我国建筑机器人行业发展现状、问题及对策研究

 

引言         

     

建筑业是我国经济大盘的重要组成部分，自2013年以来，建筑业增加值在国内生产总值的占比一直在6%以上，2022年达到6.89%，是国民经济的支柱产业。智能建造是推动我国建筑业高质量发展的现实需求，是传统建筑业向信息化、数字化、智能化转型升级的关键着力点。建筑机器人作为一种新型生产要素，已成为推进智能建造的关键抓手。在国家、行业各项政策的指引下，得益于我国巨大的建筑市场体量与丰富的应用场景，国内已有众多创新创业主体进入建筑机器人领域。      

     

建筑机器人是指能够按照计算机设定的程序自动执行任务的施工设备，主要由控制部件、传感部件和机械部件3部分构成，按照施工用途可以分为多种机器人类型。部分发达国家自20世纪80年代起就对建筑机器人开展了一系列研究并取得了一定进展，例如，日本鹿岛建设公司研制了混凝土喷射机器人，美国斯坦福大学等科研院校对建筑机器人相关技术进行了研究，法国的科研院所重点聚焦建筑现场移动式机器人的相关技术攻关。在建筑业转型升级和政策引导的行业背景下，建筑机器人基于确保施工安全、提高施工效率和质量、助力绿色低碳和吸引年轻劳动力回流等方面的应用优势，具有良好的发展前景，但现阶段也面临技术不成熟、成本高、缺乏统一标准、相关法规不健全等在推广普及过程中亟需破解的难题和障碍。本研究在总结分析我国建筑机器人行业发展背景、应用优势和存在问题的基础上，尝试给出进一步推广建筑机器人的建议，以期为建筑机器人更好助力建筑业高质量发展提供政策支撑。      

     

我国建筑机器人行业发展背景      
     

     

2.1机器替人，大势所趋      

     

一方面，现阶段正由“增量时代”向“存量时代”过渡的建筑业目前仍属于劳动密集型行业，是目前数字化、智能化程度最低的产业领域之一。我国建筑领域机器人普及程度与国际水平相比差距较大，2020年我国每万名建筑工人使用的建筑机器人为108台，同比仅为新加坡的1/6。多数建筑相关企业仍处于“搬砖头、扎钢筋、浇混凝土”的人工粗放状态，生产效率相对偏低，且传统建筑业还面临安全事故频发、产品性能参差不齐、资源浪费巨大、环境污染严重等问题。另一方面，近年来，我国建筑工人数量持续下降，据中国建筑业协会发布的《2022年建筑业发展统计分析》，2022年，建筑业从业人数为5184.02万人，连续4年呈现从业人员流失趋势，且建筑工人老龄化趋势加重，年轻劳动力不愿从事建筑行业，用工成本持续上涨，且建筑工人工作临时性强、流动性大，这些问题严重影响了我国建筑行业的健康发展。因此，建筑行业亟需找到新的技术突破口，降本增效，实现可持续发展。在此背景下，建筑机器人技术的应用推广及相关智能建造体系的搭建便成为建筑业转型升级的最佳选择。      

     

2.2政策指引，水到渠成      

     

近年来，我国相继发布了一系列指导建筑机器人行业发展的政策文件，推动行业顶层设计不断完善、务实举措不断落地。2017年2月，国务院办公厅印发的《国务院办公厅关于促进建筑业持续健康发展的意见》，鼓励大力研发、制造和推广建筑机器人等智能建造设备。2019年9月，住房和城乡建设部印发的《关于完善质量保障体系提升建筑工程品质的指导意见》，提出要加大智能设备研发力度。2021年2月，住房和城乡建设部发布的《关于同意开展智能建造试点的函》，提出在全国设置7个项目开展智能建造试点工作，要求试点项目先行先试，尽快探索出一套可复制、可推广的智能建造发展模式及相关实施经验。2022年1月，住房和城乡建设部印发《“十四五”建筑业发展规划》，该规划中特别强调要加快建筑机器人的研发与应用。在住建部门持续出台建筑机器人产业扶持政策的同时，工信部等部门也将建筑机器人纳入政策支持范围。2022年4月，工信部等部门发布的《“十四五”机器人产业发展规划》指出，要面向建筑业需求，重点推进建筑机器人的研制及应用，随后于2023年1月印发的《“机器人+”应用行动实施方案》进一步细化了对建筑机器人的政策支持。      

     

建筑机器人的应用优势和推广过程中面临的挑战      

     

3.1建筑机器人的应用优势      

     

3.1.1建筑机器人比传统人工施工模式更安全      

     

