一、概述

建筑機(jī)器人從發(fā)明至今，已有100多年的歷史，先后經(jīng)歷了機(jī)械傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)兩個(gè)階段，現(xiàn)階段，機(jī)器人化的工程機(jī)械被稱為第三代建筑機(jī)器人。建筑機(jī)器人能被遙控、自動(dòng)或半自動(dòng)控制，可以在自然環(huán)境中進(jìn)行多種作業(yè)，其中以自然作業(yè)為最大特征。建筑機(jī)器人的研發(fā)起源于日本，1982年，日本清水公司的一臺名為SSR-1的耐火材料噴涂機(jī)器人被成功用于施工現(xiàn)場，被認(rèn)為是世界上首臺用于建筑施工的建筑機(jī)器人。

隨后出現(xiàn)了美國軍方的John Deeve 690C掘進(jìn)機(jī)被用來修復(fù)爆炸毀壞的跑道；麻省理工學(xué)院的trackbot和studbot被用于墻體內(nèi)部建設(shè)等。除了日本和美國在進(jìn)行建筑機(jī)器人研究之外，法國、德國、英國、以色列、荷蘭、芬蘭、丹麥、新加坡、中國等國家也相繼進(jìn)行建筑機(jī)器人研究。

早期，歐美發(fā)達(dá)國家(或地區(qū))對于建筑機(jī)器人的研究從未中斷，但遺憾的是這些設(shè)備一直未能投入應(yīng)用。直到近幾年，才陸續(xù)有一些系統(tǒng)走出實(shí)驗(yàn)室，被應(yīng)用于實(shí)際之中。

如今的建筑機(jī)器人種類不斷增多，應(yīng)用的領(lǐng)域有混凝土預(yù)制大板生產(chǎn)線、鋼筋骨架成型、模板組合與拆卸、大型容器組裝、焊接及噴漆、混凝土布料、空調(diào)風(fēng)管檢查及清理、外墻飾面檢查、地面壓光與清掃等。

其種類有測繪機(jī)器人、砌墻機(jī)器人、預(yù)制板機(jī)器人、施工機(jī)器人、鋼梁焊接機(jī)器人、混凝土噴射機(jī)器人、施工防護(hù)機(jī)器人、地面鋪設(shè)機(jī)器人、裝修機(jī)器人、清洗機(jī)器人、隧道挖掘機(jī)器人、拆除機(jī)器人、巡檢機(jī)器人等。

有幾種不同類型的建筑機(jī)器人即將大規(guī)模進(jìn)入建筑市場。

首先是3D打印機(jī)器人，它可以根據(jù)需要建造大樓。在一個(gè)移動(dòng)機(jī)械臂的控制下，3D打印機(jī)通過一組預(yù)先編程的指令打印出一個(gè)結(jié)構(gòu)安全完整的建筑。這項(xiàng)技術(shù)也開始用于建造橋梁，比如荷蘭建造的有史以來第一座3D打印橋梁，已經(jīng)于2021年7月投入使用。3D打印和工業(yè)機(jī)器人的結(jié)合是建筑行業(yè)中最有前途的一項(xiàng)自動(dòng)化技術(shù)。

第二種是用于砌磚、砌石的建筑機(jī)器人，甚至有的機(jī)器人可以一次性鋪設(shè)整條道路，這些類型的機(jī)器人極大地提高了施工作業(yè)的速度和質(zhì)量。

拆除機(jī)器人是第三種即將進(jìn)入主流應(yīng)用市場的建筑機(jī)器人。雖然它們比拆除工人的速度慢，但在拆除建筑物混凝土和結(jié)構(gòu)性構(gòu)件的最后階段時(shí)，使用機(jī)器人完成作業(yè)會(huì)更加安全，成本也低得多。

還有其他類型的施工機(jī)器人，如遠(yuǎn)程遙控或自主駕駛車輛，但上文介紹的三種類型的機(jī)器人是最適合在當(dāng)前施工現(xiàn)場工作的，也可能是對建筑業(yè)影響最大的。作為一個(gè)自動(dòng)化程度極低的行業(yè)，建筑機(jī)器人將對建筑行業(yè)產(chǎn)生重大影響。隨著建筑公司為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能高效而越來越多轉(zhuǎn)向自動(dòng)化，必將推動(dòng)建筑機(jī)器人的需求穩(wěn)步增長。

