一、概述

建筑機器人從發(fā)明至今，已有100多年的歷史，先后經(jīng)歷了機械傳動和液壓傳動兩個階段，現(xiàn)階段，機器人化的工程機械被稱為第三代建筑機器人。建筑機器人能被遙控、自動或半自動控制，可以在自然環(huán)境中進行多種作業(yè)，其中以自然作業(yè)為最大特征。建筑機器人的研發(fā)起源于日本，1982年，日本清水公司的一臺名為SSR-1的耐火材料噴涂機器人被成功用于施工現(xiàn)場，被認為是世界上首臺用于建筑施工的建筑機器人。

隨后出現(xiàn)了美國軍方的John Deeve 690C掘進機被用來修復爆炸毀壞的跑道；麻省理工學院的trackbot和studbot被用于墻體內(nèi)部建設(shè)等。除了日本和美國在進行建筑機器人研究之外，法國、德國、英國、以色列、荷蘭、芬蘭、丹麥、新加坡、中國等國家也相繼進行建筑機器人研究。

早期，歐美發(fā)達國家(或地區(qū))對于建筑機器人的研究從未中斷，但遺憾的是這些設(shè)備一直未能投入應(yīng)用。直到近幾年，才陸續(xù)有一些系統(tǒng)走出實驗室，被應(yīng)用于實際之中。

如今的建筑機器人種類不斷增多，應(yīng)用的領(lǐng)域有混凝土預(yù)制大板生產(chǎn)線、鋼筋骨架成型、模板組合與拆卸、大型容器組裝、焊接及噴漆、混凝土布料、空調(diào)風管檢查及清理、外墻飾面檢查、地面壓光與清掃等。

其種類有測繪機器人、砌墻機器人、預(yù)制板機器人、施工機器人、鋼梁焊接機器人、混凝土噴射機器人、施工防護機器人、地面鋪設(shè)機器人、裝修機器人、清洗機器人、隧道挖掘機器人、拆除機器人、巡檢機器人等。

有幾種不同類型的建筑機器人即將大規(guī)模進入建筑市場。

首先是3D打印機器人，它可以根據(jù)需要建造大樓。在一個移動機械臂的控制下，3D打印機通過一組預(yù)先編程的指令打印出一個結(jié)構(gòu)安全完整的建筑。這項技術(shù)也開始用于建造橋梁，比如荷蘭建造的有史以來第一座3D打印橋梁，已經(jīng)于2021年7月投入使用。3D打印和工業(yè)機器人的結(jié)合是建筑行業(yè)中最有前途的一項自動化技術(shù)。

第二種是用于砌磚、砌石的建筑機器人，甚至有的機器人可以一次性鋪設(shè)整條道路，這些類型的機器人極大地提高了施工作業(yè)的速度和質(zhì)量。

拆除機器人是第三種即將進入主流應(yīng)用市場的建筑機器人。雖然它們比拆除工人的速度慢，但在拆除建筑物混凝土和結(jié)構(gòu)性構(gòu)件的最后階段時，使用機器人完成作業(yè)會更加安全，成本也低得多。

還有其他類型的施工機器人，如遠程遙控或自主駕駛車輛，但上文介紹的三種類型的機器人是最適合在當前施工現(xiàn)場工作的，也可能是對建筑業(yè)影響最大的。作為一個自動化程度極低的行業(yè)，建筑機器人將對建筑行業(yè)產(chǎn)生重大影響。隨著建筑公司為了實現(xiàn)節(jié)能高效而越來越多轉(zhuǎn)向自動化，必將推動建筑機器人的需求穩(wěn)步增長。

二、市場現(xiàn)狀

當前，建筑工業(yè)化正不斷發(fā)展，從工廠到工地，提高建造智能化水平，正越來越受到行業(yè)關(guān)注。如今，隨著中國工程建設(shè)標準化協(xié)會建筑機器人專業(yè)委員會的成立，或?qū)⑼苿又悄芙ㄔ爝M一步落地。

