香港住宅整体发展，香港大规模房屋发展实施自动化和机械化的潜力

香港住宅整体发展，香港大规模房屋发展实施自动化和机械化的潜力书接上文：今天在AMAZON搜了一下他的书（小伙伴们支持点豆豆，买书很贵啊），顺便把AMAZON关于他的介绍看了一下。笔记《免外墙脚手架机器人施工的唯一技术路线》笔记《日本预制建筑大规模工业化的演变和服务创新》在当时并没有深挖Thomas BOCK的背景，只是觉得他的论文质量比较高……由此可见我在分辨论文质量方面，已经达到一定的高度，哈哈哈

本文是香港建造业议会(CIC)委托慕尼黑技术大学建筑实现与机器人系主任的顾问项目，旨在评估目前的现场施工过程，并找出现有的瓶颈，探讨可通过实施机器人技术和自动化来改善的路线……这个报告的原文只有英文版，可以在CIC官方网站下载。

这份报告就如何在香港公营房屋建造业应用建筑机器人和自动化技术提供了深刻的见解。因此，对于未来香港和中国其他城市的建筑机器人和自动化的研究和发展是有价值的文献。

笔者认为，本文最大的作用是通过研究知名专家及机构的报告，了解做事的套路，避免走弯路……另外，看完以后也可以对博智林等国内建筑机器人做出一个正确的评价……

这个报告我也是今天看到，但在我以前的文章中，翻译了Thomas BOCK的两篇论文：

笔记《免外墙脚手架机器人施工的唯一技术路线》

笔记《日本预制建筑大规模工业化的演变和服务创新》

在当时并没有深挖Thomas BOCK的背景，只是觉得他的论文质量比较高……由此可见我在分辨论文质量方面，已经达到一定的高度，哈哈哈

今天在AMAZON搜了一下他的书（小伙伴们支持点豆豆，买书很贵啊），顺便把AMAZON关于他的介绍看了一下。

书接上文：

附录1:场景1潜在技术的预识别

(1)钢筋制作定位

a.现状很明显，工程现场需要的钢筋数量与混凝土使用量、结构设计效率程度和混凝土预制率成正比。与钢筋制作和定位相关的工作活动包括钢筋的切割、弯曲和绑扎，以及处理和将钢筋准确定位到最终位置，如在地板网格上，在模具或模板情况下。这种类型的工作是非常体力的，因为工人更有可能接触到各种天气条件和其他潜在的危险，因此，它将大大增加现场的健康安全相关的风险，而手工执行这样的任务。

b.建议应用自动化系统将潜在地降低上述风险，改善工作条件，提高与钢筋制造和定位相关的生产力和工作质量。针对这一特定任务开发的系统包括现场单个钢筋的弯曲/成形，以及现场将钢筋连接(绑扎)到大型钢筋单元和网格的系统。在香港的情况下，我们会推荐现场申请。与非现场加固生产工厂相比，现场使用的系统通常具有高流动性和紧凑性，以适应临时部署的目的。主要类别包括小型移动机器人，它们可以在各个楼层协助工人处理、定位和捆绑各种尺寸和重量的钢筋构件。此外，还有一个更大的固定系统用于后勤，交付和定位重量级的加强元素。

c.案例1:重钢筋定位机器人(大成公司)该机器人用于现场钢筋加工。它加快了钢筋的生产，节省了所需的人力。该系统不是完全自动化的，因为有几个步骤仍然需要手动完成。所需的手工工作包括切割和弯曲纵向钢筋和箍筋，以及铺设顶部纵向钢筋。然后机器人接管工作，如图0-1所示，直到钢筋制作完成，然后必须手动拾取钢筋。

机器人(尺寸:H 1.70 m L 8.50 m W 1.50 m)在纵筋上标记镫带的交叉点，将镫带放置在指定位置和间距，并用绑扎线固定。然后，该系统定位纵向钢筋的底部，并通过在箍筋上标记的位置绑扎金属丝来固定它们。然后，钢筋就可以人工取走了，可以放在预制模板中浇筑混凝土。与传统的开放式挂钩箍相比，该系统使用封闭式箍箍进行自动闪光对接焊接，以保持弯曲质量。机器人可以在其工作空间内加工多种钢筋尺寸(可加工的钢筋单位尺寸深度:0.30 0.50 m，长度:4.00 6.00 m，宽度:0.25 0.40 m)，每交叉约需要4秒进行绑扎。d.案例研究2:用于重钢筋定位的机器人(大成公司)当墙体、立柱或柱子等垂直构件被建造时，需要在它们的顶部添加钢筋，并在成型和浇筑混凝土之前进行连接。钢筋通常用连接套连接。在常规施工中，钢筋的定位和耦合过程都需要人工，都是对体力要求较高的工作。Kajima的垂直钢筋定位和连接机器人协助工人搬运和准确放置钢筋，以及安装/固定耦合套筒，如图0-2所示。它由一个移动履带式平台、一个机械手和一个末端执行器组成。机器人可以认为是一个协作机器人:机械手和末端执行器提供力辅助，由一个工人直观地引导。末端执行器既能固定钢筋，又能协助固定联轴器套筒。

(2)自动攀爬模板

a.现状按照惯例，模板采用木材和胶合板或防潮刨花板现场搭建。它的生产技术要求低，使用基本的手工工具，然而，它是耗时的大型结构，胶合板饰面有一个相对较短的寿命。另外，现场存放模板构件通常会占用大量空间。市场上也有许多类型的工程/预制模板。这种类型的模板是由带有金属框架(通常是钢或铝)的预制模块构建而成。这种类型模板的主要优点是;提高施工速度，钢模板安装和拆卸更容易和更快，钢模板不吸收混凝土中的水分，寿命周期成本更低。尽管该系统有很多优点，但不可否认，在进行常见的模板操作时，如支撑、压模/拆模、固化、清洗和维护，是非常耗费人力的，如图0-3所示。