二、市場現(xiàn)狀

當(dāng)前，建筑工業(yè)化正不斷發(fā)展，從工廠到工地，提高建造智能化水平，正越來越受到行業(yè)關(guān)注。如今，隨著中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)建筑機(jī)器人專業(yè)委員會(huì)的成立，或?qū)⑼苿?dòng)智能建造進(jìn)一步落地。

近幾年，由于我國對科技創(chuàng)新的重視，一大批機(jī)器人制造和人工智能領(lǐng)域的企業(yè)異軍突起。我國建筑業(yè)產(chǎn)值規(guī)模不斷擴(kuò)大，為建筑機(jī)器人行業(yè)提供了充足的發(fā)展空間。根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局、住建部相關(guān)數(shù)據(jù)預(yù)測，到2025年，中國的建筑機(jī)器人市場滲透率將達(dá)到10%，市場規(guī)模超過18億人民幣；到2030年，市場規(guī)模將超過113億元人民幣，滲透率可達(dá)50%；到2035年，市場規(guī)?？赡苓_(dá)到224億元人民幣，滲透率超過80%，呈現(xiàn)出出快速增長的趨勢。

值得注意的是，雖然目前我國的建筑機(jī)器人專利技術(shù)增長迅速，但大部分仍在研發(fā)期，并未進(jìn)入商用領(lǐng)域或?qū)崿F(xiàn)規(guī)?；慨a(chǎn)，下游應(yīng)用滲透率不及1%。但未來幾年，我國建筑機(jī)器人行業(yè)將會(huì)繼續(xù)保持高速增長，為建筑行業(yè)帶來更多發(fā)展機(jī)遇和創(chuàng)新，發(fā)揮重要作用。

目前，建筑機(jī)器人在海外出現(xiàn)批量推廣趨勢，國內(nèi)應(yīng)用還處于早期階段，參與其中的既有建筑施工單位、機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)商及地產(chǎn)公司，也有建材企業(yè)的科技公司，同時(shí)還涌現(xiàn)出一批機(jī)器人、自動(dòng)化背景的創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)。從切入點(diǎn)來看，建筑機(jī)器人公司在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維、拆除等建筑生命周期的各個(gè)節(jié)點(diǎn)都有嘗試，但絕大多數(shù)還是聚焦在施工環(huán)節(jié)。由于施工環(huán)境復(fù)雜、工藝流程多樣化等因素，目前，現(xiàn)場施工機(jī)器人很難實(shí)現(xiàn)端到端的解決方案，更多以人機(jī)協(xié)作的方式實(shí)現(xiàn)閉環(huán)作業(yè)。

而裝配式工廠生產(chǎn)機(jī)器人及配套施工機(jī)器人由于環(huán)境相對標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)字化效果明顯，也有廣闊的運(yùn)用市場?，F(xiàn)階段，建筑機(jī)器人在施工危險(xiǎn)度較高、工藝復(fù)雜度較低、機(jī)器人投資回報(bào)率(ROI)較高的場景會(huì)較先落地，并實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用。

就單位出貨量而言，最大的市場是建筑工地上使用的機(jī)器人助手，其次是基礎(chǔ)設(shè)施機(jī)器人、結(jié)構(gòu)機(jī)器人和精加工機(jī)器人。由于建筑產(chǎn)品的非標(biāo)準(zhǔn)化、建筑場景的動(dòng)態(tài)性強(qiáng)、建筑機(jī)器人技術(shù)復(fù)雜等因素的影響，目前從事建筑機(jī)器人研發(fā)和生產(chǎn)業(yè)務(wù)的企業(yè)不多，規(guī)?；a(chǎn)品較少，行業(yè)集中度低，市場格局暫未形成。

國內(nèi)建筑行業(yè)正面臨“用工荒”，主要由于人口老齡化和勞動(dòng)力結(jié)構(gòu)變化。

目前，建設(shè)行業(yè)出現(xiàn)“三段式”困境：50、60后農(nóng)民工即將退休，70、80后農(nóng)民工供應(yīng)不足，而90、00后農(nóng)民工數(shù)量有限。農(nóng)民工總數(shù)在過去兩年中減少了近980萬，其中2022年至2023年間減少了600多萬，達(dá)到五年新高。農(nóng)民工平均年齡已達(dá)43歲，顯示出老齡化趨勢。同時(shí)，老年人的工作機(jī)會(huì)受到限制，一些地方政府禁止60歲以上男性和50歲以上女性從事建筑工地的體力勞動(dòng)。