近幾年，由于我國對科技創(chuàng)新的重視，一大批機器人制造和人工智能領(lǐng)域的企業(yè)異軍突起。我國建筑業(yè)產(chǎn)值規(guī)模不斷擴大，為建筑機器人行業(yè)提供了充足的發(fā)展空間。根據(jù)國家統(tǒng)計局、住建部相關(guān)數(shù)據(jù)預(yù)測，到2025年，中國的建筑機器人市場滲透率將達到10%，市場規(guī)模超過18億人民幣；到2030年，市場規(guī)模將超過113億元人民幣，滲透率可達50%；到2035年，市場規(guī)?？赡苓_到224億元人民幣，滲透率超過80%，呈現(xiàn)出出快速增長的趨勢。

值得注意的是，雖然目前我國的建筑機器人專利技術(shù)增長迅速，但大部分仍在研發(fā)期，并未進入商用領(lǐng)域或?qū)崿F(xiàn)規(guī)?；慨a(chǎn)，下游應(yīng)用滲透率不及1%。但未來幾年，我國建筑機器人行業(yè)將會繼續(xù)保持高速增長，為建筑行業(yè)帶來更多發(fā)展機遇和創(chuàng)新，發(fā)揮重要作用。

目前，建筑機器人在海外出現(xiàn)批量推廣趨勢，國內(nèi)應(yīng)用還處于早期階段，參與其中的既有建筑施工單位、機械設(shè)備生產(chǎn)商及地產(chǎn)公司，也有建材企業(yè)的科技公司，同時還涌現(xiàn)出一批機器人、自動化背景的創(chuàng)業(yè)團隊。從切入點來看，建筑機器人公司在設(shè)計、施工、運維、拆除等建筑生命周期的各個節(jié)點都有嘗試，但絕大多數(shù)還是聚焦在施工環(huán)節(jié)。由于施工環(huán)境復雜、工藝流程多樣化等因素，目前，現(xiàn)場施工機器人很難實現(xiàn)端到端的解決方案，更多以人機協(xié)作的方式實現(xiàn)閉環(huán)作業(yè)。

而裝配式工廠生產(chǎn)機器人及配套施工機器人由于環(huán)境相對標準、數(shù)字化效果明顯，也有廣闊的運用市場。現(xiàn)階段，建筑機器人在施工危險度較高、工藝復雜度較低、機器人投資回報率(ROI)較高的場景會較先落地，并實現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用。

就單位出貨量而言，最大的市場是建筑工地上使用的機器人助手，其次是基礎(chǔ)設(shè)施機器人、結(jié)構(gòu)機器人和精加工機器人。由于建筑產(chǎn)品的非標準化、建筑場景的動態(tài)性強、建筑機器人技術(shù)復雜等因素的影響，目前從事建筑機器人研發(fā)和生產(chǎn)業(yè)務(wù)的企業(yè)不多，規(guī)?；a(chǎn)品較少，行業(yè)集中度低，市場格局暫未形成。

國內(nèi)建筑行業(yè)正面臨“用工荒”，主要由于人口老齡化和勞動力結(jié)構(gòu)變化。

目前，建設(shè)行業(yè)出現(xiàn)“三段式”困境：50、60后農(nóng)民工即將退休，70、80后農(nóng)民工供應(yīng)不足，而90、00后農(nóng)民工數(shù)量有限。農(nóng)民工總數(shù)在過去兩年中減少了近980萬，其中2022年至2023年間減少了600多萬，達到五年新高。農(nóng)民工平均年齡已達43歲，顯示出老齡化趨勢。同時，老年人的工作機會受到限制，一些地方政府禁止60歲以上男性和50歲以上女性從事建筑工地的體力勞動。

