建筑，這個全球自動化最為落后的行業(yè)之一，正面臨越來越多勞動力萎縮問題，越來越多的公司也將目光投向機(jī)器人。數(shù)據(jù)顯示，2025 年，建筑機(jī)器人市場將達(dá) 4.2 億美元。

作為一個高度發(fā)達(dá)的工業(yè)國家，建筑業(yè)是日本支柱型產(chǎn)業(yè)。五大建筑巨頭，加起來超過半個世紀(jì)的年紀(jì)，在自動化與信息化道路上已然狂奔四十載。入局最早，至今老當(dāng)益壯。

盡管這些機(jī)器人 " 身懷絕技 "，但基于建筑工程的多樣性、精致性和復(fù)雜性，機(jī)器人目前僅能處理全部建筑工程工作量的 1%，借助機(jī)器人 " 實(shí)現(xiàn)建筑行業(yè)徹底變革 " 的說法為時尚早。

撰文 | 微胖

這真是關(guān)于前浪最勵志故事之一。

你可能知道會陪伴的日本軟銀 Pepper 機(jī)器人，風(fēng)靡全球索尼 PS4 背后的機(jī)器人工廠，甚至知道沒有富士山下那家黃色機(jī)器人神秘家族，蘋果手機(jī)將不復(fù)存在，但你未必知道日本建筑行業(yè)百年老店的機(jī)器人。

這五家建筑巨頭，加起來超過半個世紀(jì)的年紀(jì)，在自動化與信息化道路上已然狂奔四十載。入局最早，至今老當(dāng)益壯。

早在波士頓動力網(wǎng)紅狗投放市場前，日本建筑巨頭鹿島建設(shè)已經(jīng)在神奈川縣隧道施工現(xiàn)場做過測試。

如今，有著 120 年歷史的大林組正使用機(jī)器人建造大壩，這也是業(yè)界首次嘗試將人類完全排除在這類傳統(tǒng)勞動密集作業(yè)畫面之外，讓習(xí)慣自詡 " 基建狂魔 " 的我們，也未免相形見絀。

在日本建筑場景找到自己發(fā)光點(diǎn)的波士頓動力狗，正在自動完成現(xiàn)場丈量和數(shù)據(jù)搜集工作。

一 機(jī)器人在大壩

大壩項(xiàng)目位于日本主島東南角的三重縣，是一座混凝土大壩，高 84 米，寬 334 米，預(yù)計于 2023 年 3 月完工。

大林組與另一建筑巨頭竹中工務(wù)店合作，試圖在每一個過程都實(shí)現(xiàn)某種程度自動化。為了進(jìn)一步簡化過程，他們甚至在工地附近建造了一座工廠，將沙子和礫石與水泥混合制成混凝土。

修建大壩，是一項(xiàng)錯綜復(fù)雜的工作，也是勞動密集型作業(yè)。工人們首先用石料堆成的三角形的 " 山 "，然后處理大壩地基，最后進(jìn)行澆筑。

所謂澆筑，就是在攔截水流的一面，建造混凝土防滲面板，以防止河水滲入堆積的石料之間的縫隙。澆筑進(jìn)入到后半段，往往需要用混凝土攪拌機(jī)不斷地將混凝土注入滑升模板，從下往上建造厚厚的混凝土防滲面板，最后，讓混凝土凝固。

大林組專門開發(fā)了機(jī)器人負(fù)責(zé)混凝土澆筑。這些塔式起重機(jī)會將混凝土倒入 15 米見方的隔斷中，分層建造大壩，工作人員在辦公室遠(yuǎn)程控制即可完成這一過程，同時計算機(jī)還會監(jiān)控隔斷的位置與施工進(jìn)度。

