段 瀚,陳琳欣,郭紅領(lǐng)

(1.清華大學(xué)建設(shè)管理系,北京 100084; 2.廣東博嘉拓建筑科技有限公司,廣東 佛山 528000;3.廣東博智林機器人有限公司,廣東 佛山 528000)

0 引言

近年來,國家發(fā)布多項指導(dǎo)意見,鼓勵和推廣建筑業(yè)與人工智能、數(shù)字技術(shù)等深度融合。2020年7月,住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布《關(guān)于推動智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導(dǎo)意見》,以建筑業(yè)高質(zhì)量發(fā)展為整體目標,以建筑工業(yè)化為載體,借助智能化、數(shù)字化技術(shù)手段,拓寬智能建造在施工生產(chǎn)環(huán)節(jié)的應(yīng)用。2023年2月,國務(wù)院印發(fā)《質(zhì)量強國建設(shè)綱要》,強調(diào)社會發(fā)展重心由量向質(zhì)的演進,鼓勵建筑業(yè)加大先進建造技術(shù)前瞻性研究力度和研發(fā)投入,同時通過先進建造設(shè)備和智能建造方式的推廣與應(yīng)用,提升建設(shè)工程質(zhì)量水平與安全性能。

與此同時,當(dāng)前新一代信息技術(shù)、材料技術(shù)、生物技術(shù)等科技發(fā)展,為機器人產(chǎn)業(yè)的升級換代注入強勁動力,機器人儼然成為建筑業(yè)智能化的重要抓手,具備十分重要的研究與應(yīng)用價值。2021年12月工業(yè)和信息化部等15個部委印發(fā)《“十四五”機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》,提出加強機器人核心技術(shù)攻關(guān),夯實產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ),增加高端產(chǎn)品供給,拓展應(yīng)用深度、廣度,優(yōu)化產(chǎn)業(yè)組織結(jié)構(gòu)等主要任務(wù),推動建筑機器人向中高端發(fā)展。2023年1月工業(yè)和信息化部等17個部門聯(lián)合發(fā)布《“機器人+”應(yīng)用行動實施方案》,旨在深化重點領(lǐng)域“機器人+”應(yīng)用,提出研制覆蓋建筑生產(chǎn)全周期的作業(yè)類、運輸類、安裝類等建筑機器人產(chǎn)品,并提高機器人對特殊自然條件、大型復(fù)雜場景的適應(yīng)性。

建筑機器人機械裝置由電器設(shè)備、電氣系統(tǒng)、電氣傳動控制裝置、末端系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)等組成,集成傳感、視覺、導(dǎo)航、作業(yè)控制系統(tǒng)、算法等技術(shù)實現(xiàn)自主作業(yè)(見圖1)。建筑機器人及相關(guān)技術(shù)的融合發(fā)展進一步推動了施工生產(chǎn)自動化與數(shù)字化,形成涵蓋設(shè)計、生產(chǎn)、管理、運維全周期的智能建造模式。建筑機器人+BIM技術(shù),隨著工程進展最終形成面向建筑生命周期的完整建筑信息模型[1],其通過將建筑全生命周期過程中產(chǎn)生的信息數(shù)字化,充分利用先進的數(shù)字技術(shù),從全行業(yè)角度進行變革創(chuàng)新[2]。BIM是一個包含建設(shè)項目物理特性與功能特性的數(shù)字模型[3],既能為建筑機器人提供準確施工路徑,也能有效規(guī)避施工流水間相互沖突。另外,建筑機器人多機聯(lián)動技術(shù)的發(fā)展也將進一步釋放生產(chǎn)力。以墻磚鋪貼作業(yè)為例,在工序移交階段,測量機器人借助視覺、傳感等技術(shù)對移交工作面空間數(shù)據(jù)進行復(fù)測,同步對深化設(shè)計進行二次修正,增強設(shè)計與生產(chǎn)環(huán)節(jié)間的協(xié)同,突出數(shù)字化設(shè)計與建筑物理狀態(tài)的實時交互性;同時,測量機器人可生成質(zhì)量熱力圖,并通過云端共享數(shù)據(jù),為打磨機器人的作業(yè)提供準確作業(yè)定位等參數(shù),有效提高打磨修補效率和質(zhì)量。建筑機器人本體技術(shù)及相關(guān)技術(shù)的成果與發(fā)展,不僅將傳統(tǒng)勞動力從危險、繁重體力勞動中解放出來,而且推動了產(chǎn)業(yè)鏈條數(shù)字化、自動化、智能化的轉(zhuǎn)變,優(yōu)化工程進度、成本、資源、安全的管理,以實現(xiàn)工程精細化管理[4]。