此外，人工施工的安全問題突出，建筑行業(yè)是全球第二危險的行業(yè)，致命事故率較其他行業(yè)較高，且傳統(tǒng)施工工序?qū)θ梭w有害，容易導致職業(yè)病。同時技術(shù)落后還導致了低利潤率，2023年建筑業(yè)產(chǎn)值利潤率為2.64%，低于工業(yè)和第二產(chǎn)業(yè)的平均利潤率。施工效率低下和材料浪費率高也是問題，熟練工難招難留，工資成本高。

在建筑機器人產(chǎn)業(yè)鏈方面，上游產(chǎn)業(yè)鏈包括機器人通用組件和建筑專用設(shè)備：中游產(chǎn)業(yè)鏈是建筑機器人公司，這些公司依靠環(huán)境感知算法、導航定位算法、執(zhí)行規(guī)劃算法、機械控制算法以及建筑行業(yè)的工藝流程知識，研發(fā)生產(chǎn)建筑機器人；下游產(chǎn)業(yè)鏈是地產(chǎn)公司、建筑公司、預(yù)制工廠以及施工隊等。

建筑行業(yè)機械設(shè)備比較成熟的商業(yè)模式是租賃為主、銷售為輔，但由于建筑機器人還處于早期階段，技術(shù)成熟度、場景穩(wěn)定性都在提升中，建筑機器人公司使用自家機器人設(shè)備外包施工也非常普遍。

早在20世紀80年代，歐美和日韓等國家就開始嘗試機器人在建筑行業(yè)的應(yīng)用，進入21世紀以來，其更是將建筑智能制造、工業(yè)化發(fā)展提升到國家戰(zhàn)略的高度，并出臺一系列發(fā)展政策。歐美高校也走在建筑機器人研究、應(yīng)用的前沿。例如麻省理工學院機器人實驗室推出過一系列建筑機器人，包括“材料創(chuàng)新+3D打印”建造機器人、外骨骼輔助機器人SRA及SRL等。

在我國進行建筑機器人探索的主要有三部分：一是以中國建設(shè)科技有限公司、上海建工集團股份有限公司、西安中交土木科技有限公司為代表的大型建筑集團的科技部門或科技子公司，其大多強調(diào)“工業(yè)化、數(shù)字化、一體化”的平臺化思維，從建造全局出發(fā)研發(fā)建筑機器人和信息化生態(tài)，自研機器人主要聚焦在與裝配式相關(guān)的鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋、PC預(yù)制自動化設(shè)備，在現(xiàn)場施工端更多與三方科技公司聯(lián)合研發(fā)機器人產(chǎn)品或提供落地應(yīng)用場景；

二是以三一重工股份有限公司、中聯(lián)重科股份有限公司、徐州工程機械集團有限公司為代表的建筑機械設(shè)備廠商，其核心能力是機械設(shè)備研發(fā)制造，在智能感知、自主控制方面還有短板，重點研發(fā)原有機械設(shè)備的智能化升級，選擇跟三方科技公司合作落地施工場景案例；

三是以北京東方雨虹防水技術(shù)股份有限公司、安徽海螺水泥股份有限公司為代表的建筑材料廠商，其核心訴求是綁定下游場景使用建材，因此通過研發(fā)智能化施工設(shè)備賦能施工團隊或“合伙人”更好、更多地使用該公司建材。

從中國建筑機器人產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)區(qū)域分布情況來看，廣東省、江蘇省、浙江省、上海市等地匯聚了較多的配套企業(yè)，產(chǎn)業(yè)聚集效應(yīng)較好。廣東地區(qū)建筑機器人代表性企業(yè)有博智林、特辰科技、中建科技等，相應(yīng)的上游企業(yè)有匯川技術(shù)、大族傳動、雷賽智能等;長三角區(qū)域的江蘇、浙江、上海市相關(guān)企業(yè)也較為豐富，匯聚了埃斯頓、大界機器人、綠的諧波、鳴志電器等代表性企業(yè)。

