建築，這個全球自動化最為落後的行業之一，正面臨越來越多勞動力萎縮問題，越來越多的公司也將目光投向機器人。數據顯示，2025年，建築機器人市場將達4.2億美元。
作為一個高度發達的工業國家，建築業是日本支柱型產業。五大建築巨頭，加起來超過半個世紀的年紀，在自動化與資訊化道路上已然狂奔四十載。入局最早，至今老當益壯。
盡管這些機器人「身懷絕技」，但基於建築工程的多樣性、精致性和復雜性，機器人目前僅能處理全部建築工程工作量的1%，借助機器人「實作建築行業徹底變革」的說法為時尚早。
撰文 | 微胖
這真是關於前浪最勵誌故事之一。 你可能知道會陪伴的日本軟銀Pepper機器人，風靡全球索尼PS4背後的機器人工廠，甚至知道沒有富士山下那家黃色機器人神秘家族，蘋果手機將不復存在，但你未必知道日本建築行業百年老店的機器人。 這五家建築巨頭，加起來超過半個世紀的年紀，在自動化與資訊化道路上已然狂奔四十載。入局最早，至今老當益壯。 早在波士頓動力網紅狗投放市場前，日本建築巨頭鹿島建設已經在神奈川縣隧道施工現場做過測試。
如今，有著120年歷史的大林組正使用機器人建造大壩，這也是業界首次嘗試將人類完全排除在這類傳統勞動密集作業畫面之外，讓習慣自詡「基建狂魔」的我們，也未免相形見絀。
一 機器人在大壩
大壩計畫位於日本主島東南角的三重縣，是一座混凝土大壩，高84公尺，寬334公尺，預計於2023年3月完工。 大林組與另一建築巨頭竹中工務店合作，試圖在每一個過程都實作某種程度自動化。為了進一步簡化過程，他們甚至在工地附近建造了一座工廠，將沙子和礫石與水泥混合制成混凝土。
修建大壩，是一項錯綜復雜的工作，也是勞動密集型作業。工人們首先用石料堆成的三角形的「山」，然後處理大壩地基，最後進行澆築。 所謂澆築，就是在攔截水流的一面，建造混凝土防滲面板，以防止河水滲入堆積的石料之間的縫隙。澆築進入到後半段，往往需要用混凝土攪拌機不斷地將混凝土註入滑升樣版，從下往上建造厚厚的混凝土防滲面板，最後，讓混凝土凝固。
大林組專門開發了 機器人負責混凝土澆築 。這些塔式起重機會將混凝土倒入15公尺見方的隔斷中，分層建造大壩，工作人員在辦公室遠端控制即可完成這一過程，同時電腦還會監控隔斷的位置與施工進度。
對於大壩來說，均勻和品質控制尤其重要，因為混凝土需要精確分層並密封以防水，否則就有泄漏的風險。
過去是由人類專員負責拋光打磨表面，使得混凝土緊密堆疊在一起，防止出現裂縫。現在，大林組開發出 類似牙刷的機器 ，根據周期、頻率和表面壓力實作自動控制，在另一層混凝土沈積之前周期性地壓平胡拋光混凝土。 隨著澆註混凝土的積累，用於提供結構的樣版需要擡高，以防止未澆註的混凝土滲出。
通常情況下，需要重型機械與多名熟練工人協同操作，逐步擡起，現在已交 由機器人擡起樣版 。
在另一建築巨頭鹿島建設的施工現場， 自動駕駛也曾登台獻技。
幾年前，在福岡縣深山中一座大型水壩（五山水壩）建築現場，多台建築機械忙個不停。推土機先搬運混凝土，在地面上鋪平，振動壓路機再進行壓實。
步驟與一般水壩的建築現場別無他樣。唯一的區別是，這些建築機械的駕駛席上都空無一人。技術人員在平板電腦上發出指令，機械根據事先嵌入的程式自動工作。
這是鹿島建築開發的新一代建築生產系統的一部份。透過平板裝置向配備有全球衛星定位系統(GPS)的無人翻鬥車發送指令，車輛就會自動搬運和平整泥土。
