郭喆 陸明 王祥（通訊作者）

1 同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院

2 上海一造建筑智能工程有限公司

隨著建筑產(chǎn)業(yè)勞動(dòng)人口拐點(diǎn)的到來(lái)，以及對(duì)于高效生產(chǎn)、精細(xì)化施工和安全作業(yè)等需求的逐漸提升，以建筑機(jī)器人為代表的裝備和工藝的變革也逐步成為我國(guó)建筑產(chǎn)業(yè)性能化、集約化和可持續(xù)化發(fā)展的有力抓手和重要支撐。隨著近年來(lái)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究領(lǐng)域的發(fā)展，一方面，預(yù)制化和裝配化的需求帶來(lái)了以工業(yè)機(jī)械臂為代表的機(jī)器人非在場(chǎng)（Off-site）預(yù)制加工技術(shù)的廣泛發(fā)展，同時(shí)由于機(jī)器人手臂和計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）加工技術(shù)受到預(yù)先定義的工作區(qū)域的限制，制約了它們可以操作的構(gòu)件大小，也因此限制了它們的工作范圍和可建造構(gòu)件的尺度[1]；另一方面，少數(shù)最新研究提供了一種利用移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)（On-site）裝配作業(yè)施工的新思路，通過(guò)傳感器技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)在設(shè)計(jì)和施工中的整合，現(xiàn)場(chǎng)建造技術(shù)不僅實(shí)現(xiàn)了效率提升，也通過(guò)機(jī)器建造與BIM等數(shù)字化設(shè)計(jì)建造流程的整合，有效地提高了現(xiàn)場(chǎng)施工中的精準(zhǔn)度和可控性[2]。

無(wú)人機(jī)（Unmanned Aerial Vehicle,UAV）作為當(dāng)今機(jī)器人領(lǐng)域快速發(fā)展的重要載體，也逐漸成為當(dāng)代現(xiàn)場(chǎng)建造技術(shù)研究中的重要對(duì)象。無(wú)人機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性不受邊界制約，使之在整個(gè)建造場(chǎng)地上工作成為可能，從而為建筑師實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)提供了一個(gè)新的技術(shù)框架[3]。而小型無(wú)人機(jī)的載重范圍、作業(yè)時(shí)長(zhǎng)等客觀約束，也帶來(lái)了對(duì)于相關(guān)建筑構(gòu)件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特殊要求。

本研究從無(wú)人機(jī)現(xiàn)場(chǎng)自主建造技術(shù)的角度出發(fā)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)性的無(wú)人機(jī)智能協(xié)同離散單元建造裝置的設(shè)計(jì)研究和建造試驗(yàn)分析，嘗試對(duì)以無(wú)人機(jī)為代表的現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)建造技術(shù)體系進(jìn)行初步探索，以期為相關(guān)研究的后續(xù)發(fā)展提供有意義的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。本研究依托同濟(jì)大學(xué)第九屆Digital FUTURES數(shù)字設(shè)計(jì)國(guó)際工作營(yíng)，提出并實(shí)現(xiàn)了一種適用于快速靈活建造的建筑形式原型，建立和完善了關(guān)于離散多面體結(jié)構(gòu)的形態(tài)設(shè)計(jì)方法、建造時(shí)序控制以及適合無(wú)人機(jī)的結(jié)構(gòu)細(xì)部、建構(gòu)策略等關(guān)鍵技術(shù)，最終完成了由18個(gè)菱形正十二面體的鋁板彎折構(gòu)件堆砌完成的高1.5m的建筑裝置。建造過(guò)程全部由兩架F450規(guī)格自組裝四旋翼無(wú)人機(jī)自動(dòng)化完成，從現(xiàn)場(chǎng)飛行準(zhǔn)備到砌筑成形共耗時(shí)5h，其工作流程和建造原型具有較強(qiáng)的拓展性，為大尺度離散結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)無(wú)人機(jī)裝配技術(shù)發(fā)展提供了有效的技術(shù)保障。

