传统人工作业。 PictoBot墙面喷涂机器人采用AGV底盘，使用机械臂精准控制喷头，支持手动远程遥控和自主移动。借助于激光雷达、摄像头、声呐等传感器，PictoBot能够进行自主导航与定位，喷涂高达10米的墙壁和天花板，并且在黑暗中24小时连续不间断工作。PictoBot已经在效率上进行了优化，计划之后进行实际施工环境测试，将以向建筑施工企业销售为主。 图片来源：www.transformarobotics.com QuicaBot建筑质量检测机器人除自主导航与定位外增加了传感器进行墙体检测，针对墙面、天花板、地面等的平整度、裂缝、清洁度等。当前中国人工检测费用约为每户1500-2000元，使用QuicaBot可以减少50%左右的人力和时间，同时减少34%左右的费用。QuicaBot已进入小批量试产阶段，接收了来自政府及相关单位、科研院所的订单，先在真实的施工环境下进行测试，而后进行商业推广，预计2019年年初能够小批量出货。 图片来源：www.transformarobotics.com Doxel Doxel是一家美国建筑机器人公司，针对建筑施工领域的成本超支和工程进度延误等问题，推出了基于人工智能的计算机视觉软件，根据数据扫描为项目管理人员提供建设项目全程的进度追踪、预算和质量方面的实时反馈。 Doxel研发的机器人能够每天用雷达对施工现场进行扫描，它的计算机视觉软件能够生成专有的AI算法，然后通过AI算法处理视觉数据、跟踪施工进程、监测施工质量。和辅助施工的建筑机器人产品相比，Doxel更大程度地参与了建造流程，机器人能够提供任何时段的项目成本投入信息、建造进度信息以及项目完成周期的预测。出现应急情况时，机器人能根据数据实时反馈通知项目管理团队及时处理问题。Doxel官方数据表明他们的实时进度跟踪系统能够将项目的建造效率提升38%并且将项目的整体造价降低11%。 图片来源：Doxel.ai@twitter 值得恭喜的是，Doxel在2018年年初获得了Andreessen Horowitz领投的种子轮450万美元资金，投资方包括Alchemist Accelerator, Pear Ventures, SV Angel和Steelhead Ventures。 谁才是建筑业技术革新中资本市场的宠儿？ 我们注意到，即使是最早推出成熟砌砖机器人的Construction Robotics公司，他们的产品依然处在商业化和规模化的过程中。2018年初， 砌体承包商Berich Masonry总裁及创始人Todd Berich表示，“每一次运用SAM半自动砌砖机器人完成作业都让我更清楚地了解它的能力和如何高效地使用它。但我们相信，我们还未完全开发出它的潜力。” 麦肯锡咨询公司在2016年一份报告中指出建筑业的技术革新速度依然很慢，当前的数字化程度很低，仅领先于农业和狩猎业。因此风险投资机构看到了建筑业巨大的技术革新潜力。房地产服务提供商JLL在2018年发布的报告显示，仅在2018年上半年间，风险投资机构就已针对建筑技术创新项目投资超过10亿美金，该投资额在2017年的基础上增加了30%。 图片来源：CB insights，JLL Research 其中的明星公司Katerra在2018年完成了D轮融资，融资金额达8.5亿美元。由软银领投，还包括River Park Ventures和Four Score Capital。作为一家成立不到4年的建筑科技公司，Katerra提供一站式的智能工程建设服务，涵盖工程建设和建筑业多个领域，包括建筑设计和建造加工、建材采购和供应链管理、物流以及其他客户服务等。Katerra计划于2019年启动新一轮融资，总额为7亿美元，此轮融资后，公司的总估值将超过40亿美元。通过募集资金，Katerra持续扩增其加工建造能力，分别于2017年在亚利桑那州凤凰城以及2019年初在斯波坎谷打造了制造建筑构件和产品的大型工厂。Katerra，预计在2019年春季，将瑞典建筑科技公司Randek提供的三条机器人木结构装配式生产线（ZeroLabor unit）投入工厂使用。 图片来源：RandekAB@twitter 中国的建筑产业痛在哪里？ 相较于欧美成熟的建筑市场，我国的建筑产业还处在一个粗放的阶段，当下面临着诸多问题与挑战。在愈来愈紧迫的技术革命背景下，作为传统的劳动密集型产业的建筑行业仍有如建筑品质欠佳、资源浪费巨大、安全问题突出、环境污染严重、生产效益低下等诸多短板。这其中又以频频发生的安全问题最令人揪心，也正是建筑机器人产品在提高效率、提升品质之外最重要的人文关怀和解决目标。 中国政府网2018年7月26日发布的《国务院安委办通报上半年全国建筑业安全生产形势》公告指出，2018年上半年建筑业1732起、死亡1752人，同比分别上升7.8%和1.4%，事故总量已连续9年排在工矿商贸事故第一位，事故起数和死亡人数自2016年起连续“双上升”，建筑业事故总量持续保持在高位。 就在近期，上海市长宁区发生厂房坍塌事故。该倒塌建筑目前正在改建中，改建厂房面积共3000平方，坍塌面积为1000平方左右。现场共救出被困人员25人，其中10人死亡、15人受伤。