b.拟议中的应用在世界上许多地区，建筑物的基本承重结构是由混凝土制成的。尽管经常有垂直或水平重复的混凝土结构构成混凝土建筑的结构基础，但使用现浇混凝土建造这些结构的过程是高度劳动密集型的，占了大量的整体建设成本，并且建立在(现场)定制或某种系统模板上。这种方法的另一种选择至少适用于高层建筑——Peri或Doka等现有供应商的高端系统模板(也称为自动或自攀爬模板)，它们配备了一些自动攀爬和模板定位过程的基本功能。这些系统的先进功能(如额外的传感器和激活器或先进的数字控制和通信能力)将使这些系统几乎完全自主的自我校准和爬升是20世纪80年代和90年代研究和开发活动的重点，但由于财政困难和其他挑战，未能达到产品级别的水平。

c.案例研究一:自动攀爬模板SKE Plus (Doka GmbH) Doka公司的SKE Plus系列自动攀爬模板，采用起重机独立的方式生产大型钢筋混凝土结构，如高层建筑的核心、桥墩、塔塔等。采用全液压设备，如图0-4和图0-5所示，大型平台组，如核心外部的所有平台，可以在一次起吊过程中安全起吊，而不会出现露天坠落危险位置。液压提升过程需要两个重要步骤。在第一步中，固定在结构上的攀爬鞋中的攀爬剖面被液压缸抬高到下一段。在第二步中，同样的圆柱体将攀爬支架沿攀爬剖面向上推。这种类型的攀爬模板非常通用，允许攀爬斜坡、半径和弯曲。SKE plus提供了多个工作平台，可在多个层次同时工作，如果需要，还可以完全封闭，以保护天气和噪音。

d.案例二:平台系统ACS P (Peri集团)ACS P是模板领域的国际领先公司之一，其平台系统ACS P是一种自攀爬系统，可以实现起重机独立、部分自动化的模板定位和重新定位，用于现场生产塔式结构，如图0-6 ~图0-8所示。作为一个单一的实体或分成不同的部分，该系统是由液压机构一层一层地向上推。该系统提供了不同级别的工作平台来并行工作活动。该系统足够坚固，允许提升和存储材料，如钢筋。如果需要，混凝土泵可以与系统集成并向上移动。ACS是一个模块化的系统模板套件，可以由Peri和客户定制为各种各样的塔结构。

(3)混凝土的分配和整理

a.现状预拌混凝土是工厂生产的建筑材料，在当地作为流动材料供应和运输，可以在施工现场浇筑和压实成任何想要的形状和大小。正如我们所知，混凝土是一种复杂的材料，由于它的保质期短，这是非常重要的，仔细考虑混凝土供应商和配送过程。一般情况下，混凝土供应商会根据承包商的指示，如交货时间、车与车之间的调度时间等，使用自己的卡车搅拌机将预拌好的混凝土运送到指定地点。然后将预拌混凝土泵入预拼装模板中。人工分配混凝土会成为操作的瓶颈，减慢工作和材料的整体流动。提高混凝土部门的资源效率是建筑行业一直以来的承诺重点。

b.拟建用途混凝土分配机器人用于将均匀质量的混凝土分配到大面积表面或模板系统上，从而部分或完全自动化高重复性和劳动密集型任务。速度机器人能够增加混凝土的分布也是一个重要的因素。工作区域的混凝土供应可以使用高性能混凝土供应泵有效地输送。高性能机器人的使用与高性能混凝土供应泵的使用是互补的。这类系统包括水平和垂直物流/供应系统，紧凑的移动混凝土配送和浇注系统，在单个楼层以及更大的固定系统。具体来说，混凝土分配和浇注系统以一种重复和准确的方式进行简单和预定义的(如摇摆)运动，从而能够均匀地分配混凝土。大多数系统将这些简单的重复动作自动化，工作区域需要通过人工干预进行整体指导，因此指示混合辅助系统，而不是完全自动化的解决方案。

c.案例研究1:水平混凝土配送机器人(竹中株式公司)该机器人被引入，用于提高各楼层混凝土配送的自动化程度。机器人的工作空间比较大，其工作半径可以覆盖其所在位置周围20米以上，如图0-9所示。它既可以固定在柱子上，也可以通过移动平台在网站上移动。机器人主体由一个可垂直升降(1 DOF)的机械手组成，由四个通过关节水平连接的部分(从而提供另一个4 DOF)和一个末端执行器组成，可以精确定位和摇摆软管，通过软管以一定的方式泵送混凝土。竹中表示，该系统能够减少所需人力约30%。机器人可以在自动模式和手动模式下操作。手动模式用于包含一系列障碍物的区域，使得末端执行器的正确定位困难。自动模式用于视野相对清晰、障碍物较大的区域。

案例二:现场混凝土物流系统(Konoike Construction Co.， Ltd.) Konoike的混凝土自动化配送系统，如图0-10和图0-11所示，是针对施工现场混凝土物流优化的解决方案。它特别适用于非常大或高层建筑工地，在这些地方混凝土泵很难使用。该系统由两台机器人起重机(配备编码器的标准起重机)、起重机的爬升机构、集成传感器和通信系统的混凝土吊装集装箱、混凝土供应基地等组成。混凝土供应基地可以被认为是一种夹具，它标准化了地面上的混凝土提升集装箱的进料和拾取位置。该结构将从混凝土货车向起重集装箱提供混凝土。预拌混凝土车及时、有序地向施工现场和机器人系统提供混凝土。因此，与机器人起重机系统一起开发的软件系统可以与供应链、实时现场监控系统以及编程和控制界面集成。

a.现状在各种建筑施工中，混凝土施工仍然是每个施工现场最常见也是最重要的工序之一。目前，大量的混凝土结构是现场浇筑的。然而，重要的是，具体工作是一种需要大量体力劳动的劳动密集型工作。因此，强烈希望实现混凝土地面工作的自动化和自动化，包括找平和找平操作。在混凝土地坪施工中，直接涂饰法(整体涂饰法)已被世界许多建筑行业所采用。一般来说，这种方法是由专业的工人按照工作程序来进行的。程序中每一步的圆满完成取决于相关工人的技能和经验。这就产生了三个主要问题:1)工人必须蹲着努力工作;2)成品混凝土地板的质量取决于工人的技术水平;3)由于熟练工人的日益短缺，整体质量(包括水平度)有下降的趋势，如图0-12所示。

