王煜全

文章作者：

王見宇氓皱，就職于美國戰(zhàn)略咨詢公司Lux Research兔朦，從事高新材料和先進制造領(lǐng)域全球創(chuàng)新科技的研究潭袱，關(guān)注領(lǐng)域包括碳纖維及增強復(fù)合材料，3D打印以及材料信息學等历帚。

數(shù)字化工具和機器人在建筑市場的應(yīng)用

說起人工智能滔岳，大數(shù)據(jù)等技術(shù)詞匯，人們通常都不會把它們和看似傳統(tǒng)的建筑行業(yè)聯(lián)系在一起挽牢。原因之一是這些科技要想實現(xiàn)作用谱煤，就需要應(yīng)用層面上的數(shù)字化，這是目前建筑行業(yè)比較薄弱的環(huán)節(jié)禽拔。另外趴俘，傳統(tǒng)的建筑過程不但要處理大量不同材料的使用安裝和各種機械的操作，而且還要在建筑現(xiàn)場根據(jù)實際情況作出變化奏赘，因此建筑過程的復(fù)雜性以及不確定性也是高新科技難以從根本上撼動傳統(tǒng)流程的原因。

但是太惠，如同各個行業(yè)正在發(fā)生的指數(shù)型增長一樣磨淌，建筑行業(yè)的數(shù)字化乃至人工智能化已經(jīng)出現(xiàn)萌芽，并且在一些領(lǐng)域展現(xiàn)了出人意料的進展凿渊。創(chuàng)新科技已經(jīng)滲透到了建筑流程的各個環(huán)節(jié)梁只。

建筑設(shè)計：

傳統(tǒng)的建筑設(shè)計使用的軟件都屬于CAD（Computer Aided Design），但是CAD的使用并不便利埃脏，尤其是比較難做系統(tǒng)性的修改和模擬搪锣。目前市場上比較流行的技術(shù)是建筑信息建模BIM（Building Information Modeling），BIM的各種模擬是基于同一個建筑模型彩掐，因此只要修改模型中的某個參數(shù)构舟，各項模擬的結(jié)構(gòu)都會隨之更新。

BIM目前在建筑設(shè)計中的廣泛使用也造就了Autodesk這樣的公司在BIM軟件開發(fā)中的領(lǐng)袖地位堵幽。目前的BIM不但可以構(gòu)建和模擬建筑材料或者模塊的幾何形狀狗超，空間關(guān)系，物理性質(zhì)及其他功能參數(shù)朴下，地理位置和氣候努咐，而且也可以把各個建筑材料或模塊的成本和物流進度做綜合管理。

在建筑設(shè)計領(lǐng)域的創(chuàng)新公司是很難和Autodesk這樣有實力的企業(yè)直接競爭的殴胧。因此渗稍，創(chuàng)新公司的軟件研發(fā)差異化主要沿兩個方向展開。

第一個方向是在BIM設(shè)計的基礎(chǔ)上添加虛擬現(xiàn)實（VR），并且模擬和預(yù)測該建筑在綠色建筑標準的打分竿屹。比較有代表性的公司是VIMtrek报强。

第二個方向是把BIM平臺上的建筑整體設(shè)計轉(zhuǎn)化成一個個可以被預(yù)制的模塊，并把模塊的生產(chǎn)任務(wù)下達給不同的預(yù)制模塊生產(chǎn)商羔沙。這樣整合多個模塊生產(chǎn)商的產(chǎn)能和個性化能力躺涝，使得預(yù)制建筑模塊滿足建筑設(shè)計的個性化成為了可能。比較有代表性的公司是Project Frog扼雏。

需要指出的是坚嗜，VIMtrek和Project Frog同樣都開發(fā)了獨有的軟件系統(tǒng)，但他們在業(yè)務(wù)模式上有著很大不同诗充。VIMtrek以SaaS模式讓軟件服務(wù)于廣大設(shè)計師苍蔬、開發(fā)商以及總承包商。而Project Frog把軟件僅限于自用蝴蜓，利用軟件把自己接到的建筑項目分拆成一個個預(yù)制模塊并把模塊的生產(chǎn)任務(wù)下發(fā)到其各大供應(yīng)商碟绑。

