效率是人工的5倍，砌墙机器人来了

源自丨中亿丰建设集团股份有限公司

砌筑机器人上岗建筑工地

苏州星光耀商住公寓楼项目（如图1所示）位于苏州市金阊新城虎池路与金筑街交汇处，总建筑面积16万㎡，由中亿丰建设集团负责施工。该项目由6座高层（21F）单体组成，除2号楼外，1号楼和3号～6号楼的内外墙体均采用蒸压加气混凝土（ALC）砌块现场砌筑（如图2所示），项目使用的砌块规格等级为A5.0B06级，总使用量约2.5万m3，砌筑施工人工费约580万元人民币。 

图1 苏州星光耀项目外观

图2 砌体砌筑前的室内场景

该项目2020年8月开始进入墙体砌筑施工阶段，高峰时3座楼同时进行砌筑作业，期间遇到较为严重的砌筑工短缺问题，砌筑工不但招募困难，而且年龄普遍偏大。据项目部统计，在岗的砌筑工年龄超过50岁的占比达到了65%以上，难以适应持续高强度抢工作业，从而造成施工工期严重滞后。为此中亿丰建设集团在星光耀项目开展砌筑机器人“On-site”砌筑应用试点，已破解砌筑作业人力短缺和工效低下的难题。

2020年10月，星光耀1号楼的在建楼层（16F～21F）开展了砌筑机器人“On-site”砌筑施工试点，并选择相邻的结构、体量完全一致，采取传统全人工砌筑的3号楼作为对比参照。试点工程砌体施工基本情况：1号楼和3号楼相同，单层砌体砌筑量约210m3，采用600mm*200mm*240mm规格、等级为A5.0B06的砂加气砌块，平均块重24～26kg。砌体结构主要为内部隔墙、窗台/空调围护和风井道、楼梯间围护。砌体施工时，按照构造要求以及根据规范留置构造柱、过梁、圈梁，每两皮设置通长拉结筋。

1、对比楼栋3号楼人工砌筑的情况

作为对比参照的3号楼采用人工砌筑，根据传统作业方法进行施工（如图3所示）组织和人员配备。由于工具原始（如图4所示），完全依靠砌工的体力劳动，因此体力消耗大，工效无法提升，质量情况也参差不齐。

图3 人工砌筑施工场景

图4 人工砌筑使用的原始工具

3号楼在工期紧迫、一再动员的情况下，人均日砌筑量也仅能达到3m3～3.5m3，该工作量相当于重物举升操作3t～3.5t，对于普遍高龄的从业人员，已接近体能极限。劳动力配置上，单层投入的砌筑队人员包括8名砌筑大工（负责粘合剂拌制和砌筑施工）和2名小工（负责材料搬运和卫生清理），单层砌筑工期约10天完成。

2、砌筑机器人“On-site”在1号楼的施工效果

试点楼栋1号楼投入一台MOBOT GT30型智能砌筑机器人，该型机器人完全针对建筑室内砌筑的应用场景特点进行设计，具备轻量化的可折叠机身设计，可方便地通过施工人货梯进入作业楼层和遂行垂直转运（如图5所示）。在施工组织上，采取砌筑机器人和砌筑大工混合编成，区分大小工作面进行分工协作，以充分发挥各自的优势和效能。

图5 砌筑机器人垂直转运

1号楼施工力量的具体编成：砌筑机器人1台（含操作手1名），砌筑大工4名，材料转运和卫生清理和3号楼一致，由2名小工负责。

4名砌筑大工中3人负责不利于机器人展开的小墙面砌筑，1人与机器人操作手合作，编成双人机组开展机器人作业（如图6、图7所示）。

图6 砌筑机器人班组施工场景

图7 砌筑机器人班组施工场景

机器人双人班组的分工：操作手（经过培训的产业工人），负责机器人操控和砌块上料；配合的砌筑大工主要负责批浆、安放拉结筋、过梁板等辅助性作业以及最后塞砌顶层砖。

施工组织方面，根据大小墙分工原则，由机器人班组负责承担最有利于发挥效能的大墙砌筑，该部分砌筑量约120m3，占比60%。MOBOT GT30型砌筑机器人由于在设计时考虑了真实工况下的可操作性和部署便捷性，具备环境耐受性高，移动展开部署简单等优势，更换作业面后的砌筑准备时间小于10min；加上其六轴运动机构完全根据室内砌筑的工作条件来设计，运动路径最优化，砌筑节拍达到3块/min，因此，班组日砌筑量超过了15m3，是人工砌筑速度的5倍。

同时，该型砌筑机器人在软件设计上具有智能排砖系统，可根据项目使用的砌块种类，砂浆种类以及各地构造柱留搓方案的不同，自动给出最佳砖块排列方案进行砌筑。其末端抓手装备了力矩传感器，可保证墙体砌筑质量（如图8所示）。

图8 机器人砌筑的成墙质量情况

1、应用成效

施工效能对比（见表1）：1号楼对比3号楼，在砌筑大工减少50%，整体砌筑质量明显提升的情况下，平均砌筑工期还节省了1天～2天。人员的劳动强度显著下降，持续施工作业能力得到提升。