1 背景研究：移動(dòng)機(jī)器人與現(xiàn)場(chǎng)建造

20世紀(jì)80年代以來(lái)，建造技術(shù)中自動(dòng)化程度的大幅度提高帶來(lái)了大量機(jī)器設(shè)備在建筑工程中的應(yīng)用。數(shù)字建造以一種新的方式為建筑師提供了一種全新的建構(gòu)哲學(xué)：數(shù)字孿生技術(shù)的發(fā)展使建筑的設(shè)計(jì)規(guī)劃與最終實(shí)施更為緊密地結(jié)合為一體，一方面為大量數(shù)字計(jì)算性形態(tài)的建造提供了可能，另一方面也使建筑師可以更好地在設(shè)計(jì)中對(duì)諸如精度控制、建造時(shí)序、材料浪費(fèi)和人員安全等問題進(jìn)行優(yōu)化控制[4]。

1 基于移動(dòng)機(jī)器人的現(xiàn)場(chǎng)建造案例：ROCCO 砌磚機(jī)器人

2 基于移動(dòng)機(jī)器人的現(xiàn)場(chǎng)建造案例：BRONCO 砌磚機(jī)器人

3 基于移動(dòng)機(jī)器人的現(xiàn)場(chǎng)建造案例：DimRob 多功能現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器人

4 基于移動(dòng)機(jī)器人的現(xiàn)場(chǎng)建造案例：In-situ Fabricator 現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器人

5 無(wú)人機(jī)現(xiàn)場(chǎng)建造案例：無(wú)人機(jī)磁力連接構(gòu)件搬運(yùn)

6 無(wú)人機(jī)現(xiàn)場(chǎng)建造案例：雙無(wú)人機(jī)協(xié)同搬運(yùn)建造

7 無(wú)人機(jī)現(xiàn)場(chǎng)建造案例：無(wú)人機(jī)編隊(duì)砌筑

8 無(wú)人機(jī)現(xiàn)場(chǎng)建造案例：無(wú)人機(jī)離散單元構(gòu)件建構(gòu)

當(dāng)前數(shù)字建造技術(shù)的發(fā)展對(duì)建筑產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的廣泛影響更多地體現(xiàn)在非在場(chǎng)（Off-site）的數(shù)字預(yù)制化生產(chǎn)中。大量裝配式、機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展仍然表現(xiàn)在基于某些小型的、專業(yè)工藝的自動(dòng)化開發(fā)中，而與之相對(duì)的，機(jī)器在場(chǎng)的、整體自動(dòng)化裝配的現(xiàn)場(chǎng)建造技術(shù)則代表了一種全面的、綜合性的數(shù)字建造技術(shù)的發(fā)展方向。

移動(dòng)機(jī)器人作為現(xiàn)場(chǎng)建造技術(shù)的重要載體，在20世紀(jì)90年代初開始出現(xiàn)在一些實(shí)驗(yàn)性的現(xiàn)場(chǎng)建造研究項(xiàng)目中。作為傳統(tǒng)建造技術(shù)的自動(dòng)化升級(jí)和機(jī)器人實(shí)現(xiàn)，部分代替?zhèn)鹘y(tǒng)作業(yè)的移動(dòng)式機(jī)器人建造平臺(tái)在建造速度和效率等各方面展現(xiàn)出了優(yōu)勢(shì)。如歐洲早期的“ROCCO”和“BRONCO”移動(dòng)機(jī)器人建造研究項(xiàng)目[5，6]，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)砌筑工藝全過(guò)程自動(dòng)化的技術(shù)創(chuàng)新（圖1，2）。面對(duì)早期的現(xiàn)場(chǎng)建造移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)只針對(duì)傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)技術(shù)和非常嚴(yán)格的建造工藝流程等限制，以瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院“DimRob”（圖3）為代表的研究在20世紀(jì)初廣泛展開，通過(guò)移動(dòng)端和建造端的分離，利用可更換的機(jī)器人工具端來(lái)實(shí)現(xiàn)多種工藝的機(jī)器人集成[7]。近年來(lái)，移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)的現(xiàn)場(chǎng)建造更加關(guān)注于現(xiàn)場(chǎng)建造機(jī)器人的全自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)，以瑞士“In-situ Fabricator”等（圖4）為代表的移動(dòng)機(jī)器人建造項(xiàng)目從傳感器集成、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等角度展開廣泛研究[8]。