b.建议应用自动化或机器人混凝土找平和压实系统能够确保均匀压实(从而保证混凝土质量)，如果与其他操作适当结合，可以提高混凝土施工的整体速度。混凝土找平和压实是施工现场经常需要进行的工作，并且与施工活动密切相关。混凝土找平是将浇筑或粗略分布的混凝土找平的过程，使其具有更密实和平面(但未完工)的混凝土层。它涉及大量的重复操作(例如，使用滑动阻尼器撇脂)。如果采用人工施工，则需要持续投入强大的体力，这限制了施工速度，使得传统的人工混凝土平整成为耗时耗资源的施工作业。这些操作的自动化与混凝土精加工操作类似，可以加快加工速度，提高劳动生产率，并保持整个表面高度均匀的质量。混凝土压实会将空气从混凝土中带走，并使混凝土混合料内部的颗粒压实，从而提高了密度，并加强了混凝土和钢筋之间的粘接弱点。这类系统在大多数情况下都是平整和压实混凝土。

c.案例研究1:地板压实系统(竹中公司)混凝土地板压实是一个关键工序，需要在浇筑后的有限时间内完成。因此，速度和功率是实现这一过程自动化或机器人化的两个重要因素。由Takenaka开发的混凝土地板压实系统，如图0-13所示，由一个主体组成，通过这个主体，两个板被激活，产生一个行走运动，允许机器人在之前浇筑的混凝土区域上移动。此外，两个板块会产生轻微的振动，从而对表面施加专门的压力。因此，机器人能够从混凝土中挤出水，压紧它，并促进硬化过程。在完成任务所需的人数、质量和时间方面，机器人是高效的。此外，该系统的效率随着待处理建筑面积的增加而增加。

d.案例2:移动混凝土地板整理机器人(清水公司)一般情况下，混凝土的浇筑、碾压、平整、整理都需要大量的人工操作，体力劳动十分繁重。Flat KN(见图0-14)由三组位于移动机器人平台周围的抹刀末端执行器、一个可以手动控制或远程操作的控制器系统和一个防碰撞装置组成。这些抹刀安装在每个可伸缩臂结构的末端。叶片对地板的压力可以根据待加工表面的硬度来调整。该系统配备了与机器人无线连接的便携式控制接口，操作者可以远程控制机器人的操作速度和方向。在紧急情况下，触摸传感器会引导机器避开障碍物，必要时自动关闭机器。清水表示，混凝土地板整理过程可以分为四个阶段，机器人系统可以使用不同类型的末端执行器进行:1)初级整理，2)第一次整理，3)第二次整理，4)最后整理。在初级整理阶段，拆卸抹刀刀片，并与用于平整和平整地面的调平盘交换。平滑任务在第一个修整阶段通过将平整盘切换回镘刀刀片进行。叶片旋转得越慢越好，以保护混凝土表面。在第二个精加工阶段，叶片调整到更快的速度，以完成平滑任务。在最后阶段，机器人检查表面，从而帮助评估所做工作的质量。Flat-KN的一个缺点是，由于其圆形形状，系统很难完成墙壁和地板之间的角和边缘，这些区域必须手工完成。

(5)物流供应

a.现状传统建筑工地的物流作业，特别是需要处理很多低水平部件的物流作业数量多、耗时长、体力活重。现场物流包括物料的识别、运输、储存和转移(从一个系统或机器到另一个)。物流作业至少遵循建筑工地的主要物流路线，通常明确定义的路径，物流系统与通常不同的材料的相互作用在许多情况下可以通过使用托盘和集装箱进行标准化。低效的物流和供应操作可能会导致施工进度的延迟，如图0-15所示。

b.拟议中的应用在日本建筑行业，现场物流流程的自动化正在成为建筑工地的标准事件。这趋势可启发香港建造业的现场物流及供应运作的发展。这是由于日本和香港的相似之处，比如缺乏现场存储空间，以及劳动力老龄化。这类系统包括用于物料垂直输送的自动化系统，允许在地面或单个楼层进行水平输送的系统，帮助转移托盘或物料的系统(例如，从电梯到移动平台)，以及自动化物料存储解决方案。水平输送材料的系统可以包括状态叉车式移动机器人平台，轨道引导地面或天花板安装系统，或更小的微型/迷你物流解决方案。在所有这些情况下，通过操作机器人沿着固定的、预先定义的路线与其他系统的标准化交互点，控制和导航的复杂性大大降低。单个系统的有效载荷能力范围从微型/迷你物流解决方案的约100公斤，到水平交付的几百公斤，再到垂直提升的几千公斤。操作速度位于40米/分钟和100米/分钟的范围内。

c.案例研究1:基于agv的现场物流系统(清水公司)该现场物流系统是为石膏板、配件、管道、通风组件和电气组件等建筑材料的交付而设计的。该系统由一个自动垂直施工升降机组成;一个自主移动小车;一种控制与调度系统;并标出固定的行车路线，如图0-16所示。

AGV采用了一个配备了叉车升降机构(容量为1300公斤)的移动平台，允许它装卸材料。它配备了机载电池电源(它可以在专门的充电地点充电，并可以自动移动)，并且只能沿着固定的、标记的轨迹移动，这大大降低了控制和传感器的复杂性(即，不需要复杂的导航传感器)。由于升降机和AGV的操作可以集成并同步，因此可以在一楼使用AGV自动化将物料从存储区域运送到升降机，然后运送到各个楼层，以及将物料从升降机运送到组装区域。垂直升降机允许AGV移动到上面装卸材料或托盘。因此，该系统能够完全自动化的物流在现场沿预定的物流路线。

d.案例研究2:自动化现场交付系统(Obayashi Corporation)该系统旨在降低交付成本，特别是提高高层建筑的效率。该系统由四个主要部分组成:1)自动搬运设备，2)自动导向叉车(AGF)， 3)自动仓储架，4)基于web的配送调度系统(WSS)。自动转移设备是一个中间系统(容量:200kgf)，可以将物料从垂直施工升降机卸到升降机前面的专用位置，AGF可以在那里取料，见图17。自动传送设备的动力不是使用车载电池，而是通过连接垂直升降机的电源的柔性电缆提供，从而将重量(800 kgf)降到最低。AGF的起重能力为1500 kgf，并具有紧凑的底盘，能够访问现场的所有区域。它通过电磁标记的固定轨迹运行，将电梯前面的专用装卸区域与楼层上AGF运行的其他区域(如自动存储架)连接起来。自动化仓储架是系统的一部分，它是一个智能仓库，可以与AGF进行直接、自动化的交互，如图0-17和图0-18所示。

