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36氪 10-22

解决未来工地用人难问题,「帕梅艾尔」建筑机器人已完成 20 多万平米施工

作者:世玮

编辑:石亚琼

当下各行各业加速步入智能化、数字化,生产力得到了空前释放。我们日常使用率最高的衣、食、住、用、行,除住之外基本已经实现标准化、自动化制造,只有住还停留在人力制造。

随着未来老龄化日益严重,80、90、00 后不愿意去建筑工地工作。十年后 70 后都已 60 岁,这些 60、70 后业主力军会逐步退出劳动力市场,建筑业未来将会面临巨大的人员缺口。

我国从 2020 年开始大力推动智能建造发展,住建部在 2020 年 8 月 25 号发布关于建筑机器人推广的指导性意见,信息产业部也有相关推动工作。但以现在情况看,现有产品智能化程度低、生产效率低、技术发展落后,还不具备大规模普及应用。

36 氪近年一直在关注建筑机器人发展,曾多次调研相关企业。去年,我们曾报道过一家从 2015 年初就开始从事建筑机器人公研发的公司——帕梅埃尔,当时他们于 2019 年研发的第三代建筑机器人已正式投入工地使用。

如今一年多过去,我们再次对其进行跟踪调研,实地采访他们在北京中电建某处工地的施工情况。从 2020 年 4 月正式投入工地使用至今,帕梅埃尔的建筑机器人已在郑州、南宁、南通、邯郸、北京等地完成了 20 多万平米施工。

我们看到,帕梅埃尔的一台机器人只需配备两个工作人员,一人负责将涂料导入自动搅拌机,搅拌机自动完成腻子、水的配比并输送给自动上料机,接着自动上料机再通过管道输送给机器人本体;另一人则负责机器人的现场施工操作。

施工前,机器人通过人工控制移动到施工房间,自动通过激光雷达、视觉识别等传感器对房间进行 3D 扫描、测量,知道自身所在房间的具体位置,以及墙面信息(如墙面宽度、高度、窗户、门框等)。

除了自动测量外,机器人也可以直接导入 CAD 图纸获取房间信息,未来还可直接导入 BIM 图纸。随后,操作员只需在触摸屏上选择从哪面墙开始施工,点击施工按钮即可。

进入施工后,机器人根据自身所在位置自动移动到施工工位,并调节自己与施工墙面的前后、左右距离,平行角度。紧接着,机器人会根据前期测量的墙面高度、长度,自动识别施工起始位,从下往上喷涂施工。

机器人的腻子、乳胶漆喷涂均采用覆盖喷涂,每次覆盖一部分,以保证喷涂均匀。如遇到房间阴阳角,机器人会自动测量角度并调节喷涂角度,保证喷涂无死角。同时,机器人的喷涂厚度可根据施工要求,进行 1-5 毫米的设定。通过更换工装夹具,每台机器人都可实现腻子、石膏、打磨墙体、乳胶漆施工。

尽管机器人的施工看起来科技感满满,但它对操作员并没有技术和学历要求,机器人的操作面板只有一个选择项、一个点击确认按钮,哪怕是小学或初中学历的操作员,只需学习 5 分钟就可以熟练操作。

 

了解完现场施工情况后,公司告诉了我们人与机器施工的综合性对比:

1、可替代性:机器人基本能够完成 90% 左右的施工面积,但局部柱子以及很小的边角还需人工辅助,如果想 100% 替代人工,机器人还需继续升级。

2、施工效率:一个人工每天工作 8 小时大概可施工 100 平方,但腻子需要施工 2 遍,所以实际施工面积约 50 平方左右。

根据现场实拍视频计算,机器人设定 20% 速度,墙面长度 6.3 米,高度 3.3 米,约等于 20.79 平方,施工时长 4 分钟,约等于每分钟施工面积 5 平方左右,减去转场所需时间,一小时大概可以施工 200 多平方,每天 8 小时可以施工 1600 平方,约等于人工施工的 32 倍。如果将机器人效率设定为 40%,施工面积应该可以翻倍。

3、施工成本:北京油漆工日工资 420-500 元。依据上述情况,每人每天工作 8 小时的实际施工面积约 50 平方左右,每平方 8-10 元,因此每人每天约 400 元,而建筑机器人施工只需配备两名工人;施工面积按照 1000 平方计算,每平方 0.8 元左右。机器人折旧 8 年,具体每平方折旧数据未透露。

4、施工质量:人工最低需要两遍施工,机器人施工装配式、清水墙、隔墙板、石膏板、钢结构等只需要一遍施工,效率质量有绝对性优势。墙面基层平整度不高时,需要人工修补一遍,需要人机结合,但对比人工效率依然高出不少。

现阶段,全球包括日本、美国、澳大利亚、新加坡、以色列等国家,都有企业在进行建筑机器人的研发和布局,拥有国家扶持政策。但截至目前,真正实现商业化落地的建筑机器人并不多,帕梅埃尔通过走访调研,发现了几点他们认为当前存在的技术问题。

1、建筑机器人设计时就面临长、宽、高、重量限制。一般住宅门宽 850 毫米、高度 1950 毫米、走廊宽度 900 毫米、国家标准地面负重每平方米 200 千克。

这就要求机器人必须很小(最好不超过 800*800 地板砖)、很轻(10 公斤机械臂重量在 160 公斤左右)、很低(施工高度要求 2900 毫米)、稳定性高(机器人底部倾斜 0.1 度会造成机器人末端执行机构偏差 3 厘米),从力学上看这是悖论。

