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工地现场的机器人已经不仅仅是早期采用者和试点项目的工具了，它们正在变得可靠，能够承担一些最重复性和要求最高的任务。日益严重的劳动力短缺问题继续困扰着建筑行业，而贸易学校和就业培训计划报告称，目前的招生人数无法弥补技术工人的退休潮。建筑工地上的重复性劳动密集型任务已经有了机器人解决方案，但新一代机器人旨在通过解决困扰总承包商和专业承包商的乏味而危险的任务来提高劳动力效率。无人机和小型行走机器人（比如波士顿动力公司的Spot）已经被承包商用于执行现实捕捉等任务多年了。然而，要在建筑工地上充分发挥通用机器人的潜力，通常需要虚拟设计和施工团队以及项目经理的监督，许多承包商根本没有多余的人员或时间来做到这一点。Raise Robotics公司的联合创始人兼首席运营官Conley Oster说，没有多少人知道如何在工作现场利用Spot等通用机器人。不过，机器人在利基应用（niche applications，指的是那些专门针对特定领域或特定需求的应用）中也有 “明确的用例”。“承包商可以准确理解他们将如何使用机器人，然后，只要机器人易于集成到他们现有的工作流程中，他们就会很快采用"。像Dusty Robotics、Canvas、Kewazo、Raise Robotics和Nextera Robotics这样的公司生产的建筑机器人是专门为特定的建筑任务设计的，它们通过重新思考和优化工作流程，旨在提高建筑工地的效率。这些为特定目的而建造的机器人已经被包括Gilbane Building Co.、DPR Construction和RQ Construction在内的承包商所采用。Kewazo公司联合创始人兼首席执行官Artem Kuchukov说：“提高安全性是第一位的，”该公司开发了一种起重机器人，可将搭建建筑脚手架所需的工作人员减少到两名。“其次是提高现场生产率。特别是在工业现场，我们看到很多工作都是用起重机完成的，取代这些起重机是一大优势"。他补充说，“为搬运重型材料而设计的大型起重机对于轻型材料来说并非必要。”![]()
Kewazo的LIFTBOT可以将材料沿着脚手架运送到高处，确保材料能够被准确无误地送达需要它们的地方
Kewazo的LIFTBOT是一种安装在桅杆上的材料运输平台，可以在脚手架组装时将脚手架段提升到一定高度，也可以将建筑材料沿着它的一组轨道提升到一定高度。Scaffold Resource在美国国会大厦外墙重建工程中使用了 LIFTBOT，该公司副总裁Bill Schikner说，LIFTBOT的材料输送速度快，而且能够满足国会大厦建筑师对安全和质量的要求，因此非常适合这项工作。机器人本身是遥控的，部署时无需移动或改装脚手架护栏。“当我们考虑创办Kewazo时，从哲学上来说，我们认为建设只涉及两项活动，”Kuchukov说。“一个是如何在增材过程中将东西垂直、水平地组合在一起，就像成人的乐高积木一样。第二个过程是，如何将这些材料放到需要的地方？如果你专注于将材料放在需要的地方，你就会弄清楚如何处理一种类型的材料，然后你可以快速切换到另一种材料。”在建筑行业中，喷涂和完成干墙（drywall）的工作是非常劳动密集型和重复性的。干墙板每块重达50-60磅，通常需要两名熟练工人来安装。干墙泥需要自然风干，这个过程可能需要数小时才能完成。此外，湿度和空气质量也会影响干墙泥的干燥和固化时间，从而可能导致工程延误。为了解决这些问题，总部位于旧金山的公司Canvas自2017年起开始自动化干墙修整工作。最近，该公司发布了1200CX，这是其干墙机器人的第二版，与最初的1550型号相比，1200CX更加紧凑、轻便且易于操作。位于佛罗里达州圣约翰斯的RQ Construction公司的自行施工负责人Levi Litke说：“Canvas机器人能够在比非常合格的干墙饰面工更短的时间内将干墙饰面达到5级，主要是因为涂层之间的干燥时间。”，我们的项目几乎都需要5级饰面。作为最高级别标准，干墙饰面需要在整个墙面上完全均匀，这样任何涂刷的涂料都会有均匀的色调。当你有又大又平的墙面时，需要做大量的重复动作。要做到这一点，需要技巧、肌肉和高空作业的时间，Litke解释说。RQ已在其全国各地的多个项目中使用1550。Litke 表示，持续的熟练劳动力短缺是其使用Canvas的主要原因。当RQ有机会缩短施工进度时，它需要尽可能充分利用这些机会。在位于古巴关塔那摩湾的一个项目中，极端炎热和潮湿的条件将干燥时间延长到一天以上。