工地上來了“刮膩子”冠軍,為何涂料工程施工機器人領跑行業(yè)?
請解答以下這道數(shù)學題:已知一面墻長30米,高10米,一位工人每天可以刮完100平方米的膩子,求完成整面墻需要多長時間?
答案是3天。但如果這道題讓機器人回答,它給出的答案是:3小時。
這不是機器人不會算數(shù),而是一場建筑業(yè)的科技變革。如今,你可以在工地上看到機器人揮舞著機械臂,通過先進的傳感器和控制算法,精確調(diào)節(jié)噴涂厚度。旁邊的工人只需負責簡單的操作和監(jiān)控。
有了機器人“熟練工”,一天下來,可實現(xiàn)膩子施工800平方米,速度是人類工人的8倍;乳膠漆施工3000平方米,速度是手持噴涂機的2倍。更關鍵的是,機器人能準確調(diào)節(jié)材料用量并均勻噴涂,可以節(jié)約20%-25%的材料成本。
根據(jù)中國工程機械工業(yè)協(xié)會的數(shù)據(jù),目前30萬億的建筑市場,未來十年將出現(xiàn)千萬級建筑工人缺口;與此同時,隨著國內(nèi)房地產(chǎn)市場競爭加劇,建筑企業(yè)還需要不斷降低成本、提高施工效率,以提升競爭力。
基于此,建造行業(yè)數(shù)字化改造大勢所趨。得益于人工智能、視覺傳感器、機器人控制算法等核心技術的突破,“機器換人”成為了關鍵賽點,建筑領域或?qū)⒊蔀闄C器人率先產(chǎn)業(yè)化落地的“肥沃土壤”。
01建筑機器人移走“三座大山”
常言道,中國建筑行業(yè)的“三座大山”——勞動力短缺、安全問題、低利潤率。
首先,行業(yè)面臨嚴峻的“用工荒”,主因是人口老齡化和勞動力結構變化。當前國內(nèi)建筑行業(yè)面臨明顯的“三段式”困局——50、60后農(nóng)民工即將謝幕;70、80后農(nóng)民工供應不足;90、00后農(nóng)民工寥寥無幾。近兩年農(nóng)民工總數(shù)減少近976萬,2022年至2023年間減少650萬,創(chuàng)五年新高。國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示,農(nóng)民工平均年齡已達43.1歲,老齡化趨勢明顯。
但同時,老年人工作也受到限制。多地政府規(guī)定,禁止60歲以上男性和50歲以上女性在建筑工地從事體力勞動,如江蘇省曾特別規(guī)定,聘用“超齡”工人將導致企業(yè)列入紅碼管理。
這里引出了第二個矛盾,人工施工導致的安全問題。根據(jù)國際勞工組織的數(shù)據(jù),建筑行業(yè)是全球第二危險的行業(yè),僅次于采礦,致命事故率是其他行業(yè)的4倍;在2011年至2019年間,建筑工人的死亡人數(shù)上升了41%。特別是老齡工人的傷亡比例尤為嚴重,如2021年湖北、江蘇等地均出現(xiàn)60歲以上農(nóng)民工傷亡事故。
除了施工安全風險,傳統(tǒng)施工的很多工序也對人體有害。例如,在膩子打磨、粉刷、管道噴油漆過程中,工人操作不當則會吸入粉塵及有害物質(zhì),容易罹患職業(yè)病。
第三個矛盾,技術落后還導致低利潤率。國家統(tǒng)計局公布數(shù)據(jù)顯示,2023年的建筑業(yè)產(chǎn)值利潤率為2.64%,同比上年降低了0.06個百分點。作為對照,工業(yè)的利潤一般在9%以上,建筑業(yè)所在的第二產(chǎn)業(yè)利潤率也在6%左右。
一是施工效率低下,工人在重復勞動中容易感到單調(diào)乏味,甚至因疲憊或環(huán)境干擾而出錯返工;二是材料浪費率高。建材使用控制靠人為,不容易精確把握。據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù),在一座普通民用建筑的建造過程中,所用建筑材料的浪費率居然高達4成。而建筑行業(yè)的熟練工難招難留,且工資成本也不是小數(shù)目。
