目前建築工地逐漸開始面臨招工難、用工難的情況,並且建築施工的人工成本逐年上升。對於建築行業這類勞動力密集行業,機器填補人力短缺或替代人力是未來行業發展的趨勢。
國內外對建築機器人的研發製造已經進行多年,但是真正可進行商業化落地應用的智能建築機器人寥寥無幾。
36氪近期接觸到的帕梅艾爾自主研製了一款智能建築機器人,可以實現機器人到房間後自主完成測量、施工、轉場、施工等工作流程,機器人自動編程執行施工任務,無需人工幹預,並且一臺機器人具備抹灰、抹膩子、牆體打磨等多項功能。
建築機器人之所以國內市場落地進程緩慢,主要原因有兩點:
第一個問題具體來說,建築機器人的主體可以分為移動平臺(AGV)和作業平臺,而施工環境不平整的地面使得AGV無法像在物流行業的自動化倉庫中暢通無阻地移動,往往會因失去與地面間的摩擦力導致移動失控。
針對這一難點,公司通過自主研發移動平臺控制技術,使得移動平臺可以根據地面傾斜角度進行調整,實現在較狹小、不平整的空間內自主運行。
另一方面,建築施工場景中地面、牆面不平整會導致機器人施工操作時誤差過大,例如在實際施工中,地面、牆面一般存在一定的傾斜角度,機器人如若按地面、牆體絕對水平、垂直提前設定路徑就會在施工到一定距離後,必然會遠離牆面或者撞擊牆面。
公司對此研發了機器人對誤差進行自動修正、補償的軟體算法,使其施工精度可達1mm左右,可以滿足《建築地面工程施工質量驗收規範》GB50209—2010所規定的水泥砂漿抹灰表面平整度偏差3mm以內的標準。
除去這兩個困難之外,目前市場上的傳感器並不適應建築施工場地高粉塵、高溼度、高溫的惡劣環境。
例如視覺傳感器要有色差才能對焦,但是砌磚、抹灰是純灰色,石膏、膩子是純白色,在這種同色的情況下無法對焦。3D線掃描雖能滿足精度要求,但其一次掃描寬度只有幾十釐米,也很難適用長度達幾米的牆面。
公司綜合運用多種傳感器,並對外採傳感器進行二次開發,使其能夠適用於建築施工場景進行高精度感知識別。
第二個問題則是在實際部署施工時由於建築信息模型(BIM)與實際情況會存在一定偏差,機器人無法完全按照導入其控制系統的BIM 圖紙施工,所以往往需要針對現場具體的牆面、地面情況對機器人進行繁瑣複雜的示教編程。但是這對於普遍沒有相關專業知識的建築施工人員來說這種方式可行性非常低,而聘用專家進行示教編程的人工和時間成本都很高昂,且效率低於直接人工施工的方式。
因此公司針對建築機器人部署進行了自動編程的研發,機器人先通過傳感器對建築進行測量、再根據不同牆面、地面實際情況進行編程、規劃、自動後臺模擬示教,無需再次驗證。其機器人還實現了一鍵化操作控制,提高了建築機器人部署效率,降低商業化應用門檻。
整體來看,帕梅艾爾針對建築機器人商業化部署的瓶頸,從機器人本體、機器人運動控制、機器人算法、移動平臺控制、多功能平臺控制系統、傳感器等多方面進行了自主研製。2019年底公司對完成了三次迭代的機器人產品在工廠進行了測試,並於今年4月正式開始在建築施工現場進行測試,目前測試比較穩定,預計可在今年底前實現商業化應用。
建築機器人的另一個商業化門檻是其目前市場上其他建築機器人產品實現功能較單一,往往一個工種就需要重新研發一款新型機器人,施工工地若同時部署多種不同規格的機器人會導致實際部署成本較高。
不同於目前市場上其他競品只能實現單一的測量、噴塗、打孔或砌磚功能。帕梅艾爾則通過更換工裝夾具,可以實現抹灰、抹石膏、刮膩子及打磨全流程的施工操作,一機實現多工種功能。
帕梅艾爾經過4年多一系列自主研發,其建築機器人在實際部署時其成本相比於人工將大幅降低。
對於企業來說,降本增效是付費的動力。帕梅艾爾也進行過測算。例如,以人工施工的商品房計算成本:刮膩子和打磨的施工單位人工成本至少為17 元,而公司機器人施工擬膩子每平方米噴塗、打磨各收取3.5 元,總費用相當於不到人工成本的50%,可為建築公司節省大量的人工成本。
另一方面,機器人施工效率更高,一般一名膩子工人一天可噴塗100-150平方米,而機器人一天可噴塗2000-2500平方米,打磨誤差標準2-4 毫米的普通牆面可達到2000-3000 平方,高標準精裝修1-2毫米可達到1500-2500 平方米,即一臺機器人可替代20-30名工人。
業務落地方面,公司目前計劃主要通過設備租賃方式實現商業化部署,原因在於建築公司工地往往分散在各地,絕大多數設備都是以租賃方式。預計產品單位投資回報周期為6-8個月左右。
目前全球建築機器人領域進入商用測試的寥寥無幾,技術相對成熟的有:挪威 nLink機器人和澳大利亞Fastbrick Robotics 設計的 3D 建築機器人 Hadrian X。進展較快的美國Construction Robotics公司的砌磚機器人(半自動)和配套的材料升降機進行商用測試階段。國內上海大界機器人則主要針對裝配式建築,其產品由於重量、高度、寬度的原因無法在目前主流的現澆式建築施工場景進行作業。
未來發展方面,公司一方面會專注於機器人控制、運動規劃、自主編程執行等核心軟體算法方面,進一步開發實現地面找平、鋪貼地板磚和瓷磚、砌磚、外牆施工等多項功能,本體環節則將通過外採並適配開發解決;另一方面將加快商業化進程,實現批量銷售部署,形成穩定的收入,為進一步擴大規模奠定基礎。
目前公司正在尋求融資,資金用於產品量產投入,擴展公司業務規模。