大林組在日本建造工地，幾乎都是用自動化設(shè)備進(jìn)行建設(shè)。

對于大壩來說，均勻和質(zhì)量控制尤其重要，因?yàn)榛炷列枰_分層并密封以防水，否則就有泄漏的風(fēng)險。過去是由人類專員負(fù)責(zé)拋光打磨表面，使得混凝土緊密堆疊在一起，防止出現(xiàn)裂縫。現(xiàn)在，大林組開發(fā)出類似牙刷的機(jī)器，根據(jù)周期、頻率和表面壓力實(shí)現(xiàn)自動控制，在另一層混凝土沉積之前周期性地壓平和拋光混凝土。

隨著澆注混凝土的積累，用于提供結(jié)構(gòu)的模板需要抬高，以防止未澆注的混凝土滲出。通常情況下，需要重型機(jī)械與多名熟練工人協(xié)同操作，逐步抬起，現(xiàn)在已交由機(jī)器人抬起模板。

計算機(jī)控制的起重機(jī)正在堆放混凝土，并有人工進(jìn)行遠(yuǎn)程質(zhì)量控制。

在另一建筑巨頭鹿島建設(shè)的施工現(xiàn)場，自動駕駛也曾登臺獻(xiàn)技。

幾年前，在福岡縣深山中一座大型水壩（五山水壩）建筑現(xiàn)場，多臺建筑機(jī)械忙個不停。推土機(jī)先搬運(yùn)混凝土，在地面上鋪平，振動壓路機(jī)再進(jìn)行壓實(shí)。步驟與一般水壩的建筑現(xiàn)場別無他樣。唯一的區(qū)別是，這些建筑機(jī)械的駕駛席上都空無一人。技術(shù)人員在平板電腦上發(fā)出指令，機(jī)械根據(jù)事先嵌入的程序自動工作。

工人通過平板并借助無人機(jī)，讓機(jī)械根據(jù)事先嵌入的程序自動工作。

這是鹿島建筑開發(fā)的新一代建筑生產(chǎn)系統(tǒng)的一部分。通過平板設(shè)備向配備有全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) ( GPS ) 的無人翻斗車發(fā)送指令，車輛就會自動搬運(yùn)和平整泥土。

在過去，需要的重型機(jī)械越多，需要的人員也就越多，而五山水壩使用的無人重型機(jī)械為 2 臺，只有操作復(fù)雜、人工施工較快的部分，才需要使用傳統(tǒng)的重型機(jī)械。

GPS 等裝置每臺耗資大約在 400 萬日元 ( 約合人民幣 24 萬元 ) 左右，但作業(yè)所需人員僅為過去的五分之一。鹿島計劃在今后的住宅用地平整工程中也引進(jìn)這些設(shè)備，并希望只有十分之一左右的人員也能完成施工作業(yè)。

不過，水壩工程并不是一勞永逸，壩體一旦建成，檢修工作也隨即開始，因?yàn)樗畨蔚馁|(zhì)量和運(yùn)作狀況將直接影響周邊居民的日常生活乃至生命財產(chǎn)安全。

比如，在大分川水壩施工過程中，鹿島建設(shè)以無人機(jī)對現(xiàn)場進(jìn)行激光測量，一方面用于未建成部分的設(shè)計規(guī)劃，另一方面又對完工部分加以監(jiān)測管理。

大壩建設(shè)非常適合自動化，一方面涉及大量重復(fù)勞作，更重要的是工地往往遠(yuǎn)離人口中心，設(shè)備擊中旁觀者或其他機(jī)器的風(fēng)險較小。

不過，整個建筑行業(yè)使用的機(jī)器人仍然很少。特別是相對工廠結(jié)構(gòu)化場景，類似大壩這樣的現(xiàn)場建設(shè)，仍然是建筑機(jī)器人應(yīng)用的難點(diǎn)。

二 百歲前浪們的腦洞

除了大林組和鹿島建設(shè)，日本五大建筑巨頭還包括大成建設(shè)、清水建設(shè)、竹中工務(wù)店。它們不僅均為百年老店（竹中工務(wù)店始于 1610 年），也代表著日本乃至世界先進(jìn)的建筑水平。