典型的人类工作流程需要三到四层涂层，中间有干沙，Litke说，对于Canvas，“我们可以用一到两层涂层来做到这一点。我们正在不同地区削减数天甚至数周的时间。”Canvas首席执行官Kevin Albert表示，随着公司向该领域派遣越来越多的机器人，该公司从与之合作的承包商和工会那里学到了很多东西，了解他们的需求。“我们目前在全国五个不同的主要地区都有机器人，所以我们得到了非常好的反馈，”他说，这带来了1200CX的改进，尺寸30英寸✖34.5英寸，重1200磅，最终高度为12英尺，比1550要紧凑得多，1550是建立在一个移动升降机底盘上的，能够在15.5英尺的高度上工作。![]()
Canvas公司的紧凑型干墙（drywall）修整机器人（喷涂打磨）1200CX
Albert说，对于那些不需要较高完工高度的情况，例如多户住宅和医院：“对于那些只有10英尺乘以8英尺的病房，[或]难以转弯进入房间的走廊…1550的机动性确实不足。”除了占地面积较小外，它的特点是“全轮转向，因此您可以在任何时间向任何方向行驶。”Canvas的1550还用于数据中心和其他具有长墙部分的高科技项目。“我非常感谢我们的客户，他们继续与我们合作，并给了我们很好的反馈，”他说。“我们一直致力于继续将收到的每一条反馈融入到机器中，结果令人难以置信。”虽然不像完成干墙那样需要大量劳动力，但多个行业用粉笔线和铅笔在建筑物的每一层进行布局是一项乏味的任务。自2018年以来，Dusty Robotics一直致力于通过Field Printer（其专注于BIM的自动化布局机器人，或称放线机器人）来减少乏味。该机器人能够在最少的现场监督下直接准确地在地板上进行打印，在建筑施工中得到了广泛的应用。现在，他们的新型自动打印机正在将小型机器人从一种新颖的方法转变为首选的布局工具。![]()
Dusty Robotics的Field Printer 2可以将布局标记直接打印到楼板上，并且比其上一代更易于操作
“我们从当前的客户那里清楚地听到，他们想要更小、更灵活、更灵活的东西，并且可以适应更狭小的空间，以获得更完整的打印，”Dusty 首席执行官Tessa Lau说。“这就是我们通过Field Printer 2提供的服务。它直接源自我们的经验。截至去年，我们已经打印了数万座建筑物的超过1.25亿平方英尺的布局。基于这些经验，我们开始设计一些东西来解决我们在早期工作现场遇到的一些问题。”Lau表示，连续的管道接头通常需要在它们之间进行布局标记，这也是尺寸较小的原因之一。早期型号的现场打印机需要与附近的全站仪保持近乎恒定的视线，以保持准确性并保持正确的方向，但杂乱的作业现场会在地板上产生盲点。对于Field Printer 2来说这不是问题，它可以根据存储在其内部存储器中的布局数据通过航位推算进行导航。“在暂时失去全站仪或激光跟踪仪视线的区域，我们可以继续打印。Lau解释道。“与竞争对手相比，这是我们的一大优势，它为我们的客户提供了更完整的打印效果。”Dusty还添加了新型打印机墨水，用于文本和其他标记，这些标记在传统布局中不会用粉笔书写。Lau说，客户还要求更顺利地更换电池。Field Printer 2使用现成的电动工具锂离子电池。更多的传感器还使机器人更容易检测障碍物并绕过它们进行导航。板边作业要求工人绑好绳子，时刻警惕潜在危险，并接受高空作业带来的风险水平。Raise Robotics的机器人致力于让人类远离多层项目的楼板边缘。早期采用者包括DPR、Lendlease、JR Butler Inc.、Harmon Inc. 和TSI Corporations。![]()
Raise Robotics 提供的机械臂可以执行工地上一些更危险的紧固任务，例如在楼板边缘工作
Raise Robotics公司的Oster表示，他们的机器人在成本方面有很好的匹配性。但他同时指出，人们往往忽视了与手动工作相关的一些隐性成本，也就是所谓的“软成本”。这些软成本包括设置防坠落装置和水平救生索等安全措施，这些工作非常繁琐，会限制工人的工作效率。而且，在建筑工地上，柱子之间的跨度需要不断重置这些安全设备，这会消耗大量的时间。Oster指出，能够在板边缘后面工作而不是让工人趴着，不仅可以提高安全性，还可以改善施工进度并降低风险。Raise的机器人最初设计用于在中高层建筑项目的混凝土楼板上安装外墙板时对紧固件和支架进行布局、安装和检查。但是，自从实现了这一系列特定任务的自动化后，其他使用案例也在不断开发中。Raise使用机器人来提供建筑项目的总体布局和竣工检查服务。