盡管我國建筑機器人的研發(fā)與應(yīng)用已取得一定成果,但在機器人深度應(yīng)用方面還存在諸多障礙。本文以墻面瓷磚鋪貼工程為例,通過分析傳統(tǒng)施工作業(yè)特點及問題,研究建筑機器人技術(shù)對傳統(tǒng)施工生產(chǎn)方式的優(yōu)化方式及相應(yīng)人機合作策略,為建筑機器人深度應(yīng)用提供參考。

1 墻面瓷磚鋪貼施工特點分析

1.1 組織特征

我國建筑業(yè)經(jīng)過長期發(fā)展,已形成木工、油工、瓦工等主要工種及工序分工。在較穩(wěn)定生產(chǎn)水平下,施工工序劃分相對固化,生產(chǎn)主體通常根據(jù)作業(yè)工藝、作業(yè)條件、管理難度等進行工序劃分。但這種粗放組織方式在一定程度上限制了分工的細化發(fā)展。

在住宅裝修領(lǐng)域,由于量價關(guān)系、施工管理等因素,墻磚與地磚鋪貼通常呈統(tǒng)一發(fā)包與承包的特征(見圖2)。首先,墻磚鋪貼相對于地磚鋪貼施工難度更大,因此其人工單價一般比地磚鋪貼作業(yè)高。出于對量價關(guān)系的考量,市場偏好將墻磚、地磚鋪貼工程進行統(tǒng)一發(fā)(承)包,以降低成本投入。其次,墻磚與地磚鋪貼具有較高互通性,統(tǒng)一承包、發(fā)包能降低生產(chǎn)各方管理難度,有利于提高各方溝通效率。因此,墻磚與地磚鋪貼長期以來在市場上一般呈現(xiàn)出整體性發(fā)包與承包組織特征,而這種組織特征也使墻磚鋪貼工序難以進一步細化。

圖2 傳統(tǒng)墻磚鋪貼所呈現(xiàn)的施工特點

1.2 生產(chǎn)特征

住宅建造涵蓋多個專業(yè)線條,主要包括土建、裝修與安裝3大板塊。工程參與方由于數(shù)量多且相互獨立,缺乏協(xié)作動力和機制,難以形成一致的價值目標,這導(dǎo)致跨專業(yè)間作業(yè)耦合程度低,質(zhì)量問題頻發(fā)并深度影響關(guān)聯(lián)專業(yè)作業(yè)的質(zhì)量、成本、進度,使更為高效的專業(yè)工序縱向流水缺乏形成條件。

土建與裝修間存在強相關(guān)關(guān)系,裝修作業(yè)質(zhì)量與進度受制于土建移交的基層質(zhì)量與時間節(jié)點(見圖2)。土建移交基層質(zhì)量問題往往影響裝修作業(yè)流水的形成與持續(xù)性,土建作業(yè)工期延長與整改也將影響裝修作業(yè)的計劃排程。首先,墻體垂平度、方正度不達標與基層空鼓是土建移交裝修階段的常見問題,通常導(dǎo)致后續(xù)裝修材料浪費并影響裝修觀感;其次,對土建質(zhì)量問題的整改需耗費額外時間及成本。因此,土建基層質(zhì)量及整改進度問題導(dǎo)致無法批量移交裝修,進一步導(dǎo)致流水作業(yè)面缺失。