今年年初，以收集企業(yè)口碑和公開企業(yè)工資單聞名的網(wǎng)站 careerconnection 公布了日本建筑行業(yè) " 低工作壓力企業(yè) " 統(tǒng)計排名。五大巨頭位居前列，而工作舒適度很大程度上得益于自動化技術(shù)的采納。

日本建筑行業(yè)的 " 低工作壓力企業(yè) " 統(tǒng)計排名。

和我們慣?？吹降墓潭ú粍拥墓I(yè)機(jī)器人不同，機(jī)械臂外加一個可移動的平臺成為最常見的建筑機(jī)器人設(shè)計。

由于建筑場地具有很強(qiáng)的動態(tài)性，任務(wù)和周圍環(huán)境都容易發(fā)生變化，建筑活動執(zhí)行者也常常被障礙物、不平的表面、設(shè)備等包圍。這些非結(jié)構(gòu)化特性給機(jī)器人使用帶來巨大挑戰(zhàn)。因此，為了能在建筑工地上充分發(fā)揮作用，機(jī)器人必須具有便攜性、四處移動并 " 感知 " 周圍環(huán)境的能力。

近三年，這些機(jī)器人已陸續(xù)走出實(shí)驗(yàn)室并在工地發(fā)光發(fā)熱。他們的工作時間也比較挑剔，一般集中在人少時候，比如夜班。

波士頓動力狗會之所以受到建筑行業(yè)青睞，重要原因之一就是移動性。鹿島建設(shè)讓一臺 Spot 替代工人，完成隧道尋常查抄的工作。Spot 裝備有 360 度攝像頭，可以對挖掘地點(diǎn)拍攝照片，并對泵表等儀器表盤等進(jìn)行檢查，還可以根據(jù)事先設(shè)置的路線對坑內(nèi)進(jìn)行巡查。

已有兩百多年歷史的日本建筑巨頭清水建設(shè)，一心要扮演建筑界領(lǐng)頭羊。2015 年以來，清水建設(shè)投資 200 億日元（1.79 億美元）研發(fā)建筑機(jī)器人。實(shí)驗(yàn)設(shè)施里，匯集了各種類型的機(jī)械臂應(yīng)用。

為了滿足大型建筑物防震需求，以及方便進(jìn)行無法動用吊車的地下混凝土施工，2017 年，清水建設(shè)推出了類似人類手臂的" 鋼筋混凝土輔助機(jī)器人 "，可以搬運(yùn)重約 250 公斤的鋼筋至五公尺半徑范圍。過去需要六、七人來做的工作只需三人就可完成。

而且，機(jī)器人還可以拆卸成好幾塊，需要轉(zhuǎn)移其他地方作業(yè)時，從拆解到重新拼裝完畢只要三名工人花費(fèi)二十分鐘。

清水建設(shè)的鋼筋混凝土輔助機(jī)器人可以協(xié)助工人舉起 200 公斤的鋼筋棍棒。

2018 年，清水建設(shè)還推出了" 焊接機(jī)器人 " 和 " 天花板 ( 包括地板）施工機(jī)器人 "。其中，自動焊接機(jī)器人的使用尚屬首例。

天花板施工機(jī)器人會用吸盤拾取木板，在傳感器幫助下把木板準(zhǔn)確地放置在相應(yīng)位置，同時旋轉(zhuǎn)機(jī)械臂，將木板用螺栓固定，扭完一處螺栓移動到下一個點(diǎn)重復(fù)操作。機(jī)器人一次可以舉起 30 千克的重量，有助于減輕一些建筑工程中最繁重的勞動。

另外，借由新開發(fā)的系統(tǒng)，工人可以通過移動端指揮這些機(jī)器人。機(jī)器人也可以不斷學(xué)習(xí)歷史變得更聰明。

清水建設(shè)曾預(yù)計，假如這些機(jī)器人都能順利工作，未來它們所執(zhí)行的每項(xiàng)任務(wù)所需的工人數(shù)量都可以比目前減少 1/3 或 1/4。