無(wú)人機(jī)作為當(dāng)前機(jī)器人領(lǐng)域的重要媒介之一，在傳統(tǒng)的移動(dòng)建造中大量應(yīng)用于復(fù)雜高危場(chǎng)地的材料構(gòu)件運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域，同時(shí)也主要依賴于操控飛行員的主動(dòng)控制，而近年來(lái)對(duì)于無(wú)人機(jī)自主建造的相關(guān)研究也在自動(dòng)化領(lǐng)域逐步展開。隨著無(wú)人機(jī)定位、控制和協(xié)同作業(yè)技術(shù)相關(guān)研究的逐步成熟，2011～2012年間，美國(guó)和瑞士相關(guān)團(tuán)隊(duì)相繼完成了以磁鐵為連接的簡(jiǎn)單梁柱系統(tǒng)的無(wú)人機(jī)建造（圖5）以及多無(wú)人機(jī)編隊(duì)協(xié)同完成的搬運(yùn)研究（圖6）[9，10]；2014年，以搬運(yùn)、砌筑為代表的無(wú)人機(jī)建造項(xiàng)目“The Flight Assembled Architecture Installation”（圖7）在瑞士完成，用4臺(tái)可不斷起落的無(wú)人機(jī)編隊(duì)以及1 500個(gè)定制的輕型泡沫磚完成了一個(gè)6m高的塔形自由形態(tài)結(jié)構(gòu)的建造[11]；2018年，比利時(shí)魯汶大學(xué)展開無(wú)人機(jī)在真實(shí)尺度建造中的實(shí)驗(yàn)性研究，提出了一種類樂高砌塊的整體建造策略[2]；同年，德國(guó)斯圖加特大學(xué)利用桿件建構(gòu)的多面體結(jié)構(gòu)，通過(guò)電誘導(dǎo)磁鐵吸附等連接技術(shù)，完成了一個(gè)可反復(fù)現(xiàn)場(chǎng)拆裝的無(wú)人機(jī)自主建造裝置（圖8）[12]。本研究在以上研究的基礎(chǔ)上，提出了一種適合建筑師使用的無(wú)人機(jī)建造策略和系統(tǒng)架構(gòu)，并以自由多面體剖分為例展示了相關(guān)無(wú)人機(jī)自主建構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)。

2 無(wú)人機(jī)自主建造的系統(tǒng)搭建

2.1 系統(tǒng)框架

無(wú)人機(jī)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制的復(fù)雜性遠(yuǎn)高于地面固定的機(jī)械臂數(shù)字建造系統(tǒng)，因此需要多終端、多傳感器的協(xié)同運(yùn)行。本項(xiàng)目將機(jī)器人路徑規(guī)劃平臺(tái)與機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)分離，除在數(shù)字建筑設(shè)計(jì)中常用的Grasshopper平臺(tái)之外，引入ROS開源系統(tǒng)（Robot Operating System）[13]，實(shí)現(xiàn)Windows和Linux操作系統(tǒng)之間的連接，通過(guò)建立ROS模塊和Grasshopper之間不同軟件平臺(tái)的通信與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法，搭建適用于無(wú)人機(jī)建造復(fù)雜場(chǎng)景的自主建造技術(shù)框架（圖9）。

完整的無(wú)人機(jī)自主建造系統(tǒng)由無(wú)人機(jī)空間位姿反饋和地面站軌跡規(guī)劃控制兩部分組成。在位姿控制部分利用無(wú)人機(jī)控制領(lǐng)域常用的開源PX4解決方案，利用機(jī)載的姿態(tài)傳感器（陀螺儀、加速度計(jì)）、磁力計(jì)、氣壓計(jì)和空速計(jì)等傳感器系統(tǒng)，綜合處理無(wú)人機(jī)實(shí)時(shí)的局部姿態(tài)信息。全局定位控制采用了基于光學(xué)紅外相機(jī)的動(dòng)作捕捉系統(tǒng)（項(xiàng)目運(yùn)用Nokov動(dòng)作捕捉系統(tǒng)），代替室外常用的GPS定位系統(tǒng)對(duì)無(wú)人機(jī)的實(shí)時(shí)位置進(jìn)行跟蹤，以滿足室內(nèi)無(wú)人機(jī)穩(wěn)定懸停的作業(yè)需求，同時(shí)將無(wú)人機(jī)坐標(biāo)信息傳回地面站計(jì)算機(jī)的可視化界面反饋。整套控制位姿反饋和控制系統(tǒng)以黑箱的方式為設(shè)計(jì)師現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的自主控制提供必要的基礎(chǔ)服務(wù)。