在過去，需要的重型機械越多，需要的人員也就越多，而五山水壩使用的無人重型機械為2台，只有操作復雜、人工施工較快的部份，才需要使用傳統的重型機械。
GPS等裝置每台耗資大約在400萬日元(約合人民幣24萬元)左右，但作業所需人員僅為過去的五分之一。鹿島計劃在今後的住宅用地平整工程中也引進這些裝置，並希望只有十分之一左右的人員也能完成施工作業。
不過，水壩工程並不是一勞永逸，壩體一旦建成，檢修工作也隨即開始，因為水壩的品質和運作狀況將直接影響周邊居民的日常生活乃至生命財產安全。 比如，在大分川水壩施工過程中，鹿島建設以無人機對現場進行雷射測量，一方面用於未建成部份的設計規劃，另一方面又對完工部份加以監測管理。
大壩建設非常適合自動化，一方面涉及大量重復勞作，更重要的是工地往往遠離人口中心，裝置擊中旁觀者或其他機器的風險較小。 不過，整個建築行業使用的機器人仍然很少。特別是相對工廠結構化場景，類似大壩這樣的現場建設，仍然是建築機器人套用的難點。
二 、百歲前浪們的腦洞
除了大林組和鹿島建設，日本五大建築巨頭還包括大成建設、清水建設、竹中工務店。它們不僅均為百年老店（竹中工務店始於1610年），也代表著日本乃至世界先進的建築水平。 今年年初，以收集企業口碑和公開企業薪資單聞名的網站 careerconnection 公布了日本建築行業「低工作壓力企業」統計排名。五大巨頭位居前列，而工作舒適度很大程度上得益於自動化技術的采納。
和我們慣常看到的固定不動的工業機器人不同，機械臂外加一個可移動的平台成為最常見的建築機器人設計。 由於建築場地具有很強的動態性，任務和周圍環境都容易發生變化，建築活動執行者也常常被障礙物、不平的表面、裝置等包圍。
這些非結構化特性給機器人使用帶來巨大挑戰。因此，為了能在建築工地上充分發揮作用，機器人必須具有便攜性、四處移動並「感知」周圍環境的能力。 近三年，這些機器人已陸續走出實驗室並在工地發光發熱。他們的工作時間也比較挑剔，一般集中在人少時候，比如夜班。
波士頓動力狗會之所以受到建築行業青睞，重要原因之一就是移動性。鹿島建設讓一台 Spot 替代工人，完成隧道尋常查抄的工作。Spot裝備有360度網路攝影機，可以對挖掘地點拍攝照片，並對泵表等儀器表盤等進行檢查，還可以根據事先設定的路線對坑內進行巡查。
已有兩百多年歷史的日本建築巨頭清水建設，一心要扮演建築界領頭羊。2015年以來，清水建設投資200億日元（1.79億美元）研發建築機器人。實驗設施裏，匯集了各種型別的機械臂套用。 為了滿足大型建築物防震需求，以及方便進行無法動用吊車的地下混凝土施工，2017年，清水建設推出了類似人類手臂的 「鋼筋混凝土輔助機器人」 ，可以搬運重約250公斤的鋼筋至五公尺半徑範圍。過去需要六、七人來做的工作只需三人就可完成。 而且，機器人還可以拆卸成好幾塊，需要轉移其他地方作業時，從拆解到重新拼裝完畢只要三名工人花費二十分鐘。
2018年，清水建設還推出了「焊接機器人」和「天花板(包括地板）施工機器人」。
其中，自動焊接機器人的使用尚屬首例。 天花板施工機器人會用吸盤拾取木板，在傳感器幫助下把木板準確地放置在相應位置，同時旋轉機械臂，將木板用螺栓固定，扭完一處螺栓移動到下一個點重復操作。
機器人一次可以舉起30千克的重量，有助於減輕一些建築工程中最繁重的勞動。 另外，借由新開發的系統，工人可以透過移動端指揮這些機器人。機器人也可以不斷學習歷史變得更聰明。 清水建設曾預計，假如這些機器人都能順利工作，未來它們所執行的每項任務所需的工人數量都可以比目前減少1/3或1/4。