随后，国务院安委会对上海市长宁区“5·16”重大建筑施工事故查处实行了挂牌督办。 碧桂园的建筑机器人试水 中国房地产龙头企业碧桂园集团于2018年7月宣布成立博智林机器人，并于同年与顺德区政府签署协议，计划5年内投入800亿人民币打造机器人谷。整个机器谷占地105万方，集科研、实验、生产、文化、生活、教育于一体。 根据2018年其对外公布的5019亿左右的合同销售总额来计算，碧桂园每年在建筑机器人上的研发投入占比接近3.2%。这一数字是麦肯锡咨询公司在2015年一份报告中披露的美国建筑业不到1%的科研投入占比的三倍多；从单个公司的投资额看，日本建筑公司清水建设自2015年起投入1.79亿美元进行建筑机器人研发，仅是碧桂园投资金额的1/60。 博智林机器人目前拥有超过1000名博士，来自于麻省理工、哈佛、剑桥、牛津、帝国理工、清华等全球顶尖高校，成功吸引了来自电子信息、智能制造、新能源、新型交通等“高精尖”领域的复合型人才。根据2019年5月官方招聘职位信息，公司未来还将引进10000名全球顶级机器人专家及研究人员，招募大量软件工程师、算法工程师及机械工程师等。 从博智林机器人制定的研发体系来看，他们计划先从伺服控制器、运动控制器等各类传感器的研发试产切入，进而扩展到减速机、马达和编码器的研发生产。在完成前期的技术积累之后，公司将基于已有的硬件技术，开展伺服控制系统、运动控制系统的研发和 AI 系统的开发。减速机、视觉传感器、力觉传感器、芯片和 AI 等将作为其打造的重点核心技术领域。 无论是资金投入、人才召集还是研发规划，我们欣喜的看到中国市场的建筑龙头企业已经开始重视并积极应对全球建筑业变革。 对比国外最领先的建筑机器人建造案例，苏黎世ETH学院联合Fabio Gramazio,Matthias Kolher等8位教授以及他们所在NCCR Digital Fabrication组织的70多名研究人员，在一年多的时间里运用先进的机器人和数字化的建造方式，于2018年基本完成了一栋三层楼、占地200平米的DFAB HOUSE房屋建造，建造场景包括3D打印模板铸造混凝土天花板、机器人建造弧形混凝土墙、机器人进行木材空间组装等。我们期待博智林机器人在一年后有能力将自主研发的建筑机器人产品运用在碧桂园相关项目的多个建造场景中。 图片来源：dfabhouse.ch 大界的认识和探索 回顾Miroslaw J. Skibniewski教授的研究，建筑机器人的研发需要依靠非常完整的建造流程及工艺经验、结合传感技术和流程控制，这个课题也持续得到来自多所美国高校如卡耐基梅隆大学、北卡罗莱纳州立大学和加州大学伯克利分校的研发支持。 我们认为建筑机器人产品的技术性要求非常高，需要基于建筑信息模型及多种建造工艺，整合机器人技术、机器人运动路径规划、传感技术和建造流程控制等。大界机器人科技成立于2016年年底，致力于成为中国领先的建筑机器人产品公司，提供建筑领域的机器人智能建造解决方案。我们组建了一支来自世界顶尖院校的跨学科硕博士研发团队，团队成员已经积累了机器人相关建造领域近十年科研与项目经验。结合国际建筑机器人产品公司的发展路线和建筑产业的实际情况，我们以对接建筑信息模型的模块化机器人算法软件为核心，旨在打造拥有通用性和适用性的建筑机器人产品，全方位服务各类建筑建造企业。 大界机器人于2019年4月和Transforma Robotics共同组建建筑机器人产业联盟CiBER (Consortium in Built Environment Robotics)，我们希望通过联盟内专利与技术互相授权实施的方式，搭建跨越建筑与机器人领域的技术桥梁。我们以一种开放进取的心态，整合各联盟方的技术、市场与资金优势，打造具有软件、硬件普遍通用性的建筑机器人产品。另一方面，CiBER也将持续吸纳来自全球的机器人领域相关成熟方案供应商和新兴初创企业，引领并制定建筑机器人产品标准。 和成熟工业领域机器人的广泛应用，以及新兴物流等领域机器人应用的兴起相比，建筑机器人产品的研发还有行业拓展才刚起步，我们期待来自社会、产业龙头企业以及大量优秀人才的关注，帮助促进这一进程。 尊重技术，敬畏科技。我们相信，不久后中国建筑市场上将出现具有国际领先技术水平的建筑机器人产品，服务并帮助建筑行业智能升级。 参考资料： 1. https://www./news/2017/08/29/seventy-percent-contractors-have-hard-time-finding-qualified-craft-workers-hire-am-0 2. https://www./news/2019/01/02/seventy-nine-percent-construction-firms-plan-expand-headcount-2019-most-are-also 3. https://www./en/article/553/the-future-of-construction-a-european-overview/ 4. https://www./newsroom/press-releases/construction-robotics-market-to-reach-226-million-worldwide-by-2025/ 