軌跡控制部分利用無(wú)人機(jī)搭載的基于樹莓派硬件的ROS系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)傳輸媒介，在Grasshopper平臺(tái)下開發(fā)了相關(guān)的可視化和通信插件，把軟件中規(guī)劃的建造路徑和投放點(diǎn)的時(shí)空數(shù)據(jù)傳輸給無(wú)人機(jī)，以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)控制（圖10）。

2.2 無(wú)人機(jī)構(gòu)造設(shè)計(jì)與調(diào)試

無(wú)人機(jī)運(yùn)動(dòng)的特殊性對(duì)無(wú)人機(jī)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)提出了基本的設(shè)計(jì)約束。由于無(wú)人機(jī)的飛行控制是一個(gè)全動(dòng)態(tài)的運(yùn)動(dòng)控制，在復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)建造環(huán)境中，傳感器精度、施工高度帶來(lái)的地面效應(yīng)和結(jié)構(gòu)工件的特性都會(huì)影響無(wú)人機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)，從而難以實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)的穩(wěn)定懸停。因此，無(wú)人機(jī)建造系統(tǒng)的首要設(shè)計(jì)問題是無(wú)人機(jī)構(gòu)造的改進(jìn)，以允許一定的誤差。在本研究中，無(wú)人機(jī)機(jī)架是在F450機(jī)架的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的，通過(guò)可調(diào)舵機(jī)驅(qū)動(dòng)下的可開合夾取工具，實(shí)現(xiàn)了2cm誤差范圍內(nèi)的可調(diào)節(jié)抓取工具端（圖11，12）。

9 無(wú)人機(jī)自主建造系統(tǒng)框架

10 復(fù)合平臺(tái)協(xié)同操作界面

11 自組裝無(wú)人機(jī)構(gòu)造

12 機(jī)械臂設(shè)計(jì)

13 無(wú)人機(jī)現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境搭建

2.3 現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境建立

本研究試驗(yàn)中的完整工作環(huán)境由一套紅外光學(xué)動(dòng)作捕捉系統(tǒng)、無(wú)人機(jī)起落架、送料口、充電器、安全網(wǎng)等（圖13）。裝置建造試驗(yàn)選在同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院地下一層展廳，展廳層高2.5m，試驗(yàn)區(qū)域面積約為5m×6m，共使用了8個(gè)紅外動(dòng)作捕捉相機(jī)組成定位系統(tǒng)。不過(guò)受實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地和設(shè)備數(shù)量制約，無(wú)人機(jī)實(shí)際工作區(qū)域?yàn)?.6m×2.4m×1.7m，8個(gè)紅外定位相機(jī)在限定區(qū)域內(nèi)均勻分布懸掛于展廳吊頂之下300cm處。

3 適用于無(wú)人機(jī)建造的離散建構(gòu)設(shè)計(jì)研究

3.1 空間鑲嵌整體形態(tài)設(shè)計(jì)

無(wú)人機(jī)的載重條件和供電條件限制了其在需要長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)的連續(xù)體建筑建造中的應(yīng)用范圍，因此在本研究中，無(wú)人機(jī)自主建造的結(jié)構(gòu)可能性被認(rèn)為是一種基于輕構(gòu)件體系和有效連接體系的離散結(jié)構(gòu)。研究從基本空間鑲嵌（Spatial Tessellations）的幾何學(xué)原則入手，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)多面體空間鑲嵌的幾何原則進(jìn)行了歸納（圖14），選取了形態(tài)較為復(fù)雜的菱形正十二面體作為基本建造單元進(jìn)行形態(tài)設(shè)計(jì)。

該多面體的空間連接拓?fù)湫螒B(tài)可能性較為復(fù)雜，同時(shí)能夠創(chuàng)造上下兩層在堆疊建造過(guò)程中形成的結(jié)構(gòu)凹口，從而為后續(xù)的砌體提供穩(wěn)固的受力支撐，為建造過(guò)程增加定位冗余度（圖15）。

