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    文摘报 2019年08月20日 星期二

    智能建造背后的“机器匠人”

    《 文摘报 》( 2019年08月20日   08 版)
    在乌镇工地现场,机器人砌起几道样品墙。

        9名工人都嫌多,马义和决定把工人减少到5人。

     

        7月19日,在上海青浦区满是近半人高野草的园区里,石子路被太阳晒得滚烫,上海盈创建筑科技有限公司董事长马义和戴着安全帽走在前面。他皮肤黝黑,这是时常守在工地的结果。他计划要在这里建4幢小高层楼房,其中一幢已初具规模。

     

        与普通工地不一样的是,这里没有堆放的建材,工人们也不需要在现场砌筑。工地旁边,是一个被白色巨幕围挡起来的大型厂棚,里面才是真正干活的家伙——一台有半个篮球场大小的3D打印机器。

     

        “28日,我们就在建好的这幢楼里举行发布会,给大家身临其境地感受3D打印房子!”马义和语气坚定。

     

        100多公里外的乌镇西栅景区,另一个工地上,也有两台机器人。它们在为建造新一届世界互联网大会的场馆助力。承建者是同济大学建筑与城市规划学院教授袁烽的团队。他设计的机器人不仅仅做3D打印,还展开了机器人木构、砖构等多种实验性建造实践。

     

        两个工地本没有交集,但在国家对智能建筑的引导下以及工业4.0来临之际,却有着相近的意义。两者都是上海企业及科研团队介入建筑业转型升级的尝试——机器替换工人,成为“机器匠人”。

     

        探索

     

        7月28日,远离城区的青浦区新金路,平时难见一辆车的小路两旁停满了车,长龙绵延数百米。

     

        进入会场,找座位很难;几百人的会场还设置了同声传译的工作间,现场有来自非洲、欧洲、中东、南亚等的出席者。

     

        这场面与5年前那场发布会的情形,不相上下。

     

        2014年就在这个园区内,盈创在24小时内打印出了10幢灰色矮房,宣称是全球第一次用3D打印技术造出供人居住的建筑。

     

        “以前都是我到国外去(学习),后来是一车一车的外国人到我这里参观。”马义和说,公司在苏州工业园区接待了数以千计的参观者。因为需求过于旺盛,他按人头收费,一人300元,参观费就收了几十万元,“全部用于科研”。

     

        即使如今,坐在人群当中,依然可以感受到人们对3D打印技术的追逐。到场者里有产业上下游的厂家,有结构工程师,还有高校负责人。一所上海高校计划开设建筑专业,希望把3D打印作为亮点。

     

        但记者同时也能感受到不少人依然对此概念感到模糊。一位出席者地形容:“知道它好,又不知道它好在哪里。”

     

        在过去的5年,3D打印建筑始终进入不了主流。马义和想不通。

     

        他做建筑材料起家,1993年在老家湖北襄阳创业。据他介绍,原先建造房屋需要先制作模板再浇灌水泥,而现在的3D打印技术模板用量及钢筋绑扎的工作量大大减少,缩短一半以上工期,降低50%~80%人工;此外,油墨(即混凝土材料)原料是改造后的建筑垃圾、工业垃圾、矿山尾矿,还能省下30%至60%的建材。

     

        2015年1月,盈创宣布打印出了全球最高的3D打印建筑“6层楼居住房”和全球首个带内装、外装一体化的1100平方米精装别墅。通过与海外设计公司Gensler合作打印迪拜办公楼项目,盈创还成为全国第一家在海外运用3D打印建筑技术打印办公楼项目的企业。

     

        放眼全国,北京、广东等地近年来也正在进行类似探索——将人工智能等创新成果运用于建筑领域,让机器真正渗透进工地各生产环节,让人成为管理者,进而将中国制造推向智能化。

     

        机器

     

        与马义和认为3D打印“全是优点,找不出一个缺点”的情感有着极大不同,袁烽很少使用3D打印的标签来描述自己的工作。3D打印技术,更专业的说法应为“增材制造”,指通过逐层增加材料的方式将数字模型制造成三维实体物件的过程。“但机器智能建造也可以做减材,比如机器人可以铣削加工木材。”

     

        袁烽的