三、困難挑戰(zhàn)和機會

1.困難挑戰(zhàn)

雖然建筑機器人的早期投資在持續(xù)升溫，但是建筑機器人公司的商業(yè)落地還存在較大挑戰(zhàn)。在倉儲機器人行業(yè)跑通的項目制模式、在服務(wù)機器人行業(yè)基本跑通的RaaS模式似乎還比較遙遠，更多的創(chuàng)業(yè)公司還處于產(chǎn)品研發(fā)、場景適配和多點POC 過程中，商業(yè)模式以施工外包服務(wù)為主，頭部創(chuàng)業(yè)公司合同收入也在千萬元級別。究其原因，挑戰(zhàn)來源于以下幾個方面:

(1)技術(shù)穩(wěn)定性挑戰(zhàn)。建筑機器人面臨作業(yè)場景多樣復雜及移動變化的挑戰(zhàn)，在環(huán)境感知、定位導航、路徑規(guī)劃、運動控制等方面都存在技術(shù)難點，特別是在復雜的工藝場景知識庫方面需要更高的適配性研發(fā)投入。

建筑機器人施工場景及技術(shù)

(2)場景切入點挑戰(zhàn)。以大量創(chuàng)業(yè)公司切入的室內(nèi)噴涂為例，傳統(tǒng)人工在地面使用噴涂設(shè)備作業(yè)的成本在70元/m，而且人站在地面的移動靈活性非常高，其施工效率高于機器人作業(yè)的效率，機器人的ROI明顯偏低。同時，由于存在技術(shù)成熟度低的問題，機器人很難獨立完成端到端的施工。比如，在房建外墻的真石漆噴涂場景，底漆噴涂之后需要貼一層美紋紙分割，再噴仿石層面漆,并在適當時間立即撕去美紋紙，但機器人沒法完成貼紙、也沒法判斷撕去美紋紙的合適時間，這些復雜工序都需要人工協(xié)作，整體效率偏低。

(3)商業(yè)模式挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)施工設(shè)備是開箱即用的標品，其計價簡單，租賃是比較成熟的商業(yè)模式。但是，機器人施工目前難以開箱即用、獨立完成作業(yè)，很難按照設(shè)備租賃或銷售的模式推廣。

(4)施工使用難度。目前，除了少數(shù)產(chǎn)品如3D實測實量工具能通過簡單培訓就讓普通工人使用外，絕大部分產(chǎn)品需要專業(yè)技術(shù)團隊現(xiàn)場設(shè)置作業(yè)。

2.機會

雖然存在短期挑戰(zhàn)，但是在勞動力缺口和成本上升、減排節(jié)能的迫切約束下，建筑機器人行業(yè)的發(fā)展趨勢具有不可逆性，屬于行業(yè)或者創(chuàng)業(yè)公司的機會也會不斷涌現(xiàn):

(1)從場景選擇來看，部分場景創(chuàng)業(yè)公司可能會率先實現(xiàn)規(guī)模化落地。如工廠預(yù)制場景(鋼筋、鋼結(jié)構(gòu)、復合材料等)可以依靠建筑信息模型(BIM)等數(shù)字化載體打通供應(yīng)鏈、工廠和施工端數(shù)據(jù)，做到大批量高效生產(chǎn)、節(jié)省材料成本、提升工程一致性;高空作業(yè)等場景由于危險性高、且人在高處(舉升平臺)作業(yè)的靈活性遠低于機器人，機器人作業(yè)ROI顯著提升;對于市政、橋隧作業(yè)噴涂場景，其外觀要求、精細度要求遠低于房建，且工藝流程復雜度較低，機器人更容易實現(xiàn)端到端的施工交付。

(2)從商業(yè)模式角度看，“機器人施工隊”可能成為未來的建筑工程隊主力。未來的建筑隊可能就是包工頭帶著一隊機器人，但施工隊需要完整解決方案，而不是單一的機器人，這就需要出現(xiàn)新型自動化建筑公司。