清水建設(shè)設(shè)計研發(fā)的天花板施工機(jī)器人

清水建設(shè)研發(fā)的進(jìn)行鋼骨柱焊接的 " 焊接機(jī)器人 "

從領(lǐng)頭羊清水建設(shè)機(jī)器人可以看出，從研發(fā)宗旨來看，日本建筑機(jī)器人大致分為兩類。主要用來輔助、替代高強(qiáng)度、大量重復(fù)性勞動作業(yè)的機(jī)器人，以及優(yōu)化建造流程，縮短工期，節(jié)約建造成本的機(jī)器人。

而從類型上看，除了測繪，建筑機(jī)器人常見類型包括搬運(yùn)、砌磚、焊接、混凝土作業(yè)、地面鋪設(shè)以及裝修、巡檢（比如波士頓動力）等機(jī)器人。

最為熱鬧的應(yīng)用場景當(dāng)屬水泥或者混凝土作業(yè)。除了清水建設(shè)的鋼筋混凝土輔助機(jī)器人，竹中工務(wù)店也推出了用吸水板吸攝混凝土表層水分的機(jī)器人。

鹿島建設(shè)公司還研發(fā)出混凝土修整作業(yè)的機(jī)器人，通過平板電腦終端可實(shí)現(xiàn)自動運(yùn)轉(zhuǎn)，在兼顧節(jié)省人力、高效率的同時，可實(shí)現(xiàn)整潔的修整作業(yè)。

不過，讓機(jī)器人做到得心應(yīng)手的難度很大。比如，在使用壓路機(jī)壓實(shí)某個部分之后，已經(jīng)壓實(shí)與沒有壓實(shí)的部分之間會出現(xiàn)落差。為了平穩(wěn)駛過落差，熟練的人類司機(jī)會調(diào)整行駛的路徑和方向盤操作，依靠嫻熟技術(shù)壓實(shí)混凝土。

為了融入這些 " 工匠技藝 "，鹿島建設(shè)嘗試將熟練工如何操作重型機(jī)械作為數(shù)據(jù)積累，嵌入到算法，讓計算機(jī)學(xué)習(xí) " 工匠技藝 "。

大成建設(shè)的 T-iROBO Slab Finisher

另外，大成建設(shè)也推出了自動完成地板灌漿以及平整作業(yè)的地板水泥組裝機(jī)器人。比如，2016 年推出的混凝土地坪施工機(jī)器人 "T-iROBO Slab Finisher"。

通常，混凝土地坪施工時需要保持彎腰狀態(tài)，對身體的負(fù)擔(dān)較重，根據(jù)混凝土的澆注面積和硬化情況的不同，有時需要多名泥工分工協(xié)作，或延長作業(yè)時間。而鋪設(shè)地坪使用的機(jī)械是通常是汽油發(fā)動機(jī)驅(qū)動的，非常重（機(jī)械＋操作員約為 350kg），在運(yùn)輸和適用場所方面存在很大限制。

采用機(jī)器人后，不僅可以減輕技術(shù)工人（泥工）的身體負(fù)擔(dān)，節(jié)省人力，還能提高作業(yè)效率。

至于焊接機(jī)器人方面，大成建設(shè)也推出 了自己的焊接作業(yè)機(jī)器人。而且，大成建筑還成為世界上首次使用機(jī)器人粉刷建筑物外墻的建筑公司，據(jù)報道機(jī)器人每小時能粉刷 100㎡，比人工粉刷快 40%。

為了讓重型建筑機(jī)械操作人員在作業(yè)時，能感受到重型機(jī)械接觸物體的力、動作和觸覺，大林組與頂尖日本大學(xué)共同開發(fā)了 " 真實(shí)觸覺 "（Real Haptics）力觸覺再現(xiàn)技術(shù)，并應(yīng)用到了液壓驅(qū)動式重型建筑機(jī)械上，驗(yàn)證了其性能和操作性。