預(yù)制建筑模塊的制作中：

在建筑設(shè)計完成之后，預(yù)制建筑模塊的生產(chǎn)商就要按照設(shè)計的具體要求來生產(chǎn)模塊茎匠。目前全世界預(yù)制建筑模塊的生產(chǎn)有很多家格仲，其中比較大的公司是中國的企業(yè)遠大住工，工業(yè)化和自動化水平都很高诵冒；另外在全球范圍內(nèi)有很多規(guī)模較小而且自動化水平較低的公司凯肋。所有這些公司都有一個生產(chǎn)中的痛點，就是他們所生產(chǎn)的預(yù)制建筑模塊受限于一些有限的模板汽馋，無法完全做到個性化侮东。

要想解決預(yù)制模塊生產(chǎn)中的個性化問題：

一個解決方法是像Project Frog那樣依靠龐大供應(yīng)商群體的多種產(chǎn)品線來覆蓋客戶的個性化需求。

另一個解決方法是切實提高生產(chǎn)工序滿足個性化的能力豹芯，這是建筑自動化中的難點悄雅，而且目前沒有公司能在自己的車間中按照BIM或者CAD的建筑設(shè)計文件來針對各種預(yù)制建筑模塊（比如外墻，內(nèi)隔墻铁蹈，屋頂宽闲，樓板等）實現(xiàn)個性化。目前比較可喜的是木缝，一些創(chuàng)新型公司正在一些細分的模塊領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)個性化的生產(chǎn)便锨。

一個著名的例子是上海盈創(chuàng)，這家公司用3D打印方式生產(chǎn)混凝土預(yù)制模塊用于室內(nèi)裝飾或者建筑外墻我碟，在迪拜剛剛完成了第一個商用案例放案。

另一個例子是美國公司Blueprint Robotics，這家公司開發(fā)了機器人系統(tǒng)可以按照用戶的CAD或者BIM設(shè)計制造墻體模塊矫俺。具體而言吱殉，Blueprint Robotics所造的模塊是與設(shè)計完全一致的掸冤，并且為門窗，水利電力管線等各種系統(tǒng)預(yù)留了空間友雳。

在建造流程上稿湿，機器人極大程度地取代人工覆蓋了整個流程，從定向刨花板框架的裁切押赊，石膏板在刨花板框架中的固定饺藤，到墻內(nèi)電子及防火系統(tǒng)的安裝，再到隔熱材料以及支持結(jié)構(gòu)的安裝流礁。預(yù)制墻體模塊做好后涕俗，只需要運輸?shù)浇ㄖさ兀诋數(shù)仄囱b并涂刷涂料神帅。

預(yù)制建筑模塊生產(chǎn)的自動化和人工智能化是個行業(yè)難點再姑，但也是諸多創(chuàng)新性公司涉足的熱點領(lǐng)域。雖然目前整體的突破并不明顯找御，但是隨著盈創(chuàng)和Blueprint Robotics這樣的公司的示范作用和其他公司的跟隨和自主研發(fā)元镀，這一難點會被一步步克服。

比如這一難點會先從某些具體種類的模塊攻克霎桅，然后逐步擴張到其他的模塊的生產(chǎn)當中栖疑，從而最終實現(xiàn)各種模塊的生產(chǎn)能由高度自動化和靈活度的人工智能來完成。

建筑現(xiàn)場的操作：

建筑現(xiàn)場預(yù)備和模塊組裝是建筑過程中需要在實地完成的操作滔驶，也是機器人目前非常難實現(xiàn)全流程的自動化蔽挠。主要原因是建廠施工的環(huán)節(jié)涉及到的材料和工具種類繁多，對機器人的適應(yīng)性要求很高瓜浸。由于建筑現(xiàn)場要完成的工序過多，目前沒有一家創(chuàng)新企業(yè)可以包攬這諸多工序比原，而是只集中解決某一兩個工序中的具體需求插佛。

一個明顯的例子就是磚頭的壘砌。通常的磚頭壘砌過程都是人工來完成量窘，效率低而且準確性比較差雇寇。有兩家機器人企業(yè)正在進入磚頭壘砌的市場，其中一個是Construction Robotics蚌铜，另一個是FastBrick Robotics锨侯。