從領頭羊清水建設機器人可以看出，從研發宗旨來看，日本建築機器人大致分為兩類。主要用來輔助、替代高強度、大量重復性勞動作業的機器人，以及最佳化建造流程，縮短工期，節約建造成本的機器人。 而從型別上看，除了測繪，建築機器人常見型別包括搬運、砌磚、焊接、混凝土作業、地面鋪設以及裝修、巡檢（比如波士頓動力）等機器人。 最為熱鬧的套用場景當屬水泥或者混凝土作業。除了清水建設的鋼筋混凝土輔助機器人，竹中工務店也推出了用吸水板吸攝混凝土表層水分的機器人。
鹿島建設公司還研發出混凝土修整作業的機器人，透過平板電腦終端可實作自動運轉，在兼顧節省人力、高效率的同時，可實作整潔的修整作業。 不過，讓機器人做到得心應手的難度很大。比如，在使用壓路機壓實某個部份之後，已經壓實與沒有壓實的部份之間會出現落差。為了平穩駛過落差，熟練的人類司機會調整行駛的路徑和方向盤操作，依靠嫻熟技術壓實混凝土。 為了融入這些「工匠技藝」，鹿島建設嘗試將熟練工如何操作重型機械作為數據積累，嵌入到演算法，讓電腦學習「工匠技藝」。
另外，大成建設也推出了自動完成地板灌漿以及平整作業的 地板水泥組裝機器人。
比如，2016年推出的混凝土地坪施工機器人「T-iROBO Slab Finisher」。 通常，混凝土地坪施工時需要保持彎腰狀態，對身體的負擔較重，根據混凝土的澆註面積和硬化情況的不同，有時需要多名泥工分工協作，或延長作業時間。而鋪設地坪使用的機械是通常是汽油發動機驅動的，非常重（機械＋操作員約為350kg），在運輸和適用場所方面存在很大限制。
采用機器人後，不僅可以減輕技術工人（泥工）的身體負擔，節省人力，還能提高作業效率。至於焊接機器人方面，大成建設也推出 了自己的焊接作業機器人。而且，大成建築還成為世界上首次使用 機器人粉刷建築物外墻 的建築公司，據報道機器人每小時能粉刷100㎡，比人工粉刷快40%。
為了讓重型建築機械操作人員在作業時，能感受到重型機械接觸物體的力、動作和觸覺，大林組與頂尖日本大學共同開發了 「真實觸覺」（Real Haptics）力觸覺再現技術，並套用到了液壓驅動式重型建築機械上，驗證了其效能和操作性。
除了嘗試在大壩測試機器人，大林組也推出了可以搬運重物的 資產搬運機器人。 建築超高層建築，經常需要從地面向高層部份運輸資材。鋼筋等主要構件一般使用大型吊車搬運，而內飾材料等比較的輕的材料，則要工人使用平板車，透過臨時電梯搬運。需要耗費大量的人力。
現在只需要現場的施工人員按下授權按鈕，機器人就能鉆到堆放場上堆積的資材下面，自行在載物台上裝載資材。然後自動搭乘臨時電梯，將資材運送到作業樓層。送達後再搭乘電梯，自動返回資材堆放場。 大林組表示，透過電梯搬運的資材有6成可以使用機器人。預計可以使搬運需要的人員數量減少到一半以下。
三 機器人替代的復雜性
日本建築業屬於勞動密集型產業。
四五十年前，建築業還是承接剩余勞動力的行業，為無數人提供工作場所，比如農閑時外出務工的勞動者、沒有簡歷的人和沒有固定工作的勞動者等。
然而，日本建築承包商聯合會(Japan Federation Of Construction Contractors)數據顯示，日本建築業正在迅速老齡化：目前有35%的工人年齡在55歲或以上。 加之從2024年開始，對加班的更嚴格監管將在建築工地上生效，承包商正在努力借助自動化實作工地每周休息兩天的目標。