由此,勞動力短缺、安全問題、低利潤率形成了惡性閉環(huán)。
行業(yè)突飛猛進期,沉疴尚不明顯。但近幾年,搭載“城市化”電梯飛升的中國房地產(chǎn),隨著萎縮的土地供應和人口紅利,也不可避免地出現(xiàn)了萎縮。
兩條路擺在地產(chǎn)企業(yè)面前:一是轉(zhuǎn)行逃離“沉船”,但步子跨太大容易直接“翻船”;二是積極尋求轉(zhuǎn)型道路,提升自身競爭力,在質(zhì)量上尋求改變。
一方面,提升住宅業(yè)務的競爭力,尤其是在新項目乏力,增量市場有限的情況下,更要在前期環(huán)節(jié)搞好降本增效;另一方面,拓寬地產(chǎn)業(yè)態(tài)類型,包括開發(fā)和運營與住宅配套的教育地產(chǎn)、養(yǎng)老地產(chǎn)、醫(yī)療地產(chǎn)、商業(yè)地產(chǎn)和產(chǎn)業(yè)地產(chǎn)等等,這需要提高施工標準,建筑企業(yè)對高效、智能的施工方案需求愈發(fā)強烈。
任何行業(yè)卷到最后就會變成“大洗牌”,而科技往往就是那個引入的變量。
這次,建筑行業(yè)將目光投向了機器人技術。
“機器人能率先在生產(chǎn)、施工、維保等環(huán)節(jié)輔助和替代‘危、繁、臟、重’施工作業(yè)?!币幻〗ú肯嚓P人員表示,從施工效率角度來看,建筑機器人輸出效率穩(wěn)定,標準化程度高,有效避免人為施工引起的誤差,且不受傳統(tǒng)施工人員的體能限制;在工程質(zhì)量方面,基于高精度激光識別系統(tǒng)的整體性控制,建筑機器人施工精度更高,施工成型質(zhì)量比傳統(tǒng)人工方式高。
省工省料方面,建筑機器人更加綠色低碳。例如,在施工時對粉塵有效收集,實現(xiàn)無塵施工。同時,建筑機器人可以通過供料控制程序提高材料利用率,避免了因精度不夠出現(xiàn)的浪費問題。
補齊勞動力方面,除了替代老齡勞動者,建筑機器人還可以通過顯著改善勞動環(huán)境,吸引年輕勞動力回流建筑行業(yè)。彼時,建筑工人不再是灰頭土臉的泥瓦工、抹灰工,取而代之的是基于網(wǎng)絡工作環(huán)境的建筑機器人操控人員、工地巡檢人員等產(chǎn)業(yè)技師的新身份。
在“機器換人”的迫切需求下,全球建筑機器人市場預計將經(jīng)歷顯著增長。Straits Research預測,到2030年,北美的建筑機器人市場規(guī)模將達到5400萬美元,而歐洲市場將接近5200萬美元。目前,歐洲市場領先,每10000名建筑工人中約有1.2個機器人,美國市場為0.2個,而中國市場的數(shù)字則僅為0.1個,顯示出中國市場的巨大潛力和成長空間。
Report Linker進一步預測,全球建筑機器人市場規(guī)模將從2023年的3.317億美元增長至2028年的6.818億美元,年復合增長率達到15.50%。其中,亞太地區(qū)尤其是中國,成為市場增長的重要推動力。
頭豹研究院綜合國家統(tǒng)計局、住建部數(shù)據(jù)預測的數(shù)據(jù)也顯示,截至2021年,中國的建筑機器人市場滲透率不足1%,但已開始進入市場化應用階段。預計到2025年,滲透率將達到10%,市場規(guī)模超過18億人民幣;到2030年,市場規(guī)模預計將超過113億元人民幣,滲透率可達50%;并且到2035年,市場規(guī)??赡苓_到224億元人民幣,滲透率超過80%,展現(xiàn)出快速增長的趨勢。
(數(shù)據(jù)來源:國家統(tǒng)計局、住房和城鄉(xiāng)建設部、頭豹研究院)
面對如此巨大的潛力,建筑機器人該先從哪個領域切入落地?