此外，人工施工的安全問題突出，建筑行業(yè)是全球第二危險(xiǎn)的行業(yè)，致命事故率較其他行業(yè)較高，且傳統(tǒng)施工工序?qū)θ梭w有害，容易導(dǎo)致職業(yè)病。同時(shí)技術(shù)落后還導(dǎo)致了低利潤率，2023年建筑業(yè)產(chǎn)值利潤率為2.64%，低于工業(yè)和第二產(chǎn)業(yè)的平均利潤率。施工效率低下和材料浪費(fèi)率高也是問題，熟練工難招難留，工資成本高。

在建筑機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈方面，上游產(chǎn)業(yè)鏈包括機(jī)器人通用組件和建筑專用設(shè)備：中游產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)墙ㄖC(jī)器人公司，這些公司依靠環(huán)境感知算法、導(dǎo)航定位算法、執(zhí)行規(guī)劃算法、機(jī)械控制算法以及建筑行業(yè)的工藝流程知識，研發(fā)生產(chǎn)建筑機(jī)器人；下游產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)堑禺a(chǎn)公司、建筑公司、預(yù)制工廠以及施工隊(duì)等。

建筑行業(yè)機(jī)械設(shè)備比較成熟的商業(yè)模式是租賃為主、銷售為輔，但由于建筑機(jī)器人還處于早期階段，技術(shù)成熟度、場景穩(wěn)定性都在提升中，建筑機(jī)器人公司使用自家機(jī)器人設(shè)備外包施工也非常普遍。

早在20世紀(jì)80年代，歐美和日韓等國家就開始嘗試機(jī)器人在建筑行業(yè)的應(yīng)用，進(jìn)入21世紀(jì)以來，其更是將建筑智能制造、工業(yè)化發(fā)展提升到國家戰(zhàn)略的高度，并出臺一系列發(fā)展政策。歐美高校也走在建筑機(jī)器人研究、應(yīng)用的前沿。例如麻省理工學(xué)院機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室推出過一系列建筑機(jī)器人，包括“材料創(chuàng)新+3D打印”建造機(jī)器人、外骨骼輔助機(jī)器人SRA及SRL等。

在我國進(jìn)行建筑機(jī)器人探索的主要有三部分：一是以中國建設(shè)科技有限公司、上海建工集團(tuán)股份有限公司、西安中交土木科技有限公司為代表的大型建筑集團(tuán)的科技部門或科技子公司，其大多強(qiáng)調(diào)“工業(yè)化、數(shù)字化、一體化”的平臺化思維，從建造全局出發(fā)研發(fā)建筑機(jī)器人和信息化生態(tài)，自研機(jī)器人主要聚焦在與裝配式相關(guān)的鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋、PC預(yù)制自動(dòng)化設(shè)備，在現(xiàn)場施工端更多與三方科技公司聯(lián)合研發(fā)機(jī)器人產(chǎn)品或提供落地應(yīng)用場景；

二是以三一重工股份有限公司、中聯(lián)重科股份有限公司、徐州工程機(jī)械集團(tuán)有限公司為代表的建筑機(jī)械設(shè)備廠商，其核心能力是機(jī)械設(shè)備研發(fā)制造，在智能感知、自主控制方面還有短板，重點(diǎn)研發(fā)原有機(jī)械設(shè)備的智能化升級，選擇跟三方科技公司合作落地施工場景案例；

三是以北京東方雨虹防水技術(shù)股份有限公司、安徽海螺水泥股份有限公司為代表的建筑材料廠商，其核心訴求是綁定下游場景使用建材，因此通過研發(fā)智能化施工設(shè)備賦能施工團(tuán)隊(duì)或“合伙人”更好、更多地使用該公司建材。

從中國建筑機(jī)器人產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)區(qū)域分布情況來看，廣東省、江蘇省、浙江省、上海市等地匯聚了較多的配套企業(yè)，產(chǎn)業(yè)聚集效應(yīng)較好。廣東地區(qū)建筑機(jī)器人代表性企業(yè)有博智林、特辰科技、中建科技等，相應(yīng)的上游企業(yè)有匯川技術(shù)、大族傳動(dòng)、雷賽智能等;長三角區(qū)域的江蘇、浙江、上海市相關(guān)企業(yè)也較為豐富，匯聚了埃斯頓、大界機(jī)器人、綠的諧波、鳴志電器等代表性企業(yè)。