AGF安装在地面层，可将自动储存架与自动转移设备/垂直升降机连接起来，从而自动将物料从仓库供应至需要物料的楼层。AGF安装在单独的楼层，可以自动将物料从电梯运送到物料加工或组装的区域。WSS由应用终端(TA)、web共享服务器(WS)和管理终端(TM)组成。TM的主要目的是数据收集/输入和交付调度。然后将这些数据上传到WS，以便人类工人和自动化设备可以访问这些信息。

(6)吊装和定位

a.现状使用起重机运输、抬高、平衡、放置物料的常规方式效率不高，经常会导致安全问题或物料损坏。起重机主要用于物流运输，即将物料搬运、放置在地面或需要的区域，如图0-19所示。然而，对于定位和对准操作，组件必须经常重新拿起并由另一个系统处理，因此物料流中断。当吊装预制混凝土等重构件时，现有的安装过程中暴露出许多挑战。

最初，墙体面板从现场料场卸下，或直接用塔吊从运输车上卸下，然后吊到工作楼层，在那里面板将安装到位。这个任务可能会有问题，因为塔吊一次只能举起一块面板。塔吊吊起面板时，输送车辆必须在现场保持稳定。这可能会导致两个潜在的问题，第一，塔机停机时间和第二现场拥塞。吊具摆动引起的墙板运动，会使墙板与钢结构构件之间的对准和连接极其困难。此外，在装配过程中墙板的损坏会大大增加工程成本和工期延误。

b.提出的应用机器人定位辅助装置和机器人起重机末端执行器改进了传统的系统和方法，并允许精确拾取和定位/校准操作。这类系统的范围从相对简单的机器人末端执行器(只允许故障安全运输和遥控释放组件)到更复杂的系统(允许粗定位柱或梁)，以及高度复杂的多自由度末端执行器(允许组件精确定位和定向)。一些特色系统的原型在试验和演示中也装备了小型、可控涡轮和陀螺仪，以试验更先进的位置/方向控制功能。所有具有特色的系统都可以作为常规起重机的末端执行器，也可以用于更先进的自动化物流或车架解决方案。最优的系统应该能够产生一个持续的工作流程，减少每个工作站的停机时间和必要的浪费，节省投资，减少费用，提高工程质量，加快整个施工过程。大型钢柱、钢梁的布置采用施工机器人自动卸扣，如图0-20所示。放置这些组件的传统方法需要人工连接和断开成员从起重机卸扣手动。这种方法既耗时又危险，尤其是在高处。自动卸扣系统可以实现这一过程的自动化和远程控制。该系统由一个主单元(包括一个集成的通信模块、一个控制单元和一个充电电池供电)和两个夹子组成，通过一个可控引脚，钢柱一旦进入所需位置就可以自动释放，如图0-21所示。它可以通过控制面板通过无线通信进行远程控制。该系统配有一个限位开关，可以检测卸扣销的锁定状态。

c.案例研究1:Auto-Claw(大林公司)Obayashi公司的Auto-Claw(见图0-22)是一种机器人末端执行器，可以连接到标准起重机和非机器人起重机上，从而增加了一些机器人的基本特性。自动爪允许起重机操作员以可控的方式拾取、安装和释放，特别是中型钢梁段。简化了钢梁段的定位/定向和精定位。Auto-Claw加快了施工过程，并提高了施工现场的安全性，因为它在定位过程中不需要工人进入柱和梁段。该系统的承载能力约为2吨。故障安全系统确保在突然断电的情况下，被提升的部分不会被意外释放。

d.案例二:Auto-Clamp(大林公司)

大林自动钳(见图0-23)的原理和技术与大林自动钳相同。然而，与自动爪相比，这种起重机末端执行器是为安装更重的元素，如大型钢柱而设计的。自动钳是一种机器人末端执行器，可以连接到标准和非机器人起重机，从而增加一些基本的机器人功能，以他们的性能。自动夹钳允许起重机操作员拿起和释放，特别是大的柱段，它简化了这些柱段的定位。Auto-Clamp可以加快施工过程，提高施工现场的安全性，因为它在定位过程中无需工人在立柱的顶端进行作业。该系统的承载能力大约是14吨。故障安全系统确保携带的部件不会在突然断电的情况下被意外释放。

(7)安装及材料处理

a.现状幕墙安装操作包括窗户、完整立面构件或建筑外墙的定位和调整。在现代建筑中，特别是在高层建筑中，立面元素与承重混凝土或钢结构主体分离，因此可以被认为是一种填充或平台系统。立面安装操作是一项复杂的操作，涉及到在难以到达的位置(例如，没有脚手架的高海拔地区)精确定位重型部件或元件。这涉及到伤害的风险(因此需要广泛的安全措施)和损坏昂贵的元素。此外，预制立面元素的定位和对齐要求精度低的误差公差。当使用传统的构造方法执行时，这是极其困难和耗时的，见图0-24。

b.建议应用自20世纪80年代以来，将大型建筑设计为重复类似立面元素的整体结构的趋势日益增长，这为自动化或机器人系统的发展提供了投资的主要动机。时至今日，幕墙安装系统一直是研发部门的热门话题，尤其是在高层建筑越来越普遍的亚洲公司，甚至在住宅建筑中也是如此。这类系统包括轻质的移动机器人，可用于在各个楼层安装立面组件和其他建筑元素。

c.案例研究1:元件安装机器人(鹿岛株式会社)立面元件的安装对于人类工人来说是一项艰巨而危险的任务。它需要处理沉重的面板，并小心地安装在正确的位置和位置。通常需要三到四名工人在建筑内部工作，并在建筑外部使用起重机将面板搬运到所需的楼层，直到工人完成安装过程。由Kajima设计的立面元素安装机器人使这个过程更容易、更便宜。它将建筑内部所需的工人数量减少到一到两名，并不再需要起重机来定位建筑外部的负载。该机器人设计紧凑，可移动，使用传统的现场施工电梯可以方便地将其运送到现场和所需的楼层。该机器人由一个可升降机械手的移动平台和一个可通过绞盘机构拾取、保持和降低立面面板的末端装置组成。这样，机器人就可以将元件提升到所需的位置，并精确地保持在该位置，直到工人将其固定到位，如图0-25所示。

d.案例2:混凝土面板安装机器人(鹿岛株式公司)鹿岛株式公司的立面混凝土面板安装机器人系统以鹿岛株式公司LH系列机器人为基础，配备了专门的末端执行器，用于相对较小的立面面板的拾取、运输和定位。机器人系统允许单个工人通过手动远程控制系统进行安装过程，如图0-26所示。