除了嘗試在大壩測試機(jī)器人，大林組也推出了可以搬運(yùn)重物的資產(chǎn)搬運(yùn)機(jī)器人。

建筑超高層建筑，經(jīng)常需要從地面向高層部分運(yùn)輸資材。鋼筋等主要構(gòu)件一般使用大型吊車搬運(yùn)，而內(nèi)飾材料等比較的輕的材料，則要工人使用平板車，通過臨時電梯搬運(yùn)。需要耗費(fèi)大量的人力。

現(xiàn)在只需要現(xiàn)場的施工人員按下許可按鈕，機(jī)器人就能鉆到堆放場上堆積的資材下面，自行在載物臺上裝載資材。然后自動搭乘臨時電梯，將資材運(yùn)送到作業(yè)樓層。送達(dá)后再搭乘電梯，自動返回資材堆放場。

大林組表示，通過電梯搬運(yùn)的資材有 6 成可以使用機(jī)器人。預(yù)計可以使搬運(yùn)需要的人員數(shù)量減少到一半以下。

防火材料涂裝機(jī)器人。

三 機(jī)器人替代的復(fù)雜性

日本建筑業(yè)屬于勞動密集型產(chǎn)業(yè)。四五十年前，建筑業(yè)還是承接剩余勞動力的行業(yè)，為無數(shù)人提供工作場所，比如農(nóng)閑時外出務(wù)工的勞動者、沒有簡歷的人和沒有固定工作的勞動者等。

然而，日本建筑承包商聯(lián)合會 ( Japan Federation Of Construction Contractors ) 數(shù)據(jù)顯示，日本建筑業(yè)正在迅速老齡化：目前有 35% 的工人年齡在 55 歲或以上。

加之從 2024 年開始，對加班的更嚴(yán)格監(jiān)管將在建筑工地上生效，承包商正在努力借助自動化實(shí)現(xiàn)工地每周休息兩天的目標(biāo)。

但凡打開這些巨頭的年報和宣傳冊，自 2017 年以來幾乎都有提及機(jī)器人技術(shù)、AI、ICT 等技術(shù)，有的甚至反復(fù)提及多次。2019 年 4 月，大林組還設(shè)立了建筑機(jī)器人部，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)從事相關(guān)機(jī)器人研發(fā)，以應(yīng)對中長期的勞動力缺乏。

招聘女性焊工的海報。為了緩解勞動力荒，除了開放移民政策，日本還鼓勵女性進(jìn)入工地工作，然而，日本建筑行業(yè)仍然很難接受女性在工地上工作。

" 因?yàn)椋ńㄖI(yè)）是單品生產(chǎn)的勞動密集型產(chǎn)業(yè) " 的解釋已經(jīng)行不通了，這樣的觀念必須要做出改變。鹿島建設(shè)認(rèn)為。

和流水線批量生產(chǎn)手機(jī)不同，土木工程只能根據(jù)客戶具體質(zhì)量要求，定制化應(yīng)對。如果建筑創(chuàng)新要想取得成功，應(yīng)用性（通用性）非常重要，實(shí)現(xiàn)能應(yīng)對不同現(xiàn)場的 " 最大公約數(shù) "，這一點(diǎn)至關(guān)重要。

而哪個公司能捷足先登，在建筑工程中最先使用機(jī)器人，就能占據(jù)上風(fēng)。

日本國家先進(jìn)工業(yè)科學(xué)技術(shù)研究院（AIST）顯示了原型機(jī)器人 HRP-5P 撿起一塊石膏板并將其擰入墻壁，該機(jī)器人可用于在復(fù)雜建筑環(huán)境中復(fù)制人類動作。

盡管這些機(jī)器人 " 身懷絕技 "，但基于建筑工程的多樣性、精致性和復(fù)雜性，機(jī)器人目前僅能處理全部建筑工程工作量的 1%，還遠(yuǎn)低于日本國土資源部在未來十年將該行業(yè)的生產(chǎn)率提高 20% 的目標(biāo)。

