1、定义
建筑机器人是指自动或半自动执行建筑工作的机器装置，其可通过运行预先编制的程序或人工智能技术制定的原则纲领进行运动，替代或协助建筑人员完成如焊接、砌墙、搬运、天花板安装、喷漆等建筑施工工序，能有效提高施工效率和施工质量、保障工作人员安全及降低工程建筑成本。根据国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会颁布的《GBT36321-2018特种机器人分类、符号、标志》，建筑机器人属于特种机器人的细分种类，主要包括房屋建筑机器人、土木工程建筑机器人、建筑安装机器人、建筑装饰及其他机器人等。建筑机器人可应用在四个细分建筑工程领域：设计、建造、运维、破拆，每个细分应用领域对应着不同功能的建筑机器人产品。
在建筑施工中，建筑机器人是自动执行建筑工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动，协助或取代人类在建筑施工中工作。对于建筑机器人而言，其基本组成结构和一般性工业机器人并无特殊之处。建筑机器人以其施工安全性、高效性，降低工程造价等优势，成为保障施工人员安全，提升建筑工作品质的必然选择。
2、代表性建筑机器人产品
（1）应用于建筑业的无人机
应用于建筑业的无人机通过配备摄像头、GPS装置、热传感器和红外传感器获捕建筑工地上的关键数据，再通过收集的数据生成协作地图、3D模型和进行项目进程分析，提升建筑项目的管理水平和效率。近三年，多个无人机品牌已开始将无人机的应用领域拓展至建筑行业，如大疆创新、法国Parrot、瑞典Flyability等。以大疆创新为例，其为下游的客户提供建筑项目的无人机设备及解决方案，以优化施工项目的管理体验。
2018年，大疆创新将1,000台配备了美国创业公司Skycatch机器视觉软件的无人机出售给日本建筑巨头企业小松。其中，大疆无人机解决方案可应用于五个建筑环节，分别为勘察、设计、测绘、巡检及竣工：1）建筑勘察环节：通过飞行规划和3D建模软件，大疆无人机为建筑师和工程商提供精准的大型工地测绘数据，方便施工团队快速评估工地情况；2）建筑设计环节：通过BIM软件和无人机测绘构建的3D地图，不仅让建筑设计师可获得精准的环境数据进行设计方案工作，且施工团队可在设计期间全面了解工地情况；3）建筑测绘环节：通过无人机数据采集技术、图片拼接技术及3D建模技术，测绘团队可随时了解测绘进度，进行合理的资源分配，避免项目延期；4）建筑巡检环节：通过多角度高清航拍、热成像和可见光双重拍摄及实时图传系统，无人机可辅助巡检员快速完成建筑外墙和屋顶的巡检任务，提升巡检安全和效率；5）建筑竣工环节：通过全过程记录施工现场的进度，大疆无人机为建筑团队提供精准和安全的数据储存和传输服务，有利于建筑承包商实时追踪施工效果。
（2）砌砖机器人
砌筑是建筑施工的重要环节，砌砖机器人可帮助建筑工人完成搬砖、砌砖工作，解决因砖块过重所导致施工效率低下的问题。目前研发砌砖机器人的企业不多，主要以美国公司ConstructionRobotics和澳大利亚公司FastbrickRobotics为企业代表。
1）2016年，美国建筑机器人公司ConstructionRobotics研发了SAM100（Semi-AutomatedMason100，以下简称“SAM100”）半自动砌砖机器人，其是全球第一款投入现场砌砖工程的商用建筑机器人。SAM100可在8小时内在任意尺寸的墙面铺设3,000块砖块，生产效率是一般工人的3-5倍，有效节省50%以上的劳动力，降低工程成本。此外，基于软件端的数据库，SAM100可为建筑商每日准确地提供绩效报告，从而帮助其洞悉生产力和施工流程问题。2018年，美国知名砌砖承包商BerichMasonry首次将SAM100砌砖机器人应用于科罗拉多州的一所小学的建造中。至今，SAM100已大规模应用于多个项目的砌砖场景，包括社区医院、医疗重中心、联邦大楼等项目。
