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AG旗舰厅屋子都要呆板人盖了筑设工人的饭碗还能

  AG旗舰厅国际你能想象将来有一天可以从机器人“缝”起来的房子里走出来,漫步在3D打印的桥上吗?

  近日,同济大学建筑与城市规划学院举办的“上海数字未来”系列活动展示了数字科技的未来。在展会中,人们见到了世界上第一座使用改性塑料的3D打印步行桥,还有使用建筑机器人将3毫米木材“缝起来”的房子,想象中的一切都在这里实现了。

  早前世界经济论坛就曾发布报告称,未来几年将有510万工作岗位被机器人“抢走”。那么,随着建筑机器人的研发与投入使用,建筑行业的饭碗是否也已经保不住了?智库采访了同济大学建筑城规学院教授、博士生导师袁烽教授,为我们专业解读建筑机器人。

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  第一,建筑机器人可以不厌其烦地、二十四小时不休息地工作,而人是做不到这一点的。尤其在恶劣环境下,如果气温达到四十度以上,正常的工人是不可能在工地上施工的。而建筑机器人,它是可以在各种条件下工作的,不受外界环境的影响。

  第二,建筑机器人可以比人做得更精准。人是难免要犯错的,但是机器人是根据程序先预设好的模型,所以它不会犯错,除非你的程序错了。如果程序验证是没问题的,它永远不会犯错。

  第三,建筑机器人可以完成人做不了的事情,如某些特定情况。假设砌砖,比如我要砌一行砖墙,每个砖之间只有0.5毫米的差距,累积起来可以实现一种渐变,像流水一样的效果。对于其他柔性材料是可以实现的,但是对砖,用人的手是砌不准的,而机器人则可以实现非常精准的定位。并且机器人的效率很高,可以完成一些人无法完成的精度,到达人工无法完成的部位,比如,由于人的身高、臂长的限制而达不到的位置,机器都可以很轻松地达到。

  现在我们所说的机器人分为两类,一类被称为人形机器人,一类则是工业机器人。我们现在用的主要是工业机器人,它的外表并非人形,但其实提供了一种智能化的建造方式。所以它可以作为建筑产业化实践平台的一个载体。

  建筑机器人实际上是通过机械臂来实现空间的精准定位的。这就是相当于人的一只手臂。两个机器人就可以相当于人的两个手臂,通过腕关节、肘关节还有肩关节,以及编程的方式来控制一个自动化的生产过程。所以建筑机器人,实际上是未来建筑产业发展的载体和平台。

  第一部分,是建筑机器人前端——工具端。这个工具端是用来砌砖,还是3D打印,还是用来做机器弯折,是可以通过我们的工具研发来单独实现的。至于机器人本体部分,由于世界格局的划分已经相对确定,现在最好的机器来自一些国际上的品牌。我们现在主要是用德国的库卡(KUKA)来做技术平台,核心的技术研发主要是在它的工具端,以及软件编程对它的一个控制。

  第二个部分,最终怎样把机器人这种共性的本体——就是库卡(KUKA)的这个部分——应用到建筑领域,是我们的核心研究内容。所以我们主要做的是建筑机器人。它可以用来造车,还可以用来造船,还有一些其他领域……总之,我们主要是专注在建筑学领域的一个研究。所以它的工作原理,其实是用计算机来控制一个机械臂,特别是机械臂的端部使用。这是一个工具手,我们称之为一个工具端的研发,这是我们的核心技术。

  第三个部分,我们的研究内容实际上是通过产业群系统集成解决方案,研究这里面包含的集成装备。首先,它是在车上走,还是在梁上面工作,总归就是要把机器人安装于特定的工作环境下,这个工作环境的设定是由我们来做的。然后,我们要把不同的建筑工艺,按照例如建筑学里面混凝土、砖、木等不同的材料划分出不同工艺。以前的传统是叫不同工种:水电工、混凝土工等等。但是我们现在把机器人通过工艺来进行了划分,按照不同工艺与一套设备、软件来实现成套的产业开发。建筑机器人的原理和我们的研发内容基本是这样的。

  现阶段,劳动力成本每年都是以超过10%的速度在递增。最早在改革开放初期,造一座房子的成本当中,人工费只占其中的10%左右。而到现在,像上海地区造一个房子,人工费在里面占到35%。在早期人力成本比较低的情况下,其实还是人工比较划算。根据日本的研究,其实35%是个临界点,超过35%以上,用机器替代人就越来越划算。如何用机器换人,就是我们研究的一个起点。现在在日本,人工费占50%,香港占到55%,新加坡差不多也是50%到55%之间,所以发达国家对于这种数字建造和预计建造是非常有积极性的,包括产业化程度也是非常高的。

  我们国内的情况是才刚刚起步,刚刚达到35%这个临界点。所以在未来的五年、十年甚至更长的时间里面,用机器人替代建筑工人会成为一个大的趋势。因为用机器人可以实现更高的劳动效率,更强的精准度,以及对更先进工艺的推动。

  我们现在已经开发了十几种建筑机器人的建造工艺。就工艺来说,主要是针对手艺人的独特技能。比如像香山帮(苏州香山地区的木匠,人称“香山帮匠人”)这样的匠人,能做出很精细的木雕;竹编的艺人,可以做精细的竹编;还有做砌砖很好的工人,或者电焊很好的电焊工。现在我们正试图用所有的机器人来替代这些工艺。像焊接,机器人的焊接可以在全天候情况下完成非常精准的金属焊接工作。像编织,用机器人来实现塑料的编织、碳纤维的编织,甚至也可以实现竹子的编织。只要它能够用一种逻辑、算法、程序来概括,那么机器都可以实现。

  现在有很多种工艺已经实现了一种升级。升级主要体现在几个方面:第一个是砖构,我们在上海“池社”已经有现场机器人砌筑的这个项目,这是一个位于徐汇滨江的已建成项目。第二个是木构,也很成熟了,我们在苏州太湖边上做了“苏州园博会”的一个展馆,实现了四十五米跨度的空间双曲面网壳木构。机器人加工木构件,在成都的“竹里”项目中得到实现。这个项目52天完成了所有建筑结构以及景观,是一个高速推进的项目。

  木材作为历史最悠久的建筑材料之一,展现出了极大的建筑需求可能性。凭借计算设计的创新,数字建造已经在材料科技上迅速提升了木头作为应用材料的范围,通过数字化的预制技术以及机械臂的精准组装来探索复杂的几何木结构形式。无论是曲面还是杆件,支撑整个结构的永远是杆件的骨架本身,两种表现方式均结合Millipede(“千足虫”软件)对线性杆件的快速分析和优化功能对结构骨架进行了优化。

  像塑料这种材料,是非常有潜力的。因为这种复合材料有很好的可塑性、可打印性,以及抗拉抗弯性能。这在我们其他的化工领域、日用品生产里已经有很先进的产业体系了。但在建筑领域还没有被大范围地使用,这主要是受限于生产方式以及它的可塑性。有了3D打印,我们就可以打印各种大尺度的构件。这次我们完成的是14米、净跨达到11米的桥的打印。对于这种塑料的大跨度打印,我们是第一个进行探索的。对此,我们在美国国家基金委做了论文宣讲,取得了非常好的反响。

  目前,这个桥还在实验阶段,我们正在对它“改性材料”的性能做进一步的优化。今年九月下旬,我们会在上海打印一个大房子,这个房子全部用塑料打印来做。从桥到一个小型的建。

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