传统人工施工模式下，主要存在两种安全风险。一方面是施工安全风险，根据国际劳工组织的数据，高达30%左右的工伤发生在建筑工地，建筑工人发生致命事故的几率是其他行业的4倍；另一方面，传统施工中很多施工工序对人体伤害特别大，比如腻子打磨、粉刷、管道喷油漆等。建筑机器人的普及可以极大避免以上两类安全风险。比如由博智林公司生产的外墙喷涂类机器人，可减少人工高空作业，有效避免高空作业安全隐患；室内装饰装修类机器人可以减少工人吸入粉尘及有害物质，降低施工人员患职业病风险。      

     

3.1.2建筑机器人可提高施工效率和工程质量      

     

在施工效率方面，机器人的输出效率相比传统人工方式更为稳定，标准化程度高，可有效避免人为施工引起的误差过大等问题，且不受传统施工人员体力限制；在工程质量方面，基于高精度激光识别系统的整体性控制，机器人施工精度更高，施工成型质量比传统人工方式高。以东方雨虹公司研发的热熔改性沥青防水卷材自动摊铺装备为例，它可以提高施工质量的稳定性，提升热量利用率，降低有害气体排放，有效避免因人为施工不到位而导致的防水系统可靠度降低、出现病害引发工程渗漏等问题。      

     

3.1.3建筑机器人省工省料，助力可持续发展      

     

一方面，建筑机器人可以实现更绿色低碳的建设过程。比如，多款建筑机器人在施工时可实现粉尘的有效收集，以达到无尘施工的效果，避免传统施工方式中扬尘给施工工人带来的尘肺病等危害。另一方面，建筑机器人通过供料控制程序提高材料利用率，避免了传统施工方式中建材使用不能精确控制而导致的施工材料浪费问题。据有关统计数据，在一座普通民用建筑的建造过程中，所用建筑材料的浪费率高达四成，若选用建筑机器人来替代传统建造模式，可在很大程度上减少建筑材料的浪费，还可能实现建筑材料的二次回收和再利用。      

     

3.1.4建筑机器人可显著改善劳动环境，吸引年轻劳动力回流建筑业      

     

《中国建筑劳务行业现状深度分析与未来前景调研报告》显示，我国建筑业30岁以上的劳务人员占比超80%，25-29岁的工人占比不到10%，24岁以下的劳务工人占比仅有3.89%，传统人工施工模式下的建筑业由于“危、繁、脏、重”的标签，在年轻劳动力市场中备受冷落。建筑机器人的引入可以显著改善劳动环境，让建筑工人更体面、舒适地工作，从而吸引年轻劳动力回流建筑行业，建筑工人不再是灰头土脸的泥瓦工、抹灰工，取而代之的是基于网络工作环境的建筑机器人操控人员、工地巡检人员等产业技师的新身份。      

     

3.2现阶段推广建筑机器人面临的挑战      

     

近年来，我国建筑业领域相关企业在智能建造产业链上下游频频发力，逐步将智能建造技术应用在大型复杂工程中。部分企业也积极投身建筑机器人的开发应用，已取得了一系列积极进展。例如，上海建工集团牵头进行开发研究的3D打印机器人被列入了2018年国家重点研发计划；河北建工集团联合河北工业大学研发了大尺寸大重量板材安装机器人；博智林公司研发了40余款建筑机器人，主要用于施工现场作业、二次结构以及装修工程。但总体来看，我国建筑机器人仍正处于产业化早期阶段，其蓬勃发展势头伴随着部分建筑行业参与者的疑虑，推广普及还面临较大挑战。      

     

3.2.1建筑机器人与工地复杂环境的适配性不足      

     

工地不断变化的环境要求建筑机器人能够适应动态、非结构化和复杂的施工现场以及不同的天气条件，但目前建筑机器人在环境感知、定位导航、路径规划、运动控制等方面尚存在一些技术难点，特别是在复杂的工艺场景知识库方面需要更高的适配性相关技术研发投入。      

     

3.2.2建筑机器人推广应用的成本较高      

     

一方面，部分建筑机器人产品设计之初对客户需求把握以及应用场景调研不足，导致产品试用阶段问题层出不穷，技术服务成本较高。另一方面，传统施工设备都是开箱即用的标品，其计价简单，租赁是比较成熟的商业模式，但机器人施工目前尚未达到开箱即用的标准，需要辅以专业操控人员或者进行专业培训，更难以独立完成作业，因此很难按照设备租赁或销售的模式推广，相较而言增加成本。      

     

3.2.3建筑机器人行业缺乏统一的技术标准      

     

一方面，缺乏标准化接口，不同厂商的机器人难以协作，导致不同参与方之间共享和整合数据资源存在障碍，难以有效提升决策效率和施工精度。另一方面，缺乏标准化的操作流程及相应的操作规范，难以把控施工质量和施工进度，致使项目存在潜在交付风险。此外，建筑产品的标准化与个性化之间的矛盾，也对建筑机器人的标准化进程有很大制约。      

     

3.2.4建筑机器人行业发展的相关保障机制不完善      

     