1.3 場景特征

作業(yè)場景復(fù)雜性是施工生產(chǎn)的主要特征之一,主要體現(xiàn)在高生產(chǎn)難度及高環(huán)境動態(tài)性。各要素的無序流動削弱了管理體系對生產(chǎn)作業(yè)的控制力,限制了作業(yè)流水化發(fā)展。

在住宅建筑中,墻面瓷磚鋪貼的作業(yè)場景十分復(fù)雜(見圖2)。首先,其主要應(yīng)用于廚衛(wèi)等空間,用于阻斷水汽、油污等因子對墻面的腐蝕,此類型區(qū)域一般空間局促、水電氣線路復(fù)雜。同時,廚衛(wèi)狹小空間內(nèi)劃分有多個功能分區(qū),這導(dǎo)致作業(yè)面被分割為多個不規(guī)則作業(yè)面,進一步加大了墻磚鋪貼作業(yè)難度。其次,作業(yè)場景承載大量生產(chǎn)要素,且各要素相互獨立并自發(fā)展開作業(yè),其流動具有隨機性和不可控性。以人力要素為例,鋪貼作業(yè)涉及切、搬、拌、貼等多個工序,這導(dǎo)致在同一作業(yè)場景下有多人同時作業(yè),且作業(yè)人員往往按主觀即時判斷隨機切換作業(yè)面,以此提高個人作業(yè)效率。這極大地提高了工序間沖突概率,難以滿足流水生產(chǎn)對作業(yè)連續(xù)性的要求。

2 建筑機器人驅(qū)動的組織優(yōu)化

結(jié)合上述施工特點分析,建筑機器人的發(fā)展能賦能于串聯(lián)施工生產(chǎn)中的關(guān)鍵要素,穩(wěn)定施工生產(chǎn)質(zhì)量及打通項目管理數(shù)字化鏈接[5],推動施工生產(chǎn),實現(xiàn)數(shù)字化移交、流水化組織、標準化作業(yè)與網(wǎng)絡(luò)化管理(見圖3)。

圖3 基于建筑機器人發(fā)展的全局數(shù)字化

2.1 數(shù)字化移交

在土建移交裝修驗收階段,往往采取人工檢測基層質(zhì)量,但傳統(tǒng)人工檢測存在弊端,如檢測面遺漏率高、數(shù)據(jù)歸集無序等。對此,測量機器人的應(yīng)用能有效優(yōu)化上述問題。測量機器人運用AI測量算法處理技術(shù)和模擬人工測量規(guī)則完成實測實量任務(wù),保障測量范圍精準覆蓋。同時,其測量數(shù)據(jù)能實現(xiàn)云端即時上傳與儲存,并生成數(shù)據(jù)報表與進度及工效分析。測量機器人集成的建筑空間數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)平臺進行數(shù)字化處理,并為作業(yè)類建筑機器人提供精確的基礎(chǔ)信息參數(shù),為機器人自動化作業(yè)提供前置準備工作。進一步地,機器人驅(qū)動下的數(shù)字化移交推動形成建造過程各環(huán)節(jié)數(shù)字化鏈接,使建造全生命周期數(shù)據(jù)可追溯,有效保障復(fù)雜工程質(zhì)量水平及工序間作業(yè)面移交效率。

2.2 流水化組織

流水施工是指將工程在橫向劃分為若干個施工段,在縱向劃分成若干個施工層[6],按作業(yè)特點和施工目標組織有序鋪排作業(yè)次序。首先,建筑機器人的應(yīng)用使施工生產(chǎn)效率趨于穩(wěn)定,管理平臺可根據(jù)各款建筑機器人作業(yè)特點、工藝要求、材料特性等實施多機協(xié)同的流水組織,以及機器人端到端數(shù)字化鏈接。同時,項目全生命周期管理信息的數(shù)字化與可視化進一步推動科學(xué)策劃,支持合理制定和修正施工進度計劃、物料管理計劃、人員需求計劃等,形成可落地的智能化流水生產(chǎn)組織方案。流水化組織將繁雜的管理程序化,降低項目管理難度,提高管理精準度,推動管理效率有效提升。

2.3 標準化作業(yè)