三、困難挑戰(zhàn)和機(jī)會(huì)

1.困難挑戰(zhàn)

雖然建筑機(jī)器人的早期投資在持續(xù)升溫，但是建筑機(jī)器人公司的商業(yè)落地還存在較大挑戰(zhàn)。在倉儲機(jī)器人行業(yè)跑通的項(xiàng)目制模式、在服務(wù)機(jī)器人行業(yè)基本跑通的RaaS模式似乎還比較遙遠(yuǎn)，更多的創(chuàng)業(yè)公司還處于產(chǎn)品研發(fā)、場景適配和多點(diǎn)POC 過程中，商業(yè)模式以施工外包服務(wù)為主，頭部創(chuàng)業(yè)公司合同收入也在千萬元級別。究其原因，挑戰(zhàn)來源于以下幾個(gè)方面:

(1)技術(shù)穩(wěn)定性挑戰(zhàn)。建筑機(jī)器人面臨作業(yè)場景多樣復(fù)雜及移動(dòng)變化的挑戰(zhàn)，在環(huán)境感知、定位導(dǎo)航、路徑規(guī)劃、運(yùn)動(dòng)控制等方面都存在技術(shù)難點(diǎn)，特別是在復(fù)雜的工藝場景知識庫方面需要更高的適配性研發(fā)投入。

建筑機(jī)器人施工場景及技術(shù)

(2)場景切入點(diǎn)挑戰(zhàn)。以大量創(chuàng)業(yè)公司切入的室內(nèi)噴涂為例，傳統(tǒng)人工在地面使用噴涂設(shè)備作業(yè)的成本在70元/m，而且人站在地面的移動(dòng)靈活性非常高，其施工效率高于機(jī)器人作業(yè)的效率，機(jī)器人的ROI明顯偏低。同時(shí)，由于存在技術(shù)成熟度低的問題，機(jī)器人很難獨(dú)立完成端到端的施工。比如，在房建外墻的真石漆噴涂場景，底漆噴涂之后需要貼一層美紋紙分割，再噴仿石層面漆,并在適當(dāng)時(shí)間立即撕去美紋紙，但機(jī)器人沒法完成貼紙、也沒法判斷撕去美紋紙的合適時(shí)間，這些復(fù)雜工序都需要人工協(xié)作，整體效率偏低。

(3)商業(yè)模式挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)施工設(shè)備是開箱即用的標(biāo)品，其計(jì)價(jià)簡單，租賃是比較成熟的商業(yè)模式。但是，機(jī)器人施工目前難以開箱即用、獨(dú)立完成作業(yè)，很難按照設(shè)備租賃或銷售的模式推廣。

(4)施工使用難度。目前，除了少數(shù)產(chǎn)品如3D實(shí)測實(shí)量工具能通過簡單培訓(xùn)就讓普通工人使用外，絕大部分產(chǎn)品需要專業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)現(xiàn)場設(shè)置作業(yè)。

2.機(jī)會(huì)

雖然存在短期挑戰(zhàn)，但是在勞動(dòng)力缺口和成本上升、減排節(jié)能的迫切約束下，建筑機(jī)器人行業(yè)的發(fā)展趨勢具有不可逆性，屬于行業(yè)或者創(chuàng)業(yè)公司的機(jī)會(huì)也會(huì)不斷涌現(xiàn):

(1)從場景選擇來看，部分場景創(chuàng)業(yè)公司可能會(huì)率先實(shí)現(xiàn)規(guī)?；涞亍?/span>如工廠預(yù)制場景(鋼筋、鋼結(jié)構(gòu)、復(fù)合材料等)可以依靠建筑信息模型(BIM)等數(shù)字化載體打通供應(yīng)鏈、工廠和施工端數(shù)據(jù)，做到大批量高效生產(chǎn)、節(jié)省材料成本、提升工程一致性;高空作業(yè)等場景由于危險(xiǎn)性高、且人在高處(舉升平臺)作業(yè)的靈活性遠(yuǎn)低于機(jī)器人，機(jī)器人作業(yè)ROI顯著提升;對于市政、橋隧作業(yè)噴涂場景，其外觀要求、精細(xì)度要求遠(yuǎn)低于房建，且工藝流程復(fù)雜度較低，機(jī)器人更容易實(shí)現(xiàn)端到端的施工交付。

