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未来几年，建筑行业在人工智能（AI）技术应用方面将出现大幅增长。根据Straits Research的报告，2023年人工智能建筑市场价值为5.302亿美元，预计2024年将达到7.132亿美元，复合年增长率为34.5%。能够提高性能、效率和安全性的人工智能技术将帮助各种规模的建筑公司将自动化的优势从工厂车间带到现实世界的工地现场。本文将探讨人工智能如何不仅提高枯燥工作(如阅读图纸)的准确性，还将探讨人工智能机器人如何在工作现场完成危险任务，以防止工人受伤或死亡。此外，人工智能还可以帮助公司解决熟练劳动力短缺的问题，使员工能够专注于需要人工决策的复杂任务，在可能有限的人力资源下有效地完成更多工作。人工智能可用于自动执行检查和读取等任务，在这些任务中，人为错误很常见。需要有人清点建筑物中的每扇门、每个电灯开关和每个插头盖，文件阅读错误会导致建筑材料短缺或采购过量，采购不足会导致任务延误。过度采购会导致不必要的成本增加。考虑一个重新投产项目，在该项目中，工厂需要对大量管道的垫圈进行维修。在人工智能之前，人们需要查看现有的管道和仪表图，以确定每个垫圈的位置。这是一个乏味、非常细致的过程，容易出现人为错误。然而，在一个复杂的组件中，即使是漏掉一个磨损的垫片，也可能造成灾难性的后果。因此，可能需要多人独立审查图表，以确保所有相关垫片都被识别出来。借助人工智能辅助的读取技术，现在可以在一次操作中完成测量，Landing AI公司的高级客户经理David Golembiewski表示。Landing AI是一家提供视觉人工智能软件即服务（SaaS）能力的公司，它帮助企业从非结构化数据中提取价值。具体到建筑行业，Landing AI帮助建筑商和现场管理者阅读蓝图、建筑图、场地规划、仪表图和其他建筑文件。Golembiewski说：“有了人工智能，我们可以将80%-90%的标注任务自动化，从而节省50%的时间。通过让计算机识别大部分位置，人工审核人员可以集中精力解决人工智能标记的有问题的位置，从而在更短的时间内完成工作。”使用人工智能辅助工具的门槛相对较低。首先，计算机可以访问相关文件，这些文件可以是CAD文件，如果没有计算机文件，也可以是纸质文件的图片。然后，工作人员花很短的时间识别或 “标注 ”关键特征，以帮助训练人工智能模型。例如，如果公司希望跟踪暖通空调系统中每个过滤器的位置，那么工作人员就会在文件上标注过滤器的样本，直到人工智能模型能够自行成功识别它们。同样的方法也适用于门、垫圈、管道和其他在施工过程中需要跟踪的功能。需要注意的是，一旦创建了人工智能模型，公司就可以在使用类似文档类型的工作中使用这些人工智能模型。基于人工智能的工具还可以帮助建筑商开始自动创建新的或现有建筑的维护计划。而不是让维护人员阅读数百页的文件来弄清楚他们需要做什么，现场管理人员现在可以快速，轻松地创建准确的计划，而不需要专门的人员来完成任务。这种方法有效地集中了建筑工地的信息。例如，与其有单独的清单或文件来概述灯或垫圈的位置，不如将这些信息整合到主要的建筑平面图数据库中，任何可以访问建筑平面图的人都可以在需要时轻松找到这些信息。考虑到更换暖通空调过滤器的定期维护任务。如今，维护人员需要手动读取图纸来确定每个过滤器的位置，而且有可能漏掉一个或几个过滤器。而人工智能系统经过训练后，可以提取、检测和读取必要的数据，以确定建筑物中每个过滤器的位置。可以选择楼宇图来突出显示这些信息，即使是新手也能每次都准确找到每个过滤器。需要注意的是，这种维护计划是动态的：随着时间的推移，建筑物会发生变化，建筑物图纸的更新会自动反映在人工智能创建的维护计划中。这只是人工智能改善施工和维护管理的开始。根据Golembiewski 的说法，不久之后，人工智能辅助检查和读取将帮助工地管理人员识别和跟踪建设完工进度。视频捕捉设备--带摄像头的人或自主移动机器人（AMR）--将在工地上穿行。捕捉到的数据将与施工现场的建筑规划图进行比较。这将高度准确、详细地说明需要完成的工作，从而更有效地分配和安排建筑资源，加快项目完工速度。![]()