這兩家公司開發(fā)的機器人都可以用機械手臂自動拿起磚頭，涂抹水泥并按照建筑設(shè)計的BIM或者CAD文件選取不同樣式的磚頭碼放到指定位置冬殃。

前者的機器人目前只能橫向移動囚痴，一次碼放一扇墻，后者的機器人可以坐在建筑工地的一個角落审葬，用高而長的機械手臂把磚頭輸送并碼放到建筑的指定位置深滚。兩家公司相比奕谭，Construction Robotics實現(xiàn)的項目很多，而Fastbrick Robotics還處在比較早期的市場滲透階段痴荐。

另一個例子是建筑現(xiàn)場的土方搬運⊙現(xiàn)有的絕大多數(shù)工程中依然需要有人來操作推土機完成。這里分享兩個開發(fā)無人操作推土機的公司生兆。一家是日本的企業(yè)Komatsu难捌，另一家是美國的企業(yè)Autonomous Earthmoving Equipment。

這兩家公司基本都是利用飛行機器人的3D激光掃描來判定和計算施工現(xiàn)場的各具體位置需要移動多少立方的土鸦难，并以此來指揮推土機進行工作根吁。

目前兩家公司推出的產(chǎn)品都是有人來進行遠程控制操作，一個人可以操作4臺推土機同時工作明刷。在不久的將來婴栽，相信土方搬運可以實現(xiàn)完全的無人化操作。

還有一個必須要提的是AR在建筑施工現(xiàn)場的應(yīng)用辈末。與磚頭壘砌和土方搬運相比愚争，AR是比較容易在短期內(nèi)得到廣泛應(yīng)用的。

AR的主要優(yōu)勢在于可以提示建筑施工人員應(yīng)該在某個位置安裝某個預(yù)制的建筑模塊挤聘，以及該模塊的具體屬性轰枝。而且，AR還可以提示建筑施工人員該用何種工具组去，何種操作來進行操作鞍陨，這也能大大減少施工人員的培訓(xùn)成本。在AR的建筑應(yīng)用方面比較領(lǐng)先的公司有Insiter以及Bentley从隆。

我們以上所舉的例子是數(shù)字化工具和機器人在建筑設(shè)計诚撵，預(yù)制模塊制備以及施工現(xiàn)場各個環(huán)節(jié)當中的應(yīng)用案例。實際當中的產(chǎn)品和應(yīng)用案例并不只是我們所提到的這些公司键闺。

總體來看寿烟，數(shù)字化工具和機器人正在以比人們預(yù)想的要快的速度進入建筑領(lǐng)域。在長遠來看辛燥，機器人在數(shù)字化的基礎(chǔ)上逐步取代人工筛武，甚至是絕大程度上取代人工將只是個時間問題。

以上這些信息對于中國而言是喜憂參半的挎塌。

憂的一面是這些技術(shù)的應(yīng)用會使得建筑工人的工作被替代徘六，其中少量建筑工人能夠通過學習和機器協(xié)作來實現(xiàn)從勞動力向工程管理角色的過渡；眾多人會因此被迫轉(zhuǎn)入其他行業(yè)榴都。

這個恐怕是國家不愿意看到的待锈，不過數(shù)字化工具和機器人對建筑工人的廣泛取代短期之內(nèi)還不會成為現(xiàn)實。

喜的一面是這些技術(shù)的應(yīng)用可以帶來極大的效率和質(zhì)量的提升嘴高，并且有可能使得未來的建筑業(yè)成為一種更加以設(shè)計為導(dǎo)向的行業(yè)炉擅，因為設(shè)計文件生成之后剩下的工程可以在很大程度上由機器人來完成辉懒。

更重要的是，中國的龐大人口谍失，經(jīng)濟體量以及生活需求的變化將會帶來對新建建筑的持續(xù)性需求眶俩，這位中國建筑領(lǐng)域的巨頭利用全球技術(shù)充實自己的實力，提供了實際的商業(yè)保證快鱼。

或許未來有一天颠印，人類對建筑設(shè)計的個性化和建筑過程的自動化就如同目前的3D打印一樣方便和省心。

我是王煜全抹竹，您的全球科技前哨偵察兵线罕。

今天是前沿偵察的第274天。

王煜全

關(guān)于建筑領(lǐng)域的創(chuàng)新科技窃判，你還有哪些想法想要和王博士探討呢钞楼？歡迎到留言區(qū)寫下你的看法。王博士將會在周末選出幾個最有價值的問題作答袄琳。