但凡開啟這些巨頭的年報和宣傳冊，自2017年以來幾乎都有提及機器人技術、AI、ICT等技術，有的甚至反復提及多次。2019年4月，大林組還設立了建築機器人部，結合物聯網、人工智慧等技術從事相關機器人研發，以應對中長期的勞動力缺乏。
招聘女性焊工的海報。為了緩解勞動力荒，除了開放移民政策，日本還鼓勵女性進入工地工作，然而，日本建築行業仍然很難接受女性在工地上工作。
「因為（建築業）是單品生產的勞動密集型產業」的解釋已經行不通了，這樣的觀念必須要做出改變。鹿島建設認為。
和流水線批次生產手機不同，土木工程只能根據客戶具體品質要求，客製化應對。如果建築創新要想取得成功，套用性（通用性）非常重要，實作能應對不同現場的「最大公因數」，這一點至關重要。 而哪個公司能捷足先登，在建築工程中最先使用機器人，就能占據上風。
日本國家先進工業科學技術研究院（AIST）顯示了原型機器人HRP-5P撿起一塊石膏板並將其擰入墻壁，該機器人可用於在復雜建築環境中復制人類動作。
盡管這些機器人「身懷絕技」，但基於建築工程的多樣性、精致性和復雜性，機器人目前僅能處理全部建築工程工作量的1%，還遠低於日本國土資源部在未來十年將該行業的生產率提高20%的目標。
事實上，借助機器人「實作建築行業徹底變革」的說法為時尚早。而且，有些事情只有人能做。比如，完成小角落或需要手工技藝的室內裝飾。 上述大林組的大壩計畫，目前還是一個機器人試驗計畫，人類工人會隨時監督和指導一些機械裝置。
到目前為止，生產率提高了約10％。 修建大壩需要多年經驗積累的知識和技能。大林專家認為，透過將專家技術轉移到機器上，系統能夠分析隱性知識。機器也正從經驗中學習，最終也授權以將建設時間減少30％。
不過，在清水建設看來，對建築行業來說，試圖讓機器人處理建築工程工作量的10%已是極大的挑戰，而且還面臨成本過高的風險。雖然機器人套用在制造業特別是汽車工廠中很常見，但相比之下，建築工地使用的機器人必須四處走動，雖然它們執行的任務多數也是重復的，但它們仍須因應建築物的不同設計，來應對不平坦的地面和曲折的行走路線。
盡管如此，機器人技術仍有很大的空間來增強建築的強度和速度，讓機器人在人們的指導下進行繁重的工作。 比如，城市建築多為高層建築，每個樓層的建設工作基本上是重復的，使用機器人可緩解建築工人短缺，幫助減少建築安全風險。
目前，日本共有56萬家從事建築的企業，其中資本金在一億日元的僅占1.1%，98.9%是中小企業，雖不乏響當當的名號（比如熊谷組和三井住友），但與五大巨頭以兆億為單位的年營收比起來，仍然是小巫見大巫。
就日本現狀而言，只有大型建築公司率先引進了機器人等先進技術並帶來相關費用的下降，先進技術才有望在整個建築業界普及。 不過，這些變化也帶來了挑戰。比如，要求本來年長的員工適應新技術。這是一個很大的障礙，如果做不到這一點，全面轉變可能會停滯不前。
不過，中國建築行業自動化情況更為落後，當前參與者也屈指可數。
一方面，機器人核心部件還依賴進口，另一方面國內針對建築行業的機器人廠家也沒有很強建築行業背景和機器人套用技術的長期積累為前提。 盡管清水建設自2015年起投入1.79億美元進行建築機器人研發，僅是碧桂園投資金額的幾十分之一，然而，後者已研發出29款建築機器人樣機由於工地場景復雜，目前都還處於研發階段，沒有實作量產。
無論是和日本相比，還是較之成熟工業領域機器人的廣泛套用，號稱基建狂魔的中國建築自動化行程才剛剛起步。