表1：1号楼和3号楼施工效能对比表

2、推广价值

国内建筑砌体砌筑市场存在两个基本特点：一是体量巨大，各类砌体的砌筑施工量年均超过10亿m3，在ALC墙板材因为各种原因进展缓慢的情况下，人工现场砌筑在可见的将来仍会是一个巨大的刚需市场。二是业态原始，砌筑业的人力资源组织方式，包括人员招募与职业培训，施工组织形式和作业工具基本上都还停留在几十年前的状态，表现为用工时临时招募、师徒相授、手工作业拼体力。行业业态的原始必然导致行业生产的低效率，表现为较低的人均产值和庞大的用工人数（低效率下的劳动力密集型作业）。2018 年全国建筑业砌筑施工从业人员据估算大约600万，占当年建筑业5563 万从业总人数（国家统计局2019年7月31日发布）的10.7%，砌筑从业人员的人均建筑业名义产值比全行业平均数低 23%。在上述600万砌筑从业人员中，具备技能的砌筑大工人数约占50%，即 300 万。尽管在收入分配上，大工有较大的分配权重，但由于整体效率低下，相对于每天砌筑 3m3，举重量达 3000Kg 以上的带技能的重体力劳动，这样的劳动报酬已经不具备吸引力。因此，砌筑业从业人员大量流失，普遍高龄化以及砌筑单价的上行压力不断增强，近年来这些痛点已经非常明显。

所以，研发适合“On-site”室内砌筑这一工序场景的砌筑机器人或是自动化施工机械，推行机器人砌筑这一新工艺，对落后的传统手工作业方式进行新技术加持下的工艺变革，大幅减少砌筑劳动用工，提升行业施工效率，已势在必行。

经过试点项目的实践发现，使用智能砌筑机器人开展“On-site”砌筑施工不改变现有工序流程，对应用场景无特殊要求，可复制性强。

该项新技术的推广，不但可以显著提升砌筑施工的科技含量，减少劳动用工，有效应对有技能的砌筑大工日益减少的用工困境和行业痛点。同时机器人砌筑大大降低了劳动强度，效率的提升又带来工人收入的提升，岗位工作积极性的提升，有利于导入年轻一代产业工人。

面对逐年上升的人工成本，规模化推行以砌筑机器人为抓手的智能建造势在必行。中亿丰建设集团将在今后继续加大对于砌筑机器人和砌筑机器人“On-site”施工新技术的推广运用，丰富其应用场景，扩大市场覆盖率，以实现砌筑机器人应用的规模化、产业化。

砌筑机器人“On-site”技术适用于医院、学校、商业、办公等各类公建项目的非承重墙墙体室内砌筑施工，可使用目前国内各种主流砌块材料，材料适应范围广。此外，针对施工作业面可不预设条件，无需进行额外的施工准备，完全在实际施工技术条件下遂行砌筑作业，应用门槛低。

本案例采用的砌筑机器人MOBOT GT 30（如图9所示）是专门针对国内建筑室内砌筑场景和工序作业特点而进行研发的，可以在无预设的实际工况下开展人机协作施工。

图9 砌筑机器人MOBOT GT 30

MOBOT GT30型砌筑机器人的主要性能指标（见表2）及其技术特点：

1．场地适应性强。机身采取可折叠设计，方便通过建筑门洞，并利用施工人、货梯实施垂直转运，具备自动调平功能，作业时对地面平整度无要求；

2．环境耐受性高。采用了专门的防护设计，耐湿热变化、可耐施工现场的重度粉尘、砂浆污染、对电磁干扰和施工用电电压变化耐受性高；

3．砌块适用性强。专门针对砌体结构中的室内大砌块砌筑，可以满足单块重量30kg以下的各种尺寸砌块施工需求；

4．智能化程度高。该机采用六轴运动控制，搭载了专门研发的智能化砌筑控制系统和多种传感器，可灵活适应多种砌体构造要求下的砌筑作业。同时，对于砌块材料的尺寸偏差和砂浆粘结剂的流变情况具备良好的适应性。

表2：MOBOT GT30型砌筑机器人主要指标

截止目前，中砌智造的砌筑机器人“On-site”施工技术已在上海梅川一街坊、中信泰富高层商办楼、苏州博物馆西馆、苏州星光耀高层公寓楼、国家质量检测中心、苏州纳米实验室、中亿丰三期研发大楼等多个项目上开展了工程试点应用。在无预设的真实施工条件下，已完成砌体砌筑施工量约5000m3，且已全部通过检验验收。中亿丰建设集团在总结上述试点应用的经验基础上，正在制订相关的工法，下一步将加大对于砌筑机器人“On-site”施工技术的推广力度，完成砌筑机器人应用的产业化推广。

执笔人： 

中亿丰建设集团股份有限公司（李国建、柴勤）

审核专家：

袁烽（同济大学，建筑与城市规划学院副院长、教授）

宋晓刚（中国机械工业联合会，执行副会长、教授级高级工程师）