哨所觀察

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舒婷

21

終于聽到了和我從事的行業(yè)最貼近的分享询件，我在這個行業(yè)積累了16年的行業(yè)經(jīng)驗，知道應(yīng)用需求點—— 唆樊，也愿意投點資宛琅，從事這個行業(yè)先行者的一些工作，希望王老師的帶領(lǐng)下 逗旁，整合這方面資源嘿辟，在建筑行業(yè)做點有價值的事。

03-16 06:58:40

Apprentice-胡欽元

9

建筑技術(shù)智能化可以極大的提升效率和質(zhì)量片效，老師說的喜憂參半其實可以通過應(yīng)用揚長避短红伦，城鎮(zhèn)化進程本來就是東西失衡，未來在“一帶一路”進程中淀衣，東部地區(qū)可以用來提升效率和質(zhì)量色建，解放的人工會引向西部進行開發(fā)；這樣就可以人工就業(yè)和效率提升兼顧舌缤。再有就是有的省市在“一帶一路”中沖鋒在前，可以大幅用智能提升效率某残，有的省市保守国撵，可以繼續(xù)使用人工慢慢觀望適應(yīng)，國外也一樣玻墅，比方說東盟合作多進展快介牙，智能科技可以大幅提升我國科技形象，質(zhì)量好澳厢、節(jié)約成本环础∏羲疲總之，就像經(jīng)濟特區(qū)帶動改革一樣线得，科技特區(qū)先行饶唤，爭取適應(yīng)時間，總有妥善安排勞力的新科技相應(yīng)工作出現(xiàn)贯钩，所以我看著全是喜募狂，很樂觀。

03-16 06:58:01

張輝

5

很驚喜看到傳統(tǒng)行業(yè)也有機器人的影子角雷，有幸在高中升大學的暑假里祸穷，體驗過兩個月的工地生活，從這篇報道里看勺三，落實到具體施工雷滚，只是瓦工的部分工作被替代，像砌墻吗坚，但是還有很多機動性比較強的工作沒有被替代祈远，比如粉刷，打混泥土刻蚯，此外像木工绊含，鋼筋工的工作沒有提到，一棟大樓是由這三個工種配合來完成的炊汹，個人認為想要實現(xiàn)建筑行業(yè)的機器換人躬充，至少10年路要走，而那時現(xiàn)階段的農(nóng)民工已經(jīng)老了讨便，已經(jīng)不適合這樣重體力的行業(yè)充甚，必然是受過基礎(chǔ)教育的年輕一代頂上晒骇，若想要不被人工智能替代堰乔，從教育入手，讓 IT 教育成為普遍兄纺，新一代的建筑工人可以和機器協(xié)作废菱，不見得會引起失業(yè)的恐慌技矮，畢竟新建筑工人的基數(shù)要小很多。

03-16 08:19:27

靜姝

4

謝謝王博士的供稿殊轴，我女兒終于聽到3D打印的具體應(yīng)用了衰倦。她現(xiàn)在學的3D打印的制圖軟件，是可以設(shè)計任何物品的旁理，她就在設(shè)計一所房子加家具樊零，昨天說做了一個空調(diào)的外觀設(shè)計。打出來的用她的話說只是模型孽文。她說模型又不可以用驻襟，也沒有那么多材料夺艰，她就不明白3D打印到底就是打個玩具模型出來嗎？看來3D打印用于建筑行業(yè)還是很可行的沉衣。還有一個有趣的事郁副，前幾天比爾蓋茨在微信開了個公眾號，小家伙看到了厢蒜，上面說可以提問題給蓋茨霞势，說蓋茨會回答，人家是說關(guān)于慈善的吧斑鸦！小家伙也去提了個問題愕贡，就是問3D打印以后的可以具體做什么？她想聽聽蓋茨怎么說巷屿。她還等著回答天天看她的微信固以。結(jié)果是過了回答的日子，她當然沒有等到嘱巾，很失落憨琳。希望王博士從建筑的角度講一下3D打印的發(fā)展應(yīng)用。真的可以將設(shè)計好的桌子椅子床等打印出來嗎旬昭？

03-16 08:16:09