(8) Façade涂料和油漆，

外部整理应用现状façade的建筑油漆是一项具有挑战性的任务，即使有脚手架的帮助，仍然很难获得访问。特别是高层建筑的外墙，在施工和操作期间都很难油漆或重新油漆。按照惯例，工人必须被放置在一个摇摆的舞台上，以便工人在油漆、喷涂、嵌缝、密封条、清洁等工作时可以垂直移动;一般情况下，建筑物所有外部饰面如图0-27所示。由于摇摆的舞台将悬挂在外部façade的建筑，没有天气保护的工人，因此，在强风或下雨的条件下，高层建筑的外部工作任务变得更加困难。

b。提出了应用程序

外墙涂装机器人的发展是为了简化建筑外墙的涂装，尤其是高层建筑。外墙涂装机器人在保持质量稳定方面有一个特别的优势。它们通常有多个喷嘴在同步模式下工作。喷嘴通常也封装或安置在覆盖元件内，以防止油漆泄漏。通过对喷嘴、喷涂速度、喷涂压力的精确控制，实现连续喷涂质量的控制。喷漆机器人的另一个主要优点是工人不会接触有害的油漆物质。用于绘画的stcr使用不同的策略沿着立面移动，如悬挂的笼/贡多拉机构、轨道引导机构，以及通过真空或其他粘附技术沿立面移动的机构。因此，外墙涂装机器人主要用于高层建筑和大型商业建筑的大型外墙涂装。被粉刷的外墙一般要求为矩形，并且没有可能阻碍机器人操作的角或轮廓结构。此外，窗框的设计以及窗户覆盖的数量和面积都影响着幕墙涂装机器人的适用性和效率。

c.案例研究一:外墙喷漆机器人(大成公司)大成公司的外墙喷漆机器人(图0-28和图0-29)用于高层建筑外墙的自动化喷漆。该系统可以提高效率和准确性，并降低风险，因为在极端高度不需要人工劳动。该系统主要由三个部分组成;可移动的轨道引导机器人单元(沿立面垂直移动;速度:下降速度8米/分钟，上升速度16米/分钟)，配备一个水平移动实际的喘息末端执行器的机构，一个悬挂机器人单元的车顶单元(该单元还集成了一个控制室和存储喘息/涂层材料的油箱)，以及一个从车顶车厢将油漆运输到机器人单元的油漆供应组件。

机器人沿着之前融入建筑立面的导轨垂直移动。机器人的喷漆末端执行器被安置在一个专门的隔间内，这样就不会有多余的油漆溢出。末端执行器的八个旋转无气式喷枪精确高效地喷涂。油漆/涂层的厚度可以精确地控制和调整。一系列的传感器允许机器人精确地在立面元素(如窗户)周围作画。一名操作人员通过位于屋顶单元的控制室对系统进行监督。油漆/涂层材料由天台机组的储罐通过软管供应至主机组。每个垂直部分完成后，机器人通过屋顶单元(可以沿着屋顶水平移动)移动到下一个垂直部分。该机器人能够实现大约100平方米/小时的喷涂速度。

d.案例研究2:立面涂装机器人系统(鹿岛株式会社)与其他涂装机器人系统不同，该机器人系统不悬挂在建筑顶部;而是基于一种沿墙壁水平方向的龙门式运动结构，如图0-30所示。

该机器人系统能够给建筑物的大面积表面涂漆。由龙门式定位系统、有罩式喷涂室、放置于喷涂室内的机械手、涂料储存供应系统(安装在地面上，可将涂料/涂装材料泵送至喷涂室)、喷枪末端执行器等组成。龙门式定位系统允许实际的喷涂系统(安装在有盖的喷涂室中)以相对较高的速度移动到整个立面上。龙门式定位系统包括一个垂直桅杆(安装在临时安装的轨道之间，这些轨道固定在屋顶和建筑物地面上的移动机器人车厢之间)。桅杆可以由轨道引导，机动马车沿着墙水平移动。沿桅杆，画室可垂直移动。在喷涂室内，喷涂枪末端执行器由基于轨道系统的操作系统进行z向、x向和y向的前后、左右和上下运动。一旦通过龙门式定位系统定位，该系统可以覆盖4 1米的工作区域。当一个工作区域被完全处理时，系统被龙门式定位系统重新定位。工作过程总是从墙体顶部开始，重新定位喷涂室，直到完成一个垂直的墙体/面段。接着，下一个垂直(4米宽)墙体段被处理。传感器系统可以检测到墙壁上的不规则情况，从而允许该系统在含有窗户或其他设计特征的墙壁上作画。该系统能够进行涂层/喷漆，处理率高达200平方米/小时，特殊纹理喷涂，处理率高达100平方米/小时。

(9)外骨骼

a.现状人工处理重负荷是建筑行业的常见做法。然而，由于许多发达国家的人口结构变化，越来越少的年轻工人愿意从事繁重的体力工作。此外，搬运重物可能会造成人身伤害，甚至致命意外。受影响的建筑工人要求赔偿，可能会导致公司破产或破产。