一方面，全国层面目前尚未出台针对建筑机器人行业的专门立法，只有《工业机器人行业规范管理实施办法》《工业机器人行业规范条件》等少数规范性文件，且欠缺执行力度，存在对建筑机器人相关知识产权保护不力等问题，不利于建筑机器人行业的市场化发展；另一方面，传统施工过程中发生的安全事故可依据侵权责任相关条文加以解决，按照劳动关系等法律关系性质不同划分最终的责任承担者，建筑机器人介入后，因缺乏相契合的法律条文，事故发生后责任人或许会选择将责任推卸到机器人身上，从而拒绝为其侵权行为“埋单”。      

     

进一步推广建筑机器人的政策建议      
     

     

4.1提升综合研发能力，加大应用推广力度      

     

一是加强对新型传感、人机交互以及智能控制等建筑机器人相关核心技术的研发支持，打造一系列性能优异的建筑机器人标志性技术成果。二是积极探索建立“政、产、学、研、用”一体化合作生态圈，以及构建产业联盟等多方协作和资源共享模式，降低机器人研发及推广应用的成本，优化企业研发布局，大幅提升企业综合研发能力，增强我国建筑机器人产业的核心竞争力。三是积极推进建筑机器人在生产、施工环节的替代应用，重点提升建筑机器人与工地复杂环境的适配性，让建筑工人早日告别“危、繁、脏、重”的传统建筑施工环境。梳理总结建筑机器人应用典型场景，设置产品分类推广目录，对于可显著提升施工效率和降低管理成本的，可鼓励社会资本参与项目推广。      

     

4.2统一数据接口标准，规范产品研发动作      

     

一是积极引导建筑机器人通用底盘、导航、避障算法等数据标准化以及多机器人协同调度数据接口的统一化，建立建筑机器人行业数据标准体系，编制数据接口标准，解决目前市面上多方研发接口不统一，研发成果泛用性差的问题。二是加速推动建筑机器人行业出台更多适用于建筑机器人施工、验收的标准与规范，更好地规范建筑机器人研发动作与产品属性。三是以“互联网+”的思路全面梳理建筑业务架构体系，搭建以BIM数字化技术为核心的建筑产业互联网平台，为建筑机器人提供路径导航、仿真模拟等基础条件模型。      

     

4.3健全制度保障体系，营造良好市场环境      

     

一是结合实际持续完善《工业机器人行业规范条件》等现有法规政策，尽快补充上位法律，加大有关法律法规的实施及其采信力度。二是支持建筑机器人行业相关第三方独立检测认证机构的建设，通过规范性、标准化的市场行为持续提升市场认可度和国际影响力。三是加强针对建筑机器人行业的知识产权保护，加大对相关侵权行为的整顿力度。四是加快构建“国家+行业”的多元化监管体系，完善建筑机器人的登记准入制度。五是强化相关基础设施及传感设备的安全管控，加强对相关重要数据资源的安全保障。      

     

4.4强化统筹协调推进，加大财税金融支持      

     

一是统筹行业管理、科技、财政、金融等部门的资源和力量，加强与用户部门政策协同，支持建筑机器人产业创新发展。二是鼓励地方相关主管部门制定针对性法规政策，协调解决建筑机器人产业重大问题。三是充分发挥行业协会、学会等组织机构的政企桥梁作用，加强建筑机器人产业动态监测，及时反馈规划实施过程中的问题并提出建议。四是创新完善投融资机制体系，发挥政府投资撬动作用，促进建筑机器人创新产品应用，落实好建筑机器人相关研发费用加计扣除等税费支持政策。五是坚持市场的主导地位，通过政府与建筑机器人产业关联社会资本合作（PPP）等多种形式，积极鼓励引导各类专业企业和社会资本参与。      

     

4.5深化国际交流，实现合作共赢      

     

一是支持高校、科研机构、企业、行业组织等开展技术、标准、人才培养等国际交流与合作。二是鼓励国外优质企业在我国设立建筑机器人相关技术的研发机构，同时支持国内企业加强国际技术合作。三是充分利用举办会展或论坛等合作平台的机会，推进我国的建筑机器人产品、技术以及解决方案“走出去”，加快国产建筑机器人在国际成熟场景落地。      

     

     

结语      

     

随着经济社会和科学技术的不断发展进步，人们对建筑物的安全和质量提出了越来越高的要求，这些需求普遍具有综合性、超前性、实用性等特点，必须通过智能建造技术及相关设备来实现。建筑机器人满足了现代社会对建筑物的新需求，在助力建筑行业转型升级，降低对人工操作依赖性，提高施工安全性、质量及效率，改善建筑行业施工环境及可持续发展等方面都具有重大意义，但在现阶段，建筑机器人的研发及推广存在较多难点。因此，相关部门需按照实际情况和建筑行业的发展趋势，加强对建筑机器人行业的政策扶持，助力建筑业高质量发展。         

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