02涂料工程施工賽道得以領跑
實際上,建造施工這根“大棒骨”看似誘人,卻實在“難啃”,更會“牽一發(fā)而動全身”。
“建造施工從報批項目、墊層搭基坑、主體結構、屋面管網(wǎng)到交付驗收整個過程,可拆分為20個大類,總計261道工序,且涉及工序穿插與人員場景交互?!笔兰o金源旗下科技住宅公司騰云智繪總經(jīng)理徐俊杰表示。
當我們將261道工序?qū)浇ㄖC器人,就出現(xiàn)了測量機器人、砌磚機器人,劃線機器人、鋼筋綁扎機器人、地面整平機器人,以及涂料工程機器人等?!叭缃?,除了相對成熟的測量機器人,涂料工程施工機器人憑借標準化程度高、工況相對友好、作業(yè)面連續(xù)等優(yōu)勢率先從萌芽期轉(zhuǎn)入成長期,可以率先實現(xiàn)量產(chǎn)落地。”徐俊杰說。
為什么會這樣?先舉個“快進生”例子——移動機器人。該類機器人能夠在工業(yè)領域快速普及,得益于倉儲與產(chǎn)線空間是結構化的,只需每天在固定的場景,走固定的路線,執(zhí)行固定的動作,相對容易很多。
再舉個“后進生”例子——鋼筋綁扎機器人。如果從降本增效的角度看,高工資、高稀缺性的鋼筋工種絕對是“機器換人”的關鍵崗位。但目前,鋼筋機器人只能做一些簡單的綁扎,因為其無法在非結構化的工地里穿梭,替代鋼筋工人做最辛苦的環(huán)節(jié)——鋼筋搬運及布置。
由此,我們看到了建筑機器人普及路上的最大“攔路虎”——工地環(huán)境非結構化。
這其實是“兩難”邏輯。一方面,建筑行業(yè)仍處于半機械化階段,還沒有到自動化階段,遑論智能化。如果按理想情況,讓所有建筑機器人各就其位,發(fā)揮所長,至少要在自動化的環(huán)境下。
另一方面,自動化的前提卻是施工場景的結構化。如果要用自動化的方式去解決非結構化的場景,就必須要“智能”?!爸悄堋敝邪瑢γ嬷雍推渌系K物的識別感知,機器人自行判斷、決策與執(zhí)行。
但現(xiàn)在的“智能”可以在復雜、多變的工地里自由穿梭嗎?
至少,從目前的感知技術來看,還沒有達到在工地側(cè)大規(guī)模落地的程度。例如,當你想配合一些“地面”機器人工友,還要讓工人在施工前清理建筑垃圾,并改變工序穿插作業(yè)。
但如果我們改變思路,營造一個“偽結構化”場景呢?即,先放棄“障礙滿滿”的地面,將視線轉(zhuǎn)移到“空無一物”的墻面。
這便來到了涂料工程施工機器人的“天地”。一方面,噴涂工藝是制造業(yè)已經(jīng)跑通的工藝,精度很高。例如,在航空領域,整機噴涂90%的環(huán)節(jié)都采用了機器人噴涂。轉(zhuǎn)換到施工現(xiàn)場,即使稍有偏差,也不影響最終結果。
另一方面,相較其他場景,涂料工程靠近工程后期,現(xiàn)場工況較好、標準化程度高。在具體工作中,整體作業(yè)面連續(xù),適合大批量施工。例如,在對山墻面施工時,最大施工寬度可達十多米,一天可以完成一面高百米的大山墻噴涂,有效解決因墻面過寬而造成的接縫問題。
在細分場景上,噴涂作業(yè)聚焦公共建筑和商業(yè)建筑,作業(yè)面相對較大,樓層較高,機器換人能夠帶來顯著的效率提升。例如,每平方能夠降本20%以上,對于施工方來說,一個項目就可以回本。
場景需要容易落地,技術還要確實能發(fā)揮作用?!耙晕覀兺顿Y的豐坦機器人為例,他的機器人運用了三維點云和人工智能技術,可以將傳統(tǒng)工人的施工工藝數(shù)字化,并將其集成到機器人的工藝庫中。這一方面是個比較成熟的技術,另一方面還能實現(xiàn)在實際操作中的不斷迭代?!毙炜〗鼙硎?,此外,通過模塊化設計和自適應技術,這種類型的機器人還能夠有效應對工地現(xiàn)場的復雜環(huán)境,優(yōu)化替代傳統(tǒng)油漆工作,自主完成標準化的膩子和乳膠漆施工作業(yè)。