图1 视觉人工智能可用于极端环境和应用，如海底检查和维护。(来源:Landing AI)
图1举例说明了视觉人工智能在海底检测等极端环境中的应用。在这里，视觉人工智能用于识别管道接头并评估其状况。要做到准确无误，人工智能必须能够适应复杂多变的海底环境。提高生产率和效率固然重要，但许多建筑公司在工地上使用机器人最初主要是出于安全考虑。毕竟，建筑业是危险的。2022年，美国有1069名建筑专业人员在工作时死亡，高于其他任何行业。这意味着每10万名全职工人中就有96人死亡，即每96分钟就有一人死亡。在这些死亡事故中，38%是由跌倒、滑倒或绊倒造成的。![]()
图2 机器人在不需要工人靠近建筑物边缘的情况下完成外立面作业。(来源:Raise Robotics)
考虑到外墙施工等任务（见图2），传统上，工人必须靠近边缘甚至在建筑物外工作才能完成任务（点击此处查看视频）。此类任务需要使用安全设备，这增加了所需设备的成本和额外的部署时间。在幕墙施工中，工人还有可能坠落，导致工人和/或下面的工人受伤或死亡。使用机器人可以实现精确作业，将工人留在建筑物内，并消除坠落的风险（见图3）。![]()
图3 机器人在保证工人在建筑内安全的同时执行精确的工作，并消除了坠落的风险。(来源:Raise Robotics)
工作安全的另一个重要方面是重复性损伤。例如，混凝土钻孔日复一日地对人体造成伤害，可能导致手臂振动综合症（HAVS）等衰弱病症。Raise Robotics公司致力于制造机器人，帮助工人处理商业工地上的重复性危险工作。一个典型的外墙施工队有四个人。两名工人负责布局，两名工人负责实际的外墙作业。机器人/人类团队可以完成两个人的工作，机器人执行危险任务，并保护人类伙伴的安全。根据任务和人员的不同，机器人可以达到甚至超过人类的生产率。Raise Robotics公司进行了大量的开发工作，以简化机器人的部署，并可在两周内将机器人准备就绪，投入现场工作，这取决于工作所需的组件和用于管理作业的系统。Raise Robotics公司首席执行官Gary Chen 说：“我们的优势之一是不需要客户现场提供大量信息。我们的机器人只需要二维布局，如AutoCAD图纸或蓝图。操作员使用一个简单的图形界面与机器人通信，以确定工作位置。二维布局上已经标注了感兴趣的工作点。一旦操作员设置好机器人，机器人就会利用视觉技术在工作现场安全移动和操作，完成任务。”目前的比例是每个机器人配备一名操作员。Chen说：“我们正朝着两个机器人配备一名操作员的方向发展。我们还在提高机器人的自主性，这样一旦机器人安装完毕，操作员就可以让机器人完成既定任务，而自己则可以完成自己的工作”。使用人工智能机器人的一个重要优势是一致性。现场管理人员都很熟悉，人有工作效率高的时候，也有工作效率不高的时候。这种不一致性使现场管理人员难以有效地制定计划，尤其是在与多个专业团队合作时。例如，如果一个打孔小队的工作效率最高，他们可能会在后面的打孔队准备就绪之前完成一项工作。同样，如果一个打孔队的工作效率低于峰值，或者有成员请病假，就可能造成多个作业现场的延误，从而导致复杂的重新安排和昂贵的延误。机器人的优势在于日常工作的一致性。