2）2016年，澳大利亚FastbrickRobotics推出全自动砌砖机器人HadrianX，目前已与全球最大制砖商WienerbergerAG达成合作协议，准备进入商用。HadrianX不仅每小时可铺设1,000块砖，且会将建筑房间的电气、管道和门窗布局纳入考量，在三天内成功完成一个180平方米三房两卫的房子建造工程测试，施工效率是传统施工的10倍以上。此外，当砖块加载到HadrianX机器人上，HadrianX机器人会自动识别每块砖的铺设位置，进行砖块切割并将剩余砖块存储备用，在整个建筑测试项目中仅产生5.5块砖的浪费，砖块浪费率低于0.2%。HadrianX具备高效率、高精准度、降低建材浪费等特点，为传统建筑业带来创新发展的新路径。2018年，FastbrickRobotics与澳洲建筑材料集团Brickworks成立合资子公司，向澳大利亚市场提供“墙即服务”（Wall-as-a-Service），专注于住宅建设项目。该种服务方式不仅为HadrianX打造了商业化路径，还打破了建筑建材企业仅单独售卖建筑原材料的传统商业模式，即利用高科技延伸业务范围，提升建材企业价值。
HadrianX拥有以下三大核心技术：①智能控制系统（IntelligentControlSystem）：HadrianX机器人的智能控制系统相当于“机器人的大脑”，将以CAD建模的墙结构转换为砖块元数据，进行建材清单的统筹，随后借助算法确定每块砖对应的位置和布局，并向HadrianX发出精准的执行指令。智能控制系统可使HadrianX机器人的砖块误差控制在1毫米内，而传统的人工砌砖方式则需要一个经验丰富的砌砖工人经过数次的精准测量方可达到如此的精确度。此外，智能控制系统的建模和精密精算减少了建筑施工中的材料浪费，降低工程成本；②动态稳定技术（DynamicStabilizationTechnology）：HadrianX机器人具备动态稳定技术，通过计算机程序以每秒2,000的频率测量机器人运行环境的因素，对风、振动和其他环境因素作出实时反应，实现物体在室外远距离的精确定位。该种稳定技术使HadrianX可安装在不同的底座上，如货车、起重机、轮船和轨道，让其适用于在不同的建筑场所；③砖墙系统（FastbrickWallSystem）：为了确保墙壁厚度的一致性，Fastbrick专门为HadrianX机器人优化了砖块特性及研发了新型粘合剂替代传统砂浆。新型的砖块体积比标准的房屋砖体积大12倍，而且更轻、更坚固；新型的粘合剂只需要45分钟即可使砖块粘合在一起，且比传统的砂浆具有更强的保温性和隔音性。
（3）房屋质量检测机器人
建筑工程质量评估是建筑业不可缺少的程序。传统的房屋质量检查工作需要两名检查员，一个负责手动进行建筑评估，另一个负责报告记录，而在全人工的检查过程中，除了由于执行操作不正确、使用错误的检查工具等原因导致检查精度下降，还涉及一系列耗时繁琐的流程，造成工作效率低和工程费用增加。
新加坡TransformaRobotics研发的房屋质量检测机器人Quicabot支持对墙壁、地板、天花板等墙面的空鼓、裂缝、平整度、对齐度与倾斜度五个建筑检查维度的自动评估和生成报告，助力检查精准度和工作效率的提高。Quicabot已接受到政府、科研院及相关单位的订单，并将在中国建筑施工环境进行测试，随后商业推广将会加速。
根据五个不同的建筑检测维度，Quicabot涉及不同的检测技术：
1）空鼓检测：墙面空鼓是指地面、墙面（抹灰或粘贴面砖）与结构层（混凝土或砖墙）之间因黏贴、结合不牢固，可能会导致瓷砖脱落、开裂等情况。在人工评估过程中，检查员用一根金属棒敲打瓷砖，通过区分瓷砖产生的声音差异判断空心情况。Quicabot利用红外热成像技术和图像处理算法进行墙面空鼓情况的自动评估，提高墙面空鼓检测的检测效率和精准度。
2）裂缝检测：天花板、地面、墙壁的裂缝会导致不美观、渗水等情况。在人工评估过程中，检查员仅依靠其眼睛进行识别墙面上的裂缝，导致检查速度慢和易造成观察缺漏情况。而Quicabot利用摄像头和图片处理算法进行裂缝评估，可实现全方位、高精准的质量检测。
3）平整度检测：墙面、地面的不平整容易造成地板连接处破裂、发出响声及墙角冒灰等情况。在人工评估过程中，检查员利用水准仪进行测量墙壁、地面的平整度，并需要多次移动梯子或升降设备进行高处墙面的评估，易发生事故且效率较低。而Quicabot利用二维激光扫描仪进行整个评估区域的扫描，再通过算法提取线段的偏差来评估墙面、地面的平衡度，提高检测精准度和效率。