如今,政策助力也在持續(xù)加大。2023年,工業(yè)和信息化部等十七部門印發(fā)《“機器人+”應用行動實施方案》,提出重點研制測量、材料配送、鋼筋加工、混凝土澆筑、樓面墻面裝飾裝修、構部件安裝和焊接、機電安裝等機器人產(chǎn)品,深化機器人在建筑領域等場景應用。在《北京市機器人產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展行動方案(2023—2025年)》中,建筑領域也是專門強調(diào)的重點領域。
“機器換人”哨音一響,建筑機器人企業(yè)不是糾結“跑不跑”的問題,而是如何“拔得頭籌”。
03 場景是關鍵:技術需為產(chǎn)業(yè)服務
趨勢、品類均已確定,最先跑出的機器人“冠軍”將會花落誰家?
據(jù)統(tǒng)計,目前全球在研室內(nèi)噴涂機器人的企業(yè)已超過30家,其中已發(fā)布室內(nèi)噴涂機器人產(chǎn)品的企業(yè)超過20家,已公開的室內(nèi)噴涂機器人產(chǎn)品達到25款,超過半數(shù)的產(chǎn)品已商業(yè)化應用,少部分產(chǎn)品仍處于研發(fā)迭代。
由于人力成本與產(chǎn)業(yè)升級等因素,海外建筑機器人領域起步較早,初創(chuàng)企業(yè)中的“佼佼者”包括:以色列Okibo、美國Paintjet、以及美國Canvas等等。
以色列Okibo適用于油漆噴涂、干墻處理和墻面抹灰。除了精確地識別應用區(qū)域,預先規(guī)劃工作路徑,Okibo的“過人之處”是自主獨立——“上工”時,只需一名工人用控制板將Okibo引入房間,填充涂料,啟動并監(jiān)控輸出,無需手動編程或事先了解室內(nèi)結構。
Okibo的價值主張清晰而明顯:一臺機器人的成本比人工低50%,工作速度卻快10倍。雖然Okibo首批應用主要集中在噴漆、涂層和打磨,但其前景是廣闊的。
(以色列Okibo機器人)
美國Paintjet則是將模塊化機器人組件安裝到了“櫻桃采摘”升降機的籃子上。這種“末端執(zhí)行器”包括表面掃描攝像頭和噴霧器,每次可以噴涂一個50平方英尺的區(qū)域,和傳統(tǒng)應用相比,該工藝可以減少約25%的油漆使用量。今年1月,Paintjet獲得了1000萬美元的A輪融資。
(美國Paintjet機器人)
美國Canvas 機器人主要是進行干墻處理。Canvas可以自動識別墻板的接縫,噴涂密封膠,打磨,然后對整個表面進行涂漆,其“大臂”可以伸縮至15.5英尺,在高處完成絕大部分工作,并收集99.9%的打磨產(chǎn)生的灰塵。2023年,Canvas宣布與建筑材料制造商USG合作。
(美國Canvas 機器人)
相較于海外企業(yè),國產(chǎn)建筑機器人雖然探索較晚,但追趕速度卻很快,并在行業(yè)轉(zhuǎn)型壓力,以及國家政策的推動下,完成了初步的建筑機器人產(chǎn)業(yè)鏈。
其中,必須提及被譽為建筑機器人“黃埔軍校”的博智林。這家碧桂園集團的全資子公司,先后投入超百億人民幣用于研發(fā),培養(yǎng)了眾多“跨界人才”。其中一些優(yōu)秀代表,從博智林“畢業(yè)”后,也陸續(xù)成立了自己的機器人企業(yè),為國產(chǎn)機器人產(chǎn)業(yè)化提供“加速度”。