(3)從團隊構(gòu)成來看，擁有機器人研發(fā)能力、建筑設(shè)計、施工經(jīng)驗以及數(shù)字化平臺搭建能力的復合背景團隊有可能率先實現(xiàn)突圍。建筑機器人是建筑行業(yè)數(shù)字化、智能化的重要一環(huán)，避免了施工過程中人工作業(yè)的不一致性、數(shù)據(jù)離散性，解決了建造過程中的非標的問題。從長期趨勢來看，建筑機器人要大規(guī)模應(yīng)用需要從建筑行業(yè)的第一性出發(fā)，結(jié)合材料、工藝和流程創(chuàng)新，考慮地產(chǎn)商、建筑公司、設(shè)備租賃商、施工隊以及監(jiān)管方的多方關(guān)系和利益，不只是執(zhí)行環(huán)節(jié)的機器替人。因此，對于創(chuàng)業(yè)團隊來說，既需要找準早期最可能規(guī)模化應(yīng)的場景、研發(fā)出適應(yīng)場景的機器人產(chǎn)品，還需要對建筑設(shè)計和全流程工藝有深入理解，最終形成實現(xiàn)端到端智能建造解決方案。

四、發(fā)展趨勢

在國內(nèi)政策、需求、市場、技術(shù)、產(chǎn)業(yè)鏈等一系列因素的推動下，“十四五”期間，我國建筑機器人行業(yè)預(yù)計將呈現(xiàn)出市場不斷擴大、應(yīng)用領(lǐng)域持續(xù)擴張、生產(chǎn)基地逐漸轉(zhuǎn)移等發(fā)展趨勢。建筑業(yè)是僅次于采礦的第二大危險行業(yè)，施工過程中事故多、勞動力短缺、勞動生產(chǎn)率低，這些成為建筑業(yè)發(fā)展的掣肘。在此情況下，實現(xiàn)機器人技術(shù)在建筑現(xiàn)場的應(yīng)用有著極大的市場。

2022年，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布《“十四五”建筑業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，規(guī)劃中指出，加強新型傳感、智能控制和優(yōu)化、多機協(xié)同、人機協(xié)作等建筑機器人核心技術(shù)研究，研究編制關(guān)鍵技術(shù)標準，形成一批建筑機器人標志性產(chǎn)品，重點推進與裝配式建筑相配套的建筑機器人應(yīng)用，輔助和替代“危、繁、臟、重”施工作業(yè)。

未來建筑機器人發(fā)展趨勢主要集中在以下幾個方面：

(1)建筑機器人市場化加速落地。建筑機器人產(chǎn)品具備市場化落地應(yīng)用的能力，未來建筑機器人研發(fā)制造企業(yè)會擴大產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模，積極尋找下游地產(chǎn)商合作，在實踐中實現(xiàn)產(chǎn)品和技術(shù)的快速迭代。

(2)專用建筑機器人研發(fā)的具象化。由于建筑建造工程中施工場景多樣且具有高獨特性，各細分領(lǐng)域?qū)C器人的要求重合度低，需抓住細分領(lǐng)域的工藝特點，建筑機器人研發(fā)趨于細分領(lǐng)域定制化。例如在反重力場景下做人工替代的抹灰機器人，需著重控制機器人在作業(yè)時對墻面施加的壓力的均勻性、平穩(wěn)性。

(3)傳統(tǒng)建筑機械的智能化改造。我國建筑業(yè)發(fā)展已久，對現(xiàn)有傳統(tǒng)生產(chǎn)機械進行數(shù)字化、智能化改造是建筑機器人快速發(fā)展的重要途徑。比如對塔吊機進行遠程遙操作系統(tǒng)及智能化改造，可以有效降低建筑業(yè)高空墜落事故發(fā)生的概率。

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