4）对齐度检测：一般普通的抹灰墙角偏差值为4mm,砖面偏差值为2mm，墙角偏差值过大会对后期房屋装修的美观带来较大的影响。在人工评估过程中，检查员利用三角板进行测量墙角的对齐度，但其难以一直保持三角板为水平方向，因此会导致测量结果存在一定误差。Quicabot利用二维激光扫描仪进行整个评估区域的扫描，再通过平面提取算法进行墙角偏差值的计算，有效降低测量误差。
5）倾斜度检测：正确的倾斜角度是污水系统出水的基本条件，根据中国的室内装修要求，卫生间地面向地漏处的坡度应在2-3%之间。在人工评估过程中，检查员利用水准仪进行测量地面的倾斜度，测量过程繁琐且精准度存在误差。而Quicabot安装倾斜仪后可进行地面倾角的自动测量，测量精度为0.01°。
1、产品分类
如今的建筑机器人种类不断增多，应用的领域有混凝土预制大板生产线、钢筋骨架成型、模板组合与拆卸、大型容器组装、焊接及喷漆、混凝土布料、空调风管检查及清理、外墙饰面检查、地面压光与清扫等等。
种类有测绘机器人、砌墙机器人、预制板机器人、施工机器人、钢梁焊接机器人、混凝土喷射机器人、施工防护机器人、地面铺设机器人、装修机器人、清洗机器人、隧道挖掘机器人、拆除机器人、巡检机器人等在内的庞大家族。
图表：建筑机器人服务领域及种类
资料来源：中经百汇研究中心
2、应用分类
建筑机器人可应用在四个细分建筑工程领域：设计、建造、运维、破拆，每个细分应用领域对应着不同功能的建筑机器人产品。
（1）建筑规划和设计领域：主要指利用自动化、人工智能技术打造智慧设计机器人或软件系统，可为建筑工程师提供设计方案、3D图纸、全方位和精准的建筑模型，有效提高建筑设计效率和品质。例如，法国Parrot、大疆创新、奇志动联均推出可应用于建筑业领域的无人机解决方案等；
（2）建造领域：当前建筑机器人需求量最大的领域，也是建筑机器人应用最广的领域，涉及建筑施工过程中如搭建、砌砖、铺设、装修等多个细分场景。建筑机器人根据功能，可分为3D打印建筑机器人、砌砖机器人、地面铺设机器人、装修机器人等。例如，美国CazzaConstruction、盈创建筑科技专注3D打印建筑；澳大利亚Fastbrick推出砌砖机器人；广田机器人推出装修机器人；博智林研发了地砖铺贴机器人和PC内板安装机器人；挪威nLink推出混凝土天花板钻孔机器人；日本清水建设株式会社推出了焊接机器人和天花板安装机器人等；
（3）运维领域：建筑机器人全过程参与和管理建筑工程项，涉及工程施工监控管理、质量检测、清洁等多个细分场景，主要包括无人机、巡检机器人、质量检测机器人。例如，美国Doxel推出巡检机器人；新加坡TransformaRobotics推出Quicabot质量检查机器人等；
（4）破拆领域：涉及大型建筑的破拆场景，指利用机器人规避人工高空破拆、在危险工作环境中活动存在的风险等，主要包括拆除机器人。例如瑞典Brokk和Husqvarna企业推出的破拆机器人等。
根据应用场所的不同，建筑机器人可分为现场施工建筑机器人和场外预制构件建筑机器人。
（1）现场施工建筑机器人：由于现场施工建筑机器人的应用场所为非结构化的建筑工地，其需具备移动能力、对外界的感知能力、分析能力以进行现场的建造与运维等工作；（2）场外预制建筑机器人：与工业机器人类似，场外预制建筑机器人具有一般编程和操作能力，适用于装配式建筑预制构件工厂，主要在工厂进行定制化建筑构建的制造。
建筑机器人行业按产业链分为上游、中游、下游和行业应用。上游为减速器、伺服系统、控制系统等核心零部件生产；中游为工业机器人本体生产；下游是基于终端行业特定需求的工业机器人系统集成，主要用于实现焊接、装配、检测、搬运、喷涂等工艺或功能，最后形成终端产物建筑机器人。
图表：建筑机器人行业产业链示意图
资料来源：中经百汇研究中心
机器人行业最核心的技术在于三大核心零部件，分别是控制器、伺服电机、减速器，其中减速器又是最核心且技术难度最大的零部件，其成本占全部成本的32%。其次是本体。
图表：建筑机器人行业成本结构
资料来源：中经百汇研究中心
更多研究内容详见中经百汇编撰的《中国建筑机器人行业分析报告》，中经百汇提供行业研究报告、定制报告、可行性研究报告、商业计划书、产业规划、企业战略咨询等服务产品，另外还提供产经新闻、市场研究、产业数据服务、企业排行榜等资讯内容。