外骨骼(exoskeleton)、可穿戴机器人(wearable robots)以及其他辅助、合作的机器人和设备，通过人类与机器人系统或设备的直接合作，将人类的灵活性和智能与机器和机器人的力量、速度、精度和耐力相结合。这种方法一方面可以规避与其他类型机器人相关的许多挑战(例如，不需要完全自动化或复杂的运动或导航策略，因此肯定比类人机器人更容易开发和实现)，另一方面在所需的生物传感器、人类机器人交互和控制算法方面带来了新的挑战。包含整个人体的全身外骨骼是最强大也是最复杂的可穿戴机器人形式。特别是为了制造或建造的目的，这种外骨骼可能配备额外的处理装置或小型起重机。

c.案例1:处理重钢元素的外骨骼(大宇造船海洋工程[DSME]) DSME的外骨骼由碳、铝、钢制成，重达28公斤，具有完全自我支撑的功能，也就是说，穿上工作服的工人可以摆脱外骨骼本身的重量。它由液压和电动激活器驱动，使外骨骼的起重能力达到30公斤(这超出了人类工人必须处理的范围)。此外，外骨骼可以配备各种特定任务的附加框架，将外骨骼变成用于材料处理的微型起重机，见图0-31。在外骨骼的后面安装了一个电池组，允许多达3小时的操作时间。该公司的目标是提高外骨骼的能力，使其在未来能够承担超过100公斤的负载。该外骨骼虽然是在造船领域开发的，但很有可能在大宇建设(E&C)等其他部门使用。在拥有多个产业部门的日本和韩国，造船部门开发的焊接机器人后来被转移到建设部门，这是很常见的现象。

d.案例研究2:Fortis Exoskeleton(洛克希德·马丁公司)Fortis是一种相对简单、无动力(不含主动电机)、轻量级的外骨骼。其思路是，重型手持施工设备或末端执行器(如焊接工具、喷砂器和磨具)可以固定在从外骨骼延伸出的附加机械臂上，见图0-32。这种机械臂可以方便地将这些设备或末端执行器固定在特定位置，并通过外骨骼将它们的负载转移到地面上。此外，外骨骼背面的一个设备允许添加平衡重量，这使得平衡固定在延伸臂上的工具的重量成为可能。因此，工人们可以更久地忍受某些姿势而不感到疲劳，而且通常尴尬的姿势也变得符合人体工程学。洛克希德·马丁公司认为，FORTIS外骨骼是一种过渡装置，可以向具有主动马达的更先进外骨骼过渡。虽然该设备尚未上市，但这种外骨骼(因为它不包含主动马达或传感器)很可能会以远低于市场上其他外骨骼的价格上市。

附录2:场景2潜在技术的预识别

(1)现场移动工厂

a.建议应用现场移动工厂可以快速部署到施工现场，一旦施工项目完成，移动工厂将由卡车运送到下一个施工现场。现场工厂可用于生产预制混凝土构件，如预制楼梯、地板和墙体构件。移动式现场工厂的优点包括:建筑构件的生产距离建筑现场较近，生产即时，对空间的要求有限，初始投资成本低，机动性高，拆装成本低，工艺简单，操作简单，可靠性高。

b.案例研究1:MBM移动电池模具Weckenmann Anlagentechnik公司开发的这一新产品可以在建筑工地附近生产平面预制混凝土部件。21世纪的挑战包括全球人口的快速增长和日益城市化。这就要求以更快的速度建造越来越多的大型住宅小区。用于建设新住宅区或整个城市的大型建筑工地是临时性的，一般不允许在工地附近设立常规的固定预制混凝土工厂。中心预制工厂的运输路线往往很长，因此太不经济。此外，运输路线长，风险更大，货物可能损坏或交通问题可能导致交货延误。一些国家也没有必要的基础设施和运输能力。固定的混凝土工厂还需要大量的投资，而且往往由于缺乏资金而无法实现。对于来自Weckenmann的开发者来说，这些需求构成了移动电池模具构建和开发的基础，如图0-33所示。这种移动电池模具的使用允许以现场工厂的形式垂直生产平面预制混凝土部件。

成组立模作为预制混凝土构件生产中的固定形式有以下主要优点:

•简单易用的制造工艺，

•墙壁和楼板的混凝土表面有一个两面光滑的成品表面，

•紧凑的设计，从而更高的产量和较小的占地面积要求，

•通过高效的压实装置，对混凝土的质量变化不敏感，

•能源高效，通过最佳使用水化热固化过程和能力加热模具。

成组立模基本由:

•中间部分固定，

•两个电动马达驱动的活动外部模具

•几个(通常为18个单位)移动的中间形式

•垂直侧面模具和水平底部模具取决于元件的厚度

•用于混凝土压实的电动振动器集成在模架中，并由变频器驱动，实现无级变速调节

•加热线圈，也安排在模具内，以快速固化混凝土

•一个液压动力单元和两个液压缸的关闭模具

该技术方案设想将成组立模以半挂车的形式建立在特殊车辆上，这种车辆可以用标准的牵引车移动。专用车辆用于运输沉重的中、外模具。这些核心元件的电池模具和其他工厂部件，如控制，加热和液压单元是固定安装在特殊车辆。额外的工作平台以及中间部件和其他小型设备部件将用常规车辆从一个地点运到另一个地点。除了移动模具外，还需要一个合适的起重装置。这个起重装置需要安装模具，但它也必须承担所有必要的负载移动在运行的生产过程中。这些任务既可以由龙门吊来完成，也可以由传统的旋转塔吊或移动式起重机来完成。龙门吊需要一条车道，它可以基于条形基础或可移动的基础梁。在特殊车辆上有一个油或气操作的加热装置，如果需要，可为电池模具提供热水。吊车路上的移动帐篷可以保护电池模具免受极端天气条件(雨或热)的影响。安装和拆卸大约需要5名合格的工作人员，时间不长，具体视现场情况而定，如图0-34所示。

(2)垂直输送系统

a.拟议应用本文描述的输送系统类型通常是基于桅杆的，通常位于建筑物的façade外部，提供从存储空间到工作楼层的垂直物料运输。一般来说，垂直输送系统将与提升机和其他物流系统一起使用。垂直输送可以减轻现有塔吊的工作负荷，使塔吊集中精力处理其他施工任务。

b.案例研究1:自动化施工升降机(大林公司)这种自动化的垂直物流解决方案可以在施工现场作为一个单独的系统使用，也可以与其他STCRs(如机器人叉车、自动导向车辆(agv)等)结合使用，在现场形成一个更大的物料供应解决方案，如图0-35所示。