幾何形態(tài)的基本設(shè)計(jì)原則通過(guò)多面體鑲嵌對(duì)于空間曲線和曲面的幾何擬合算法進(jìn)行運(yùn)算生成。利用簡(jiǎn)單的多代理算法，對(duì)多面體的組構(gòu)過(guò)程進(jìn)行相應(yīng)的模擬，從而可以對(duì)任意的空間曲線和曲面進(jìn)行帶有合理建構(gòu)次序的生成過(guò)程分析。該建構(gòu)方法綜合考慮了離散結(jié)構(gòu)的基本幾何組合模式以及建造過(guò)程種動(dòng)態(tài)的整體穩(wěn)定性問題，非常適用于無(wú)人機(jī)的空中作業(yè)特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)通過(guò)多種曲線和空間曲面的生形擬合后，最終選取螺旋面作為基準(zhǔn)曲面的構(gòu)造形式，圍繞中心軸依次錯(cuò)位向上堆疊形成最后的裝置形態(tài)（圖16）。

14 一些標(biāo)準(zhǔn)空間鑲嵌的多面體

16 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選型

3.2 離散單元設(shè)計(jì)

試驗(yàn)中的離散單元體用0.4mm鋁板激光切割制作，通過(guò)沿棱邊的彎折，利用直徑15mm、厚4mm的沉頭磁鐵加M3螺絲、螺母固定成型（圖17）。單元體之間的連接由對(duì)偶面上的四個(gè)沉頭磁鐵正負(fù)極相接（圖18），通過(guò)正負(fù)極的分布設(shè)計(jì)來(lái)有效地將建造過(guò)程中的容差控制問題和結(jié)構(gòu)體系的連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造問題進(jìn)行整合處理。無(wú)人機(jī)機(jī)載的砌塊在靠近目標(biāo)點(diǎn)的3cm范圍處會(huì)因磁力作用自動(dòng)完成快速定位，這一節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)有效彌補(bǔ)了無(wú)人機(jī)室內(nèi)定位精度的閾值問題。同時(shí)，為減輕砌塊重量并且保證結(jié)構(gòu)底部的穩(wěn)固性，共設(shè)計(jì)了4種表面菱形開洞尺寸，由下至上依次增大。頂面開洞根據(jù)機(jī)械臂夾取結(jié)構(gòu)的特征進(jìn)行了倒圓角操作的設(shè)計(jì)，以便無(wú)人機(jī)可以完成穩(wěn)定的抓取和投放。

4 無(wú)人機(jī)現(xiàn)場(chǎng)自主協(xié)同建造技術(shù)

軌跡規(guī)劃對(duì)于協(xié)調(diào)多臺(tái)無(wú)人機(jī)執(zhí)行砌筑任務(wù)至關(guān)重要。在本研究中，相應(yīng)的自主建造的路徑規(guī)劃部分獨(dú)立于飛行控制模塊，通過(guò)Grasshopper界面中的計(jì)算性設(shè)計(jì)，直接由設(shè)計(jì)師完成實(shí)時(shí)控制。

在此系統(tǒng)中，無(wú)人機(jī)的建造軌跡根據(jù)結(jié)構(gòu)體的生形規(guī)則自動(dòng)生成，可以滿足快速的造型修改需求。路徑軌跡分解為多個(gè)空間點(diǎn)坐標(biāo)，在Grasshopper可視化界面中計(jì)算完成。這些目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)以全局坐標(biāo)信息的格式，通過(guò)ROS平臺(tái)上的位姿控制模塊為無(wú)人機(jī)運(yùn)動(dòng)下達(dá)指令。在這一過(guò)程中通過(guò)Grasshopper運(yùn)算器的處理，空間點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為帶有時(shí)間戳的數(shù)組，包含無(wú)人機(jī)的空間坐標(biāo)信息和姿態(tài)角度信息，通過(guò)系統(tǒng)間的通訊實(shí)時(shí)地在飛行控制模塊中指導(dǎo)無(wú)人機(jī)運(yùn)動(dòng)的調(diào)整以及在可視化模塊中進(jìn)行對(duì)無(wú)人機(jī)的模擬展示。

由于無(wú)人機(jī)的運(yùn)動(dòng)是通過(guò)4個(gè)旋翼的電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，因此無(wú)人機(jī)在各個(gè)方向的飛行運(yùn)動(dòng)存在一定差異。由此，無(wú)人機(jī)建造的動(dòng)作路徑規(guī)劃既考慮了最終構(gòu)件的擺放位置，也考慮了最終擺放過(guò)程中運(yùn)動(dòng)控制的穩(wěn)定性。無(wú)人機(jī)從起降臺(tái)上夾取砌塊后接到起飛指令，在空中沿著既定的飛行軌跡抵達(dá)目標(biāo)投放點(diǎn)的垂直上空，之后在保證平面位置情況下以三段減速的方式完成下落過(guò)程，并且在目標(biāo)點(diǎn)位上空150cm位置保持短暫懸停，進(jìn)行放置動(dòng)作后返程。