具体来说，当建筑的外墙安装完成后，机器人能够记录下现场的实际情况，并将其与项目计划进行对比。“大多数情况下，这都是为了埋设预埋件，”，Oster说。“如果您需要对现场条件有更清晰的了解时，机器人可以帮助你提前识别并处理可能需要返工的问题。”Raise已经为机器人添加了锤钻附件，使其能够与承包商客户的自营团队一起工作。展望未来，Raise还计划添加混凝土扫描仪附件，以便机器人可以识别钢筋和后张预应力（post-tensioning）的位置，以便可以在板上进行标记。“我们试图通Raise实现的目标是创建一款多用途机器人，不是针对利基应用，而是针对明确的应用，”Oster解释道，对于工地机器人来说，存在一个理想的应用范围，这个范围既不过于泛泛（over-generalized），也不过于具体（too specific）。当Gilbane Building Co.首次开始部署科技初创公司Nextera Robotics的机器人时，始终是为了扩展其数字平台。Nextera的小型履带机器人可以轻松地在工作现场导航、爬楼梯、自主跨越或避开障碍物，以拍摄数千张360°照片，但这只是其实用性的开始。“最大的好处是效率——我们可以通过一次扫描获得如此多不同的输出，”Gilbane高级项目主管Ryan Spotts解释道。他目前正在使用 Nextera的机器人及其Didge数字平台作为承包商建造费城Schuylkill大道研究大楼的17层儿童医院。“我们正在获取有关安全、质量控制和进度监控的信息，并随时向客户通报情况。” Nextera机器人是完全自主的，可以从现场充电站部署，穿过现场的多个楼层，逐个房间、逐个大厅地定期拍摄图像，以创建项目图像的数字存储库。Spotts说，随着建筑物的外立面基本完成，工作转向室内，这种现场记录正在加速当前阶段的工作。![]()
Gilbane使用Nextera的现场记录机器人来捕捉项目现场的常规360°图像以进行人工智能分析
机器人通常在第二班次工作，所以需要与它们互动的工人相对较少，即便工人们看到机器人在周围移动，这种活动很快会成为他们可以忽略的常规背景活动。从工人们的角度来看，这些机器人并不是用来对付他们的审计工具，而是一种主动的工具，用于展示已经安装了什么。Gilbane过去使用手动现实捕捉工具来记录现场图像，但这种做法成本较高，难以证明其合理性，尤其是当需要定期、甚至每天进行记录时。Spotts提到，Nextera系统帮助解决了与分包商之间的争议，这些争议通常涉及在特定时间安装了什么。项目所有者也重视Nextera系统生成的定期更新。Spotts强调，通过使用Nextera系统，人们可以将时间投入到更有价值问题的解决上，而不是仅仅进行数据收集。即使是预算有限、无法进行充分文档记录的小项目，也能通过该系统获得相同级别的报告。他认为，这种技术将彻底改变在校园等大型项目中的工作方式。但是，一旦Nextera将其基于人工智能的工具应用到其Didge平台的所有采集图像中，就会带来真正的好处。目前已经有一些工具可以识别工人是否穿戴个人防护设备，或者是否存在不安全的现场条件，如绊倒危险或开孔，但Didge还提供进度跟踪和BIM集成，以检查工程安装是否正确。更重要的是，它还能提供人工智能驱动的预测，告诉人们施工进度是否开始下滑。Nextera公司运营总监Jacob Ryals说，由于这些警告，微小的修正都可以累积起来。“所有这些微小的调整，在一到三年的项目中日复一日地进行，节省下来的时间是巨大的。在安全方面，逐日纠正危险状况，而不是在事故发生后才发现：你减少了在工作过程中纠正这些问题所需的时间、资金和人员。”![]()
Gilbane的客户担心该项目的某些楼层会被风吹下雨，因此Nextera添加了功能来记录机器人摄像头观察到的任何积水
在机器人开始展示成果后，Spotts发现获得利益相关者的支持变得相对容易。Ryals强调，这是任何新技术部署成功的关键因素。用户不需要查看所有内容，他们可以定期在Didge上获取高级内容，但如果发现问题，他们可以深入挖掘。机器人捕获某物后五分钟，用户就能收到警报。这表明新技术的部署需要用户和利益相关者的参与和支持，同时提供了一种快速响应机制，以便在检测到异常时及时通知用户。对于Spotts来说，能够获取用于做出决策的数据将改变他处理涉及多个分包商的复杂项目的方式。他现在可以在发现一个分包商的问题时，利用已有的数据在问题发生之前就解决另一个分包商可能遇到的问题。他们总是从解决问题的角度来使用数据，因此分包商们并没有反对或抵触。来源：ENR（工程新闻记录）