聚焦于涂料工程機器人這條賽道,初創(chuàng)企業(yè)更是“急先鋒”。玩家包括筑橙科技(深圳)、蔚建科技(上海)、豐坦機器人(深圳)、大方智能(深圳)、方石科技(蘇州)。此外,以博智林為代表的“綜合玩家”也開發(fā)了涂料工程產(chǎn)品。
CVSource數(shù)據(jù)顯示,2019年開始,專注涂料工程的機器人公司陸續(xù)創(chuàng)立。2021年以來,該賽道開始受到資本關注,發(fā)生數(shù)十起投融資事件。在已披露金額的5起融資事件中,其中3起金額上億,2起金額上千萬。進入2023年,賽道熱度攀升,例如“早期玩家”筑橙科技完成聯(lián)想創(chuàng)投等近億元A輪融資;2022年5月創(chuàng)立的豐坦機器人更是在一年內(nèi)連續(xù)完成兩輪融資,第一輪由昆仲資本投資,數(shù)額千萬級別;最新一輪由世紀金源進行了戰(zhàn)略投資。
(中國豐坦機器人)
據(jù)了解,豐坦機器人由建筑信息化上市公司高管創(chuàng)立,前中控、博智林、南江等機器人資深技術專家組成,擁有一支具有碩博學歷,兼具建筑、建筑信息化、機器人技術背景的專業(yè)團隊。核心團隊成員均在建筑信息化領域有15年以上從業(yè)經(jīng)驗。
公司創(chuàng)始人兼CEO李自可擁有近20年的建筑科技行業(yè)從業(yè)經(jīng)驗,曾任科創(chuàng)板建筑信息化某上市公司副總,具備豐富的產(chǎn)品運營與商業(yè)化推廣經(jīng)驗。其參與研發(fā)和商業(yè)化運營的施工安全計算軟件,目前在該領域市場占有率第一;主導規(guī)劃、研發(fā)組織、市場運營的BIM類軟件,目前是國內(nèi)BIM類軟件廠商中的頭部供應商。
憑借著深厚的行業(yè)經(jīng)驗,李自可觀察到,信息化產(chǎn)品作為管理工具和效率工具,為建筑行業(yè)管理人員在畫圖、計算、項目管理等方面的工作帶來了效率提升,但建造施工的過程中,仍然依賴大量勞動力,生產(chǎn)工具自動化程度低,生產(chǎn)效率以及成本和過去相比,并沒有發(fā)生明顯變化。
“經(jīng)過一系列前期調(diào)研和技術預研,我們以標準化大場景涂料施工為切口,率先推出了室內(nèi)涂料工程施工機器人,具備膩子噴涂、收刮、打磨、吸塵、乳膠漆噴涂等功能,覆蓋建筑物室內(nèi)涂料工程施工的全工序、全場景?!崩钭钥烧f。
如今,豐坦機器人已實現(xiàn)小規(guī)模量產(chǎn),手握數(shù)千萬訂單,并成功應用于全球多個項目,累積施工面積超50萬平方米。在國內(nèi),產(chǎn)品通過直銷和渠道合作銷售或租賃給各類公建和商業(yè)項目,在海外主要市場為新加坡和歐洲。在新加坡,豐坦團隊針對當?shù)厥┕すに囂攸c完成了產(chǎn)品定制和快速交付,成為首家通過本地化驗證的噴涂機器人供應商;同時,也開發(fā)了適合新加坡狹窄空間的小型多角度噴涂機器人。
以前沿技術為抓手,但更看重商業(yè)化落地,基于場景問題找解決方案,是建筑機器人能夠率先落地的關鍵。正如公司創(chuàng)始人兼CEO李自可所言,“極少有建筑行業(yè)這樣規(guī)模達30萬億的市場,所以建筑行業(yè)缺的不是技術和場景,而是解決問題的能力。”
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