大林公司还在其自动化/机器人现场工厂中使用了该系统。该系统由两个桅杆组成，允许升降后勤舱。导向桅杆固定在地面上，也固定在建筑物的一定高度上。该系统允许供应大、小材料(如柱、梁)和建筑设备(包括其他stcr)。物流仓是将从仓储区或通过叉车、起重机或人工搬运的物料装载在地面上。随后，物流舱将组件提升到所需的楼层，在那里可以卸货。如果需要，两个或多个系统可以并行操作，以保证不间断的物料供应。

c.案例研究2:自动垂直送料升降机(Kajima Corporation)为了在施工现场安排货物的垂直运输，不需要塔吊，开发了自动垂直送料升降机系统，如图0-36所示。它的设置是为了提供建筑材料、工具和其他元素的连续流动。该系统由一组安装在建筑外部的轨道组成，物流单元在其上进行垂直操作。物流单元允许人们从上面取标准化的集装箱和隔间(放在它下面或直接从货运卡车或叉车上)。然后，它将这些容器送到需要材料的地板上，并通过一个悬臂式、可伸缩的转移机构转移到地板上的交付模板上。该系统可用于改造和建筑拆卸/解构项目。

(3)楼板、梁、柱定位搬运系统

a.拟议应用这类定位系统通常被用作天空工厂的综合系统。该系统是相对简单的机器人末端执行器，只允许故障安全运输和远程控制的组件释放到更复杂的系统，允许地板元件、柱或梁的粗略定位，到高度复杂的多自由度末端执行器，允许组件的精确定位和定向。这里的特色系统可以作为常规起重机的末端执行器，或作为将要竖立的建筑物顶部的门式起重机的功能。最优的系统应该能够产生一个持续的工作流程，可采用的，协作的，减少停机时间在每个工作站和必要的浪费，节省投资，减少费用，提高工程质量和加快整个建设过程。

b.案例研究1:Big Canopy机器人末端执行器(大林公司)这款机器人末端执行器(见图0-37和图0-38)是由大林公司为其自动化/机器人现场工厂Big Canopy开发的，在概念和嵌入式技术上类似于Auto-Claw和Auto-Clamp。与Auto-Claw和Auto-Clamp相比，这个机器人末端执行器是专门为处理各种类型的预制混凝土构件而设计的。与前面提到的其他系统类似，该系统由机器人末端器组成，可以在标准和非机器人起重机的大顶棚内使用，从而为它们的性能增加一些基本的机器人功能。该系统允许起重机操作员拾取、定位、定位和释放混凝土构件。

c.案例二:机械手起重机末端执行器Mighty Jack(清水公司)机械手起重机末端执行器Mighty Jack(清水公司)是一种用于放置中型钢梁的钢梁定位机械手，如图0-39所示。它的尺寸为L 6.70 7.80米，W 1.00米，H 1.40米，重量1800公斤，悬挂载荷1500公斤。该末端执行器可以安装在传统的和先进的自动化起重机、提升机构或顶置机械手(OMs)上，从而提高组装过程的周期时间和安全性。末端执行器(由液压激活器激活)在其末端包含两个夹具，使其可以固定在两柱之间，一个提升机构来处理(包括提升和降低)放置的钢梁，以及一个伸缩机构，使其可以调整到柱之间的各种距离。系统被提升到合适的位置(已经支撑着要放置的梁)，例如，由塔吊。末端执行器末端的两个夹具允许系统连接到已经建立的钢结构段的柱上，使用它们作为梁定位的参考框架，并调整其位置。随后，钢梁由末端执行器以一种控制的方式降低到两柱之间的期望位置，梁组件一旦要求自动释放。钢梁通过传统的人工方法固定在周围的钢结构上。该控制方法是固定顺序控制和无线遥操作相结合的控制方法。

(4) Façade元件安装

a现状。玻璃幕墙façade元素(琉璃幕墙)被广泛用于许多建筑的饰面材料，以保证工程建筑外观的美观。玻璃幕墙的趋势是越来越大，越来越重，手工安装这些元素的难度越来越大。一般情况下，在建筑物内外安装沉重的façade材料的过程中，材料的搬运主要通过起重机或滑轮来完成，而组装和安装则主要由建筑工人手工完成，如图0-40所示。

该概念将展示stcr组、垂直运输系统和集成存储、物流系统之间的协作。该方案将减少人工作业，提高现场安全，提高生产率，不需要脚手架或使用传统起重机。该文件将描述两个系统，包括藤田公司开发的幕墙构件安装穿梭系统和Brunkeberg系统(Brunkeberg systems AB.

c)开发的Brunkeberg系统。案例研究1:幕墙构件安装穿梭系统(藤田公司)藤田公司的穿梭系统用于大型外墙构件的轻松安装，如幕墙板。该系统包括一个环绕建筑周边的工作台(末端执行器)，用于提升工作台的垂直导轨，以及提供提升工作台能力的电机驱动链块，如图0-41所示。

有了这个系统，整个楼层的大量工作通常必须在不方便和危险的工作条件下完成，而且还不需要脚手架和起重机。该系统配备了激光距离传感器，每秒5次测量接近阶段的距离，以防止碰撞，并确保提升立面段与上述段的安全定位和连接。

d.案例研究2:Brunkeberg System (Brunkeberg Systems AB) Brunkeberg System对façade面板的物流和安装实现了部分自动化，如图0-42和图0-43所示。系统的关键部分是附在建筑主体结构上用于固定外立面板的型材、外立面板以及后勤和安装机构。附在主楼上的轮廓被设计为允许自动垂直交付立面面板的机构引导。然而，面板本身也包含通过物流和安装机制方便其处理的功能。面板由卡车运送到现场的物流场，物流系统在那里提取它们，并将它们送到缓冲存储区。从那里，面板通过水平输送系统(HDS)分布在轨道上，到façade的部分，在那里它们必须安装。在建筑主体结构的轮廓引导下，垂直输送系统(VDS)将面板从HDS上取下，并垂直输送到安装区域，在工作人员的协助下，面板安装完成。布伦克伯格得到了德国林德纳集团(Lindner Group)等大公司的支持，旨在加快物流和减少人力投入。