(2)從商業(yè)模式角度看，“機(jī)器人施工隊(duì)”可能成為未來的建筑工程隊(duì)主力。未來的建筑隊(duì)可能就是包工頭帶著一隊(duì)機(jī)器人，但施工隊(duì)需要完整解決方案，而不是單一的機(jī)器人，這就需要出現(xiàn)新型自動(dòng)化建筑公司。

(3)從團(tuán)隊(duì)構(gòu)成來看，擁有機(jī)器人研發(fā)能力、建筑設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)以及數(shù)字化平臺搭建能力的復(fù)合背景團(tuán)隊(duì)有可能率先實(shí)現(xiàn)突圍。建筑機(jī)器人是建筑行業(yè)數(shù)字化、智能化的重要一環(huán)，避免了施工過程中人工作業(yè)的不一致性、數(shù)據(jù)離散性，解決了建造過程中的非標(biāo)的問題。從長期趨勢來看，建筑機(jī)器人要大規(guī)模應(yīng)用需要從建筑行業(yè)的第一性出發(fā)，結(jié)合材料、工藝和流程創(chuàng)新，考慮地產(chǎn)商、建筑公司、設(shè)備租賃商、施工隊(duì)以及監(jiān)管方的多方關(guān)系和利益，不只是執(zhí)行環(huán)節(jié)的機(jī)器替人。因此，對于創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)來說，既需要找準(zhǔn)早期最可能規(guī)?；瘧?yīng)的場景、研發(fā)出適應(yīng)場景的機(jī)器人產(chǎn)品，還需要對建筑設(shè)計(jì)和全流程工藝有深入理解，最終形成實(shí)現(xiàn)端到端智能建造解決方案。

四、發(fā)展趨勢

在國內(nèi)政策、需求、市場、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)鏈等一系列因素的推動(dòng)下，“十四五”期間，我國建筑機(jī)器人行業(yè)預(yù)計(jì)將呈現(xiàn)出市場不斷擴(kuò)大、應(yīng)用領(lǐng)域持續(xù)擴(kuò)張、生產(chǎn)基地逐漸轉(zhuǎn)移等發(fā)展趨勢。建筑業(yè)是僅次于采礦的第二大危險(xiǎn)行業(yè)，施工過程中事故多、勞動(dòng)力短缺、勞動(dòng)生產(chǎn)率低，這些成為建筑業(yè)發(fā)展的掣肘。在此情況下，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人技術(shù)在建筑現(xiàn)場的應(yīng)用有著極大的市場。

2022年，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布《“十四五”建筑業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，規(guī)劃中指出，加強(qiáng)新型傳感、智能控制和優(yōu)化、多機(jī)協(xié)同、人機(jī)協(xié)作等建筑機(jī)器人核心技術(shù)研究，研究編制關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，形成一批建筑機(jī)器人標(biāo)志性產(chǎn)品，重點(diǎn)推進(jìn)與裝配式建筑相配套的建筑機(jī)器人應(yīng)用，輔助和替代“危、繁、臟、重”施工作業(yè)。

未來建筑機(jī)器人發(fā)展趨勢主要集中在以下幾個(gè)方面：

(1)建筑機(jī)器人市場化加速落地。建筑機(jī)器人產(chǎn)品具備市場化落地應(yīng)用的能力，未來建筑機(jī)器人研發(fā)制造企業(yè)會(huì)擴(kuò)大產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模，積極尋找下游地產(chǎn)商合作，在實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品和技術(shù)的快速迭代。

(2)專用建筑機(jī)器人研發(fā)的具象化。由于建筑建造工程中施工場景多樣且具有高獨(dú)特性，各細(xì)分領(lǐng)域?qū)C(jī)器人的要求重合度低，需抓住細(xì)分領(lǐng)域的工藝特點(diǎn)，建筑機(jī)器人研發(fā)趨于細(xì)分領(lǐng)域定制化。例如在反重力場景下做人工替代的抹灰機(jī)器人，需著重控制機(jī)器人在作業(yè)時(shí)對墻面施加的壓力的均勻性、平穩(wěn)性。

(3)傳統(tǒng)建筑機(jī)械的智能化改造。我國建筑業(yè)發(fā)展已久，對現(xiàn)有傳統(tǒng)生產(chǎn)機(jī)械進(jìn)行數(shù)字化、智能化改造是建筑機(jī)器人快速發(fā)展的重要途徑。比如對塔吊機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程遙操作系統(tǒng)及智能化改造，可以有效降低建筑業(yè)高空墜落事故發(fā)生的概率。

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