標準化是通過細化、量化和優(yōu)化而設(shè)計成為標準化的作業(yè)程序[7]。操作者按標準化作業(yè)程序進行操作,管理人員按其檢查操作者對標準的執(zhí)行情況,從而可最大限度地避免異常情況發(fā)生[8]。建筑機器人程序化的任務(wù)獲取與執(zhí)行方式為建筑業(yè)標準化作業(yè)提供了基礎(chǔ),標準化作業(yè)成為推動產(chǎn)業(yè)升級的重要因素。一方面,建筑機器人標準化作業(yè)有效規(guī)避傳統(tǒng)人工個體因素對作業(yè)質(zhì)量的影響,包括作業(yè)經(jīng)驗、身體狀態(tài)、精神狀態(tài)等,一定程度上保障作業(yè)質(zhì)量的高水平與高穩(wěn)定性。另一方面,標準化作業(yè)經(jīng)過一定基數(shù)的實踐經(jīng)驗后,可通過回收作業(yè)執(zhí)行產(chǎn)生的數(shù)據(jù)建立模型供管理系統(tǒng)學(xué)習(xí)和進化,賦予管理系統(tǒng)深度學(xué)習(xí)功能,不斷修正作業(yè)標準,增強作業(yè)標準對復(fù)雜場景、復(fù)雜任務(wù)的適用性。

2.4 網(wǎng)絡(luò)化管理

隨著智能一體化施工模式的推廣應(yīng)用,工程管理逐漸形成橫縱一體化的網(wǎng)絡(luò)化管理,資源配置效率極大提升。首先,網(wǎng)絡(luò)化管理通過生產(chǎn)信息的實時共享打破固有組織壁壘,推動形成建設(shè)主體、生產(chǎn)主體與勞務(wù)主體實現(xiàn)橫向一體化,極大地提高橫向主體間協(xié)作效率與整體管理效率。另外,基于BIM模型及建筑機器人集成空間數(shù)據(jù),形成設(shè)計、生產(chǎn)、管理各環(huán)節(jié)的縱向一體化,能及時發(fā)現(xiàn)和處理生產(chǎn)過程中的異常情況,保障網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)高效運行。充分發(fā)揮BIM、互聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、云計算等技術(shù)優(yōu)勢,不斷推動生產(chǎn)模式和組織方式變革,網(wǎng)絡(luò)化管理成為智能一體化施工模式的重要管理手段。

3 分工細化與人機合作策略

馬克思唯物史觀認為,生產(chǎn)關(guān)系要與物質(zhì)生產(chǎn)力的一定發(fā)展階段相適合[9]。建筑機器人作為一種全新勞動力形態(tài),正在深刻改變著建筑業(yè)生產(chǎn)組織方式。但與傳統(tǒng)制造業(yè)不同的是,建筑業(yè)施工現(xiàn)場采用產(chǎn)品不動、設(shè)備移動的生產(chǎn)方式[10],且施工生產(chǎn)環(huán)境往往較復(fù)雜多變?；谠O(shè)計圖紙預(yù)設(shè)作業(yè)程序的建筑機器人無法預(yù)判作業(yè)場景中突發(fā)的、無序的變化因素,因此建筑機器人難以實現(xiàn)完全自動作業(yè)。這也意味著人與機器人間合作關(guān)系存在必要性[11],人機合作將在一定時間范圍內(nèi)成為建筑機器人應(yīng)用常態(tài)。同時,隨著建筑機器人應(yīng)用深化及其所形成的數(shù)字化技術(shù)推動,也會不斷優(yōu)化人機分工與組織模式。結(jié)合不同生產(chǎn)場景和環(huán)節(jié),人機合作策略可分為界面分工與人機協(xié)作、工序分工與人機協(xié)同、決策分工與人機融合等(見圖4)。