(5)暖通空调系统的预制

a.现状在繁忙的建筑工地组装建筑设备是非常具有挑战性的。许多承包商如电工、管道工和安装工程师必须并肩工作，以确保项目按时交付。由于糟糕的管理和交易之间的错误沟通，这通常很难实现。暖通空调设备通常由单个供应商提供，这导致延迟的风险，更高的物流成本。一旦设备到达现场，在等待或安装过程中就会面临意外损坏的风险。此外，技能短缺和人口结构变化也对现场组装建筑服务提出了越来越大的挑战。

b.拟议应用建筑服务模块的非现场制造代表了将服务交付和安装到施工现场的最低风险方法。同时制造建筑组件和现场工作的能力，允许项目团队灵活和时间来利用即时交付。预制件在暖通空调系统中有许多优点，如生产精度高、减少能耗、现场物流、减少安装时间等。然而，预制暖通空调系统的最大好处是改善规划和所有相关方之间的协作。

c.案例研究1:新奥尔良大学医学中心项目一个广泛的预制策略旨在保持新奥尔良10亿美元的大学医学中心项目的目标，以满足项目令人生畏的范围和激进的建设进度。为了保持进度，项目现场近40%的机械系统都是在8英尺(3.44米)宽、20英尺(6米)长的支架上预制的。1100机架包含每层的暖通管道、水电气、管路、电缆及相关机械设备，如图0-44所示。

这家建筑公司在现场建造了一家制造车间，并确保在城镇的另一边有一个仓库。在鼎盛时期，这家非现场的工厂有120名工人，配置在三条装配线上，同时生产多达90个货架。Austin表示，该车间有框架工、水管工、管工、电工、绝缘子、焊工和暖通空调专家，在制造型环境中并肩工作，如图0-45所示。由于大量使用预制，大大增加了现场组装时间，提高了安全性，并保持了项目的进度。伦敦的Leadenhall大楼，47层，225米高，是伦敦城最高的办公大楼，也是英国最高的装配式建筑之一。在北爱尔兰恩尼斯基伦的受控工厂环境中，建筑服务钢台面100%预制。它作为建筑的结构核心。因为结构核心位于建筑的北侧，因此项目团队称其为北核心。北核心在结构上被重新配置为每层三个表格元素。在油漆干了之后，这张预制钢桌将被运到英国的伍尔弗汉普顿。在那里，钢台面安装了所有的机械、电气、管道和暖通空调系统，最后在顶部用预制混凝土板封闭。如果该任务在传统庄园中进行，则不可能在项目结束时完成，如图0-46和图0-47所示。

附录3:场景3(1)天空工厂潜在技术的预识别

a.建议应用综合自动化建筑工地可以根据不同的特征或特点进行分类，如总体工作方向、物流策略、爬升机制或工地工厂的配置。还可以根据制造视图(组织视图、产品变化视图、面向订单视图或面向位置视图)来描述它们。工厂的总体工作方向以及工厂的位置和工作流程定位以及大多数工作活动的位置在建筑物的制造中起着重要的作用，并决定了物流战略和工厂配置。由于建筑物是复杂的大型产品，需要在固定的最终地点进行总装，因此建筑物的朝向以及现场的位置和工作方向决定了一般的组织设置，从而决定了物流策略、攀爬系统(CS)和工厂配置。

b.案例研究:Big Canopy(日本大林公司)Big Canopy由大林公司于1995年设计，是第一个应用于预制混凝土结构施工的自动化施工系统，如图0-48所示。大天篷本身由四根独立于建筑物的桅杆支撑。通过将结构放置在建筑外面，它比以前的其他系统具有更大的灵活性。一旦地板竖立起来，顶棚就会一次顶起一层，并且在顶棚和现场工厂地板之间总是留下两层的空间。并联送料系统由高架起重机和送料升降机组成。工人们在车间使用操纵杆控制装置操作架空起重机。这种方法比使用完全自动化的配送系统更具成本效益。大雨棚系统是第一个自动化施工系统，提高了整体生产力，并已应用于多个项目。该系统大大减少了人工和材料的使用。此外，它还展示了自动化建筑系统的潜力;它们可以随建筑的形状和设计灵活地改变。虽然应用自动化施工系统仍然不被认为具有成本效益，但当它被反复使用时，它已经显示出了其潜力。建筑自动化有能力改变建筑行业的每一个角度。它还可能产生许多新的商业机会，并需要新一代建设无产阶级。

(2)地面现场工厂

a.拟应用这类系统的特点是安装一个固定的、基于地面的现场工厂，用于安装水平方向的建筑，这些建筑水平长和/或宽，同时相对平坦。

b.案例研究:System Skanska瑞典建筑集团Skanska开发了该系统，用于水平方向建筑(例如，共管公寓)的自动化建设，这是欧洲主要的建筑类型，见图0-49和图0-50。

该系统利用固定GF，使轨道制导和地面机器人在结构化环境中操作。施工更加水平，建筑由预制混凝土墙板而不是柱和梁建造。其演化顺序可以描述为:1)GF和地面机器人/HDS安装，2)地面组装，3)组装后的地板推起，4)过程重复2)&3)平行内饰。

末端执行器的范围包括:陆基HDS(轨道导向装配机器人)可以配备各种末端执行器，用于拾取混凝土构件。由于混凝土构件的高度标准化，到目前为止只需要一个末端执行器。然而，如果需要更大的种类，可以开发额外的可交换的末端执行器。

(3)集成自动化现场装配系统

a.案例研究:通用施工系统(慕尼黑工业大学[TUM])来自慕尼黑工业大学的M.Sc. W. Pan在2013年的硕士论文中提出了UCS概念，见图0-51。从系统上看，UCS可分为四类:结构类、构件类、生产类和建造类。

一般来说，结构系统包括一系列相互连接的梁和柱，并提供一个灵活的箱形支撑系统。构件系统包括墙壁元素、地板元素、室内装置以及建筑服务。

每个部分都可以很容易地组装或拆卸，使建筑系统可以定期升级。生产系统涉及所有ucs构建元素的非现场制造。我们还将考虑针对不同现场场景的现场工厂概念。施工系统包括所有现场技术、管理和操作所有现场组装活动。为了提高整体施工效率，作者加入了一系列施工设备和单任务施工机器人。设计UCS建筑机器人的一种方法是利用现有的机器人和机床，而不是从头开始开发一个系统。大多数现代建筑设备都有可能被远程控制，或者通过简单的软件或硬件改造实现完全自动化的操作功能。该方法反映了该概念所带来的经济影响。这将节省大量的初期研究开发费用，并鼓励建筑企业参与建筑机器人的开发。