事實(shí)上，借助機(jī)器人 " 實(shí)現(xiàn)建筑行業(yè)徹底變革 " 的說法為時尚早。而且，有些事情只有人能做。比如，完成小角落或需要手工技藝的室內(nèi)裝飾。

上述大林組的大壩項(xiàng)目，目前還是一個機(jī)器人試驗(yàn)項(xiàng)目，人類工人會隨時監(jiān)督和指導(dǎo)一些機(jī)械設(shè)備。到目前為止，生產(chǎn)率提高了約 10％。

修建大壩需要多年經(jīng)驗(yàn)積累的知識和技能。大林專家認(rèn)為，通過將專家技術(shù)轉(zhuǎn)移到機(jī)器上，系統(tǒng)能夠分析隱性知識。機(jī)器也正從經(jīng)驗(yàn)中學(xué)習(xí)，最終也許可以將建設(shè)時間減少 30％。

不過，在清水建設(shè)看來，對建筑行業(yè)來說，試圖讓機(jī)器人處理建筑工程工作量的 10% 已是極大的挑戰(zhàn)，而且還面臨成本過高的風(fēng)險。雖然機(jī)器人應(yīng)用在制造業(yè)特別是汽車工廠中很常見，但相比之下，建筑工地使用的機(jī)器人必須四處走動，雖然它們執(zhí)行的任務(wù)多數(shù)也是重復(fù)的，但它們?nèi)皂氁驊?yīng)建筑物的不同設(shè)計，來應(yīng)對不平坦的地面和曲折的行走路線。

盡管如此，機(jī)器人技術(shù)仍有很大的空間來增強(qiáng)建筑的強(qiáng)度和速度，讓機(jī)器人在人們的指導(dǎo)下進(jìn)行繁重的工作。

比如，城市建筑多為高層建筑，每個樓層的建設(shè)工作基本上是重復(fù)的，使用機(jī)器人可緩解建筑工人短缺，幫助減少建筑安全風(fēng)險。

由 Advanced Construction Robotics 開發(fā)的 Tybot 機(jī)器人負(fù)責(zé)捆扎鋼筋，已經(jīng)在工地上過崗。

目前，日本共有 56 萬家從事建筑的企業(yè)，其中資本金在一億日元的僅占 1.1%，98.9% 是中小企業(yè)，雖不乏響當(dāng)當(dāng)?shù)拿枺ū热缧芄冉M和三井住友），但與五大巨頭以兆億為單位的年?duì)I收比起來，仍然是小巫見大巫。

就日本現(xiàn)狀而言，只有大型建筑公司率先引進(jìn)了機(jī)器人等先進(jìn)技術(shù)并帶來相關(guān)費(fèi)用的下降，先進(jìn)技術(shù)才有望在整個建筑業(yè)界普及。

不過，這些變化也帶來了挑戰(zhàn)。比如，要求本來年長的員工適應(yīng)新技術(shù)。這是一個很大的障礙，如果做不到這一點(diǎn)，全面轉(zhuǎn)變可能會停滯不前。

成熟砌磚機(jī)器人 SAM，依然處在商業(yè)化和規(guī)模化過程中。

 

不過，中國建筑行業(yè)自動化情況更為落后，當(dāng)前參與者也屈指可數(shù)。一方面，機(jī)器人核心部件還依賴進(jìn)口，另一方面國內(nèi)針對建筑行業(yè)的機(jī)器人廠家也沒有很強(qiáng)建筑行業(yè)背景和機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)的長期積累為前提。

盡管清水建設(shè)自 2015 年起投入 1.79 億美元進(jìn)行建筑機(jī)器人研發(fā)，僅是碧桂園投資金額的幾十分之一，然而，后者已研發(fā)出 29 款建筑機(jī)器人樣機(jī)由于工地場景復(fù)雜，目前都還處于研發(fā)階段，沒有實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

無論是和日本相比，還是較之成熟工業(yè)領(lǐng)域機(jī)器人的廣泛應(yīng)用，號稱基建狂魔的中國建筑自動化進(jìn)程才剛剛起步。