圖4 分工細化與人機合作策略

3.1 界面分工與人機協(xié)作

在單個工序作業(yè)中,作業(yè)面的合理劃分與要素組織是效率提升的關(guān)鍵。人機協(xié)作是保障效率較優(yōu)的合作策略,通過合理劃分作業(yè)界面并充分發(fā)揮各自作業(yè)優(yōu)勢實現(xiàn)綜合效率最優(yōu)。在此過程中,建筑機器人牽引下的數(shù)字技術(shù)可實現(xiàn)2個核心功能,推動形成高效的人機協(xié)作模式。首先,建筑機器人與BIM模型間的數(shù)字化鏈接推動設(shè)計深化,打破設(shè)計端與作業(yè)端的專業(yè)壁壘,全面呈現(xiàn)作業(yè)面結(jié)構(gòu)信息,有效保證界面分工精度。其次,建筑機器人主要以數(shù)字指令作為作業(yè)依據(jù),其作業(yè)狀態(tài)及質(zhì)量具有較高穩(wěn)定性,使作業(yè)過程更可控,很大程度上避免了傳統(tǒng)作業(yè)時多要素之間相互干擾。

3.2 工序分工與人機協(xié)同

單工序人機協(xié)作帶來的效率提升,為人機合作在更廣范圍、更深層次的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ),推動了人機協(xié)同的作業(yè)模式,形成了更加豐富多元的多工序穿插縱向流水。人機協(xié)同以組織優(yōu)化為核心目標,旨在通過合理的工序任務(wù)分配建立人機間協(xié)同關(guān)系,提升縱向流水組織效率。首先應(yīng)對傳統(tǒng)工序進行拆解與重組,形成基于人機合作的工序序列。其次,在空間與時間雙維度下對工序進行分配,保障流水連續(xù)性。在空間維度上,通過優(yōu)化路徑規(guī)劃以避免人機協(xié)同過程中發(fā)生更復(fù)雜的干擾;在時間維度上,通過強化計劃排程的合理性與實時動態(tài)性,使其既能滿足工藝規(guī)范要求,又可規(guī)避人機作業(yè)時間沖突或作業(yè)面閑置。

3.3 決策分工與人機融合

機器人本體技術(shù)與關(guān)聯(lián)技術(shù)和系統(tǒng)的深度聯(lián)合將進一步推動人機合作關(guān)系深化,逐步演進為人機融合的人機合作高階狀態(tài)。此狀態(tài)中,人和機器通過直接接觸或間接交互方式,共享、協(xié)調(diào)、分配、使用物理空間和信息空間的資源與信息[12],并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)決策分工,降低生產(chǎn)管理難度。一方面,人機交互的信息交換過程為機器人自主學(xué)習(xí)提供了大量人工經(jīng)驗與智慧,使建筑機器人獲得較強環(huán)境感知能力、學(xué)習(xí)能力,其可參與單任務(wù)下的簡單決策。另一方面,建筑機器人集成計算機技術(shù)、人工智能技術(shù)可獲得大量可靠數(shù)據(jù)信息并反饋至管理人員,協(xié)助人工對復(fù)雜的系統(tǒng)性問題進行分析與決策。

4 工程實踐

以廣州市ST項目一標段裝修工程作為案例,探討人機合作策略工程實踐。該工程總建筑面積為11 964.67m2,主要施工對象為23層住宅建筑。其墻磚鋪貼工序共投入11臺智能設(shè)備,包括6臺墻磚鋪貼機器人、2臺測量機器人、3臺打磨機器人,并融合BIM、調(diào)度系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)。