一旦设置好，它们就可以在一段时间内以可靠的效率和准确性执行工作，这是现场管理人员可以信赖的。当然，机器人也需要时间进行维护，但这是可以安排和计划的，这样就不会打乱主计划。机器人也会遇到意想不到的情况，这可能会导致任何工作人员的延误。然而，人工智能机器人随着时间的推移而学习，在许多情况下，它们能够自己处理更广泛的意外情况。在建筑工作中使用机器人有不同的模式。Raise Robotics不要求客户投资购买整个机器人，而是按月租赁机器人。租赁为公司提供了灵活性，使其可以根据当前需求改变机器人劳动力。这种方法还消除了高额初始投资的障碍，使公司能够进行小规模部署测试，以了解机器人的工作情况。“按目前的成本计算，建筑公司在第一个月内就能开始看到节省的费用，”Chen说。“当然，节省的成本因地点和当地劳动力价格而异。不过，这并不是说机器人的成本比人低，而是说机器人能让工地上的每个人更有效率，同时更安全。”引进机器人还能帮助承包商在紧迫的时间内完成任务。例如，打孔队的速度取决于打孔队的规模。在没有额外的人类工人时，可以将几个机器人带到工作现场，帮助及时赶上进度，并使进度恢复正常。参与过程的一部分是与所有相关人员合作，上至承包商，下至使用机器人的工作人员，包括分包商、现场经理和安全团队。“反馈是我们部署周期的关键部分，”Chen说。“你不可能在实验室里解决所有问题。这就是为什么我们要到现场与施工人员一起工作，以确保他们的需求得到满足。这是我们确保为建筑行业打造正确工具的重要一环。”建筑机器人通过5G连接到云和控制软件。这意味着现场和非现场的管理人员都可以访问操作信息。远程连接也使Raise Robotics能够在出现任何问题时为机器人提供直接、实时的支持。此外，随着时间的推移，还可以收集操作信息，以改进人工智能模型，并实现预测性维护等高级功能。例如，由于机器人的性能是随着时间的推移而测量的，因此可以使用操作趋势来预测机器人何时可能需要在故障发生之前进行维护，从而避免昂贵的停机时间和工作中断。由于熟练劳动力的可用性下降，人们对使用机器人的兴趣也有所上升。“在过去的几年里，承包商已经感受到劳动力短缺的压力，”Chen说。“出于这个原因，以及提高安全性等其他原因，我们发现他们愿意考虑把机器人带到工作现场。”换句话说，人工智能有助于增强人的能力。在机器人的协助下，现在一个人可以做两个人或更多人的工作，而且受伤的风险更小。借助工具更换系统，机器人可以接管许多基于气动工具的任务，使工人能够专注于体力压力较小、附加值更高的工作。Golembiewski说:“人工智能关乎改善人力资本管理。假设你必须安排10个人来查看仪器图和蓝图。阅读这些文档的自动化增强了他们更有效、更准确地执行这些任务的能力。但这也让他们有时间去做更高价值的工作。”这说明了自动化的一个关键方面:机器人可以帮助人们做更多的事情，无论他们是在10层楼高的地方工作，还是坐在办公室里制定建筑计划。通过自动化繁琐和重复的任务，员工可以专注于更有趣、更吸引人、更安全的更复杂的工作。人工智能辅助检查和文档阅读的价值主张是引人注目的:使用基于人工智能的工具可以比传统方法更快、更高效、更低成本地获得更准确的结果。这反过来又转化为更快的完成时间。此外，更高的准确性意味着现场管理人员可以更精确地购买建筑材料，并更一致地评估完成一项工作所需的时间。使用机器人完成重复性和危险任务的优势也值得注意:工人更安全，效率更高，一致性更好，并且在劳动力短缺持续的情况下，可以扩展现有人员的能力。正如Chen所说，“人工智能正在真正改变建筑行业，使其变得更好。”来源：Association for Advancing Automation (A3)