5. https://pdfs./3209/5c7628696ed3230dde13f20507f7f0b38ff5.pdf 6. https://www./video/the-construction-robots-are-coming 7. https://www./about-nrf/national-research-foundation-singapore/nrf-milestones 8. https://www./programmes/test-bedding-and-demonstration-of-innovative-research 9. https://pdfs./3209/5c7628696ed3230dde13f20507f7f0b38ff5.pdf 10. https:///robotic-systems-help-contractors-overcome-workforce-challenges/ 11. https://baijiahao.baidu.com/s?id=1622952289517060255&wfr=spider&for=pc 12. https:///@doxel/introducing-artificial-intelligence-for-construction-productivity-38a74bbd6d07 13. https://www./industries/capital-projects-and-infrastructure/our-insights/imagining-constructions-digital-future 14. https:///blog/construction-technology-startups-set-to-transform-the-industry 15. https://tech.sina.com.cn/i/2019-01-15/doc-ihqhqcis6355923.shtml 16. http://www./detail/c6512e1e213fe32a20eb8480 17. https://www./building/trades-subcontractors/hive-50-profile-zerolabor-robotics-automates-construction-work_o 18. http://www./markets/american-start-katerra-build-4100-prefab-homes-sau/ 19. http://wemedia.ifeng.com/70948845/wemedia.shtml 20. http://www./NewsShow.aspx?id=8154 21. http://yc.cq.gov.cn/zfgk/zcjd/qwjd/201904/t20190424_492902.html 22. https://www./sites/default/files/IRI_TrendsForecase_Vol61.1_v2.pdf 23. https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MTMwNDMwODQ0MQ==&mid=2652861290&idx=2&sn=242b377e4139facf3ea1a75818f42054&chksm=7e6a0edc491d87ca3ae587aafe9990beb1aefe07ac49007dea74088b2727ade63eb0ae935fbf&mpshare=1&scene=24&srcid=05271Kco2D016fZ9k8zf8poC&key=c3ff9b054c1d1dbcca61ab976f21ddf0ecfd45d62de5206d3065134e5b4e9c7ee07f80a51099768d86b60de03fd2e3d6a91fd6e457cda803cd09631d3d4c672b7c42decfb9ce9f1a981bb9626258db4f&ascene=0&uin=NDM3MzM0NzM1&devicetype=iMac MacBook9%2C1 OSX OSX 10.14.4 build(18E226)&version=12020810&nettype=WIFI&lang=zh_CN&fontScale=100&pass_ticket=kfknF1cusaLZVQL%2FFu%2FjkKSqev2OXba0ZLz1OdMECfoLNc9YTW%2FQ3%2Fc7nWr3zFMM 24. http://chuangxin.chinadaily.com.cn/a/201901/28/WS5c4ec34fa31010568bdc6f5e.html |
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