4.1 前置深化與作業(yè)劃分

為使墻面鋪貼工程中的傳統(tǒng)人工與建筑機器人可充分發(fā)揮各自作業(yè)優(yōu)勢,實現(xiàn)人機協(xié)作,ST項目首先采用BIM技術(shù)進行前置深化,在此基礎(chǔ)上結(jié)合人機作業(yè)特點劃分人機作業(yè)界面。同時,在三維模型中進行虛擬鋪貼作業(yè),明確準確作業(yè)量。以02戶型公衛(wèi)南向作業(yè)面為例,其鋪貼面積約為17m2,瓷磚規(guī)格為300mm×600mm,通過鋪貼模擬及設(shè)計優(yōu)化,明確該工作面共涉及55塊整磚及65塊切割磚鋪貼,并修正水電預(yù)留位、吊柜位置。完成前置深化后,結(jié)合作業(yè)面復(fù)雜程度、人機作業(yè)要求等對墻面進行界面劃分,綜合機器人與人力的最優(yōu)方式,將作業(yè)面中部成片的整磚鋪貼面劃分為機器人作業(yè)面,而將邊角位置、水電開孔位置、部件交接位置的零散切割磚鋪貼面劃分為人工作業(yè)面,如圖5所示。傳統(tǒng)人工作業(yè)模式下平均作業(yè)效率為15m2/d,需耗時1.13d完成該作業(yè)面。而經(jīng)過合理的人機界面劃分,墻磚鋪貼的人機協(xié)作綜合作業(yè)效率達到3～4m2/h,5h內(nèi)即可完成該作業(yè)面墻磚鋪貼任務(wù)。

圖5 界面劃分與人機協(xié)作

前置深化將平面設(shè)計轉(zhuǎn)化為精準的、具象的作業(yè)面,并模擬作業(yè)過程、計算具體作業(yè)量,明確單工序下人機協(xié)作作業(yè)目標。合理的作業(yè)界面劃分使人機能充分發(fā)揮自身作業(yè)優(yōu)勢,提高墻磚鋪貼作業(yè)標準化程度,同時降低勞動強度與作業(yè)難度,為墻磚、地磚鋪貼統(tǒng)一發(fā)包與承包形式的拆分和精細化管理提供現(xiàn)實依據(jù)。

4.2 組織優(yōu)化與任務(wù)分配

多工序下人機協(xié)同面臨更復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境,對組織優(yōu)化與人機任務(wù)分配提出了更高要求,以保障流水的連續(xù)性與效率。ST項目首先在土建移交階段采用測量機器人采集基層信息,然后生成質(zhì)量數(shù)據(jù)并聯(lián)動打磨機器人對指定位置進行不同深度的打磨作業(yè),使基層質(zhì)量最大限度地匹配墻磚鋪貼質(zhì)量及觀感要求。測量機器人與打磨機器人聯(lián)動作業(yè)形成的數(shù)字化移交,突破了土建基層質(zhì)量對后續(xù)裝修作業(yè)的制約,改變零星移交為每5層一移交。同時,機器人在2h續(xù)航作業(yè)中按固定工作節(jié)拍和預(yù)設(shè)的鋪貼角度、高度、力度進行墻磚鋪貼標準化作業(yè)。為延伸和放大機器人流水效率,ST項目對人機進行任務(wù)分配,將墻磚鋪貼工序拆解為前置準備→機器人整鋪貼→人工切割磚鋪貼的順次作業(yè)任務(wù)(見圖6)。

圖6 工序劃分與人機協(xié)同

重構(gòu)后的工序任務(wù)對人機協(xié)同方案提出了更高要求,需充分保證計劃排程的合理性,同時優(yōu)化人機空間路徑規(guī)劃。ST項目為2梯6戶高層建筑,每層分布有3種戶型,各戶型分配2臺墻磚鋪貼機器人進行交替作業(yè)以對沖機器人充電過程中產(chǎn)生的作業(yè)面空置;同時,各戶匹配2名工人進行切割磚鋪貼,每2名工人交替完成某一戶型的切割磚鋪貼。而在時間維度上,前置作業(yè)中刷涂界面劑后必須確保≥24h的靜置風(fēng)干,待作業(yè)面滿足鋪貼工藝要求后,鋪貼機器人方可進場作業(yè)。同時,為避免過多的人員流動干擾鋪貼機器人激光接收器正常運轉(zhuǎn),現(xiàn)場嚴格執(zhí)行機器退場人工進場的交替進退場模式,墻磚鋪貼效率大幅度提升。