由于實(shí)驗(yàn)空間的限定，若采用兩架飛機(jī)同時(shí)起飛的協(xié)同方式會(huì)因飛行中強(qiáng)烈的氣流干擾，造成無(wú)人機(jī)在自身穩(wěn)定定位調(diào)整過(guò)程中誤差不斷累計(jì)。在本研究的雙機(jī)協(xié)同策略中，兩架飛機(jī)的路徑規(guī)劃沿左右兩側(cè)分別布置，保證了路徑的相互避讓，其中一架完成砌筑作業(yè)后返回起落架關(guān)閉動(dòng)力系統(tǒng)，另一架同時(shí)啟動(dòng)飛行程序。如此交替的協(xié)同建造策略可以保證在一臺(tái)無(wú)人機(jī)更換電池期間另一臺(tái)可以不間斷建造，也可以保證一臺(tái)無(wú)人機(jī)在飛行中不會(huì)受到氣流干擾（圖19）。

17 砌塊展開示意圖

18 對(duì)偶面磁鐵正負(fù)極連接與構(gòu)造節(jié)點(diǎn)大樣

19 雙機(jī)協(xié)同交替飛行作業(yè)示意圖

20 無(wú)人機(jī)砌筑過(guò)程記錄

無(wú)人機(jī)在飛行過(guò)程中的實(shí)時(shí)位置和航向狀態(tài)會(huì)在軟件可視界面中顯示，此可視化信息結(jié)合地面站監(jiān)控的飛機(jī)位置數(shù)據(jù)，使建造的全過(guò)程信息得以保存和實(shí)時(shí)反饋。根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的砌筑順序等分析，相應(yīng)的建造擺放的飛行路徑被轉(zhuǎn)化成一系列的實(shí)時(shí)控制指令，最終實(shí)現(xiàn)了整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的無(wú)人機(jī)全過(guò)程自主砌筑（圖20）。

5 討論與總結(jié)

在以移動(dòng)機(jī)器人為代表的現(xiàn)場(chǎng)建造研究背景下，本項(xiàng)目建立了基于室內(nèi)動(dòng)作捕捉系統(tǒng)的適用于建筑學(xué)研究和試驗(yàn)的無(wú)人機(jī)自主建造實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)和可視化界面平臺(tái)，驗(yàn)證了無(wú)人機(jī)用于離散化結(jié)構(gòu)建造的能力，同時(shí)利用空間鑲嵌原則提出了適用于無(wú)人機(jī)砌筑的整體結(jié)構(gòu)形式和離散單元體形式，這一系列成果都為空中集群智能體自主建造提供了進(jìn)一步研究的思路和方法。

然而，該項(xiàng)目在無(wú)人機(jī)載重、續(xù)航以及用于標(biāo)準(zhǔn)建造場(chǎng)地的定位技術(shù)方面仍有一定局限，很難直接應(yīng)用于現(xiàn)有的真實(shí)建造尺度和場(chǎng)地。為了使空中建造在現(xiàn)實(shí)建造場(chǎng)景中得以實(shí)現(xiàn)，后續(xù)研究的方向?qū)⑻剿魅绾谓Y(jié)合飛行器在空間中靈活的可達(dá)性，以及相關(guān)傳感技術(shù)的整合與應(yīng)用，探索更加具有可應(yīng)用效益的無(wú)人機(jī)現(xiàn)場(chǎng)建構(gòu)方法。同時(shí)，還需研發(fā)新的材料系統(tǒng)和施工工藝，以解決無(wú)人機(jī)系統(tǒng)本身和環(huán)境干擾施加的限制，例如在有效減輕荷載的同時(shí)提高整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，同時(shí)保證離散結(jié)構(gòu)定位的精度等。最重要的是，通過(guò)整個(gè)跨學(xué)科的數(shù)字建造研究，我們也更加深刻地體會(huì)到，這項(xiàng)研究的成功注定意味著打破建筑師固有的工作模式，需要持續(xù)與多個(gè)學(xué)科的專業(yè)研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行密切合作。