如果单纯解决尺寸问题虽容易,但造成的稳定性不足很容易使机器人的机械臂升高之后倾倒。不解决稳定性又不能进行精确施工,例如:抹灰、找平、打磨、铺贴等工序。

2、目前市场上的视觉、雷达等传感器并不适应建筑工地的高温、高湿、高粉尘环境,现有传感器精度越高对环境要求越苛刻。当机器人施工时,若有灰尘落到传感器上,不及时清理必然造成采集数据不准,导致施工错误;如果经常清理又会造成施工效率低、光学镜头磨损太快,维修成本过高。

3、现在机器人通常都是固定位、臂展范围内 X、Y、Z 坐标值都是已知,机器人投入工作时先对工作面进行测量、编程、示教等工作。但建筑机器人需要移动平台,而建筑工地因为地面、墙面都是人工施工,一定程度上会不平整、没有一致性,所以机器人每次移动都需重新测量机身倾斜度、墙面倾斜度、平整度,再根据这些参数进行编程,为防止编程有误还需再次示教,防止施工时出现错误。但有测量、编程、示教的时间,人工早就施工完毕,根本不需要机器人。

另外,全世界建筑行业工人普遍缺乏相关教育背景,难以完成以上复杂工作,具备相关工作能力的人也很少会在建筑工地长期工作。所以建筑机器人想大量普及,必须解决机器人根据不同现场环境进行自动化编程,而不是人工测量、编程、示教。这是全世界机器人公司都非常想,但又难以解决的问题。

了解到上述技术问题后,帕梅埃尔针对自研的建筑机器人做了一定的改进。

针对机器人设计,帕梅埃尔现有产品长度 1000 毫米、宽度 750 毫米、高度 1850 毫米,重量 300 多公斤,占地面积 2 平方米,基本满足建筑机器人尺寸要求。

明年,他们完成的第四代产品长度 800 毫米、宽度 700 毫米、高度 1850 毫米,重量 180 公斤左右,完全实现多场景施工尺寸要求。同时,移动平台还具备通障高度 10 厘米,能在接近机器人尺寸的极小空间内前后、左右移动,以及 360 度旋转,自动移动精度达 1 毫米左右。

不仅如此,机器人还具备自动调节前后、左右倾斜度,机身与墙面平行度;打磨最高升到 3100 毫米,误差不超过 2 毫米。

针对传感器问题,帕梅埃尔针对不同传感器都进行了相应的自动除尘、降温设计,以保证各个传感器在工地大粉尘环境中的持续性工作。

针对编程问题,帕梅埃尔的机器人可自动根据不同房屋空间、高度、地面平整度、墙面平整度进行自动编程,整个施工过程基本不需人工干预。在第四代机器人产品中,帕梅埃尔还新增了抹灰、刮腻子、地面找平工序,再逐步实现铺贴地板砖、瓷砖等施工。

现阶段,帕梅埃尔建筑机器人的商业化以机器人租赁(智能建造观摩会)、工地施工(承包工程)、大型建筑企业产品定制(合作开发)模式为主,国内暂时只针对有智能建造专业高校进行销售。今年 10 月 19 日,帕梅埃尔中标国内某建筑专业大学的智能建造专业学习教具,预计 11 月底交付。

值得一提的是,海外建筑市场是帕梅埃尔未来发展的重要方向。公司告诉 36 氪,海外发达国家的工价是国内的 6-10 倍,施工效率更远低于国内,因此海外市场对建筑机器人的需求非常强烈,同时海外客户习惯购买机械设备,而国内以租赁为主。

不过,大部分海外国家对电器安全要求非常严格,北美、欧盟、日韩、东南亚都有自己的认证标准,加之建筑机器人在全世界尚未开始大面积普及使用,因此这些国家及地区都没有针对建筑机器人的认证体系。

去年,帕梅埃尔与新加坡客户达成 5 台建筑机器人采购协议,但因安全认证问题未能解决,无法履约供货。目前,许多海外意向客户都正在和政府沟通(认证标准、认证机构)。

未来,帕梅埃尔将针对不同国家的电压、电器、环保、运输、技术需求等进行定制化开发。例如,北美客户要求适用于木质结构、110 伏电压,法国客户要求远程办公室操作等。这就要求研发团队有很强的技术实力,熟悉各个国家不同的安全认证标准、建筑施工流程、施工标准等,这是一个非常大的工作挑战。

纵观当下建筑机器人领域,国内已有数十家公司在此展开布局,包括帕梅艾尔、上海大界、碧桂园子公司博智林等较早一批入局的玩家,以及筑橙、筑石、蔚建等一批新入局者。

其中,大界通过部署通用型的智能机器人软硬件产品,目前已为近百家建筑工厂提供增减材制造服务;碧桂园子公司博智林在研的建筑机器人及智能产品近 50 款,包括测量机器人、地面整平机器人、地坪研磨机器人等,已形成混凝土施工、混凝土修整、砌砖抹灰、内墙装饰等 12 个建筑机器人产品线,碧桂园创始人杨国强称,从明年开始,碧桂园将全用机器人建造房子。

不过,建筑机器人在落地过程中除了解决成本难点外,未来如何在施工流程管理中将机器人作业融入进来,也是一个要考虑的问题。

帕梅埃尔创始人认为,目前建筑机器人属于还未起步的新兴行业,未来谁能活下来、谁能引领行业都是未知数。现在的企业规模、财力、物力、技术并不能决定未来 10 年,随着未来建筑机器人的真正普及,谁的产品技术更先进、成本更低、质量更稳定、操作更方便,谁就有可能赢得市场。

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