以5層廚衛(wèi)墻磚鋪貼作業(yè)任務(wù)為例,鋪貼作業(yè)總面積為1 234.7m2,若按傳統(tǒng)作業(yè)模式,一般組織3人1組,共2組瓦工進行作業(yè),平均單人作業(yè)效率為15m2/d,鋪貼作業(yè)用時13.7d。另外,前置工作中,人工測量平均工期為1d,打磨修整工期根據(jù)基層質(zhì)量水平有所浮動,平均工期為3d,一般總工期為17.8d,而在人機協(xié)同模式下,首先采用2臺測量機器人和3臺打磨機器人進行前置作業(yè),同時劃分人機作業(yè)界面及作業(yè)任務(wù),測算出機器人作業(yè)面積為522.5m2,傳統(tǒng)人工作業(yè)面積為712.2m2,然后制訂和執(zhí)行人機穿插作業(yè)方案,共投入6臺鋪貼機器人及6名瓦工24h交替連續(xù)作業(yè),總工期為5d(見圖7)。以測量機器人與打磨機器人為核心的數(shù)字化移交打通了各工序間數(shù)字化鏈接,且標準化作業(yè)使各工序作業(yè)質(zhì)量趨于穩(wěn)定,削弱上一道工序質(zhì)量問題對下一道工序的制約。進一步,基于人機協(xié)同作業(yè)重構(gòu)工序任務(wù)以塑造范圍更廣、效率更高的流水作業(yè)。

圖7 人機協(xié)同與傳統(tǒng)人工作業(yè)效率對比

4.3 管理細化與人機交互

為克服復(fù)雜環(huán)境、多元管理主體對人機合作流水的干擾,ST項目在施工過程中采用多機調(diào)度系統(tǒng)與倉儲物流系統(tǒng)對接BIM建模系統(tǒng),形成融合機器人管理、任務(wù)分配與材料管理于一體的管理體系,并實現(xiàn)以機械控鍵及中控觸屏為介質(zhì)的人機交互。ST項目墻磚鋪貼工程首先通過BIM建模系統(tǒng)分析整體作業(yè)量,包括鋪貼數(shù)量及輔料用量,并利用倉儲物流系統(tǒng)生成物料采購、入庫、調(diào)度預(yù)案。其次,BIM系統(tǒng)能實時更新和反饋作業(yè)需求和設(shè)備需求,并動態(tài)修正物料需求,最后聯(lián)動多機調(diào)度系統(tǒng)下發(fā)工單。在此過程中,管理體系得以準確記錄人、材、機等調(diào)度及作業(yè)數(shù)據(jù),使綜合效率可預(yù)判、可控制、可追溯。同時,當(dāng)生產(chǎn)現(xiàn)場發(fā)生機器人無法自主處理的突發(fā)情況,可通過人機交互實現(xiàn)更具靈活性的人工監(jiān)督與干預(yù),保障了人機融合過程中的最優(yōu)狀態(tài)。人機交互本質(zhì)是信息的鏈接、處理與反饋,穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)信號是實現(xiàn)人機交互的必要條件。在ST項目生產(chǎn)運行中,由于網(wǎng)絡(luò)信號不穩(wěn)定、夜間 10:00 以后限速等情況導(dǎo)致多機調(diào)度系統(tǒng)、倉儲物流系統(tǒng)、人機交互程序中斷,一定程度上擾亂了作業(yè)計劃與流水實施。

5 結(jié)語

建筑機器人技術(shù)的進一步成熟,不僅會驅(qū)動施工生產(chǎn)組織關(guān)系的不斷優(yōu)化,更會不斷細化人機分工與合作。本研究通過對墻面瓷磚鋪貼工程的組織特征、生產(chǎn)特征與場景特征的梳理,明確了建筑機器人驅(qū)動的組織優(yōu)化內(nèi)容,以及人機協(xié)作、協(xié)同與融合等不同層級的合作策略。工程實踐表明,單純的由人或由機器人形成的實施技術(shù)路線均存在一定局限性,人機共存將長期存在,人機不同合作策略會隨著機器人的技術(shù)發(fā)展與建造端組織演進呈現(xiàn)出動態(tài)變化,而人機友好、交互的良性合作才能形成機器人深度應(yīng)用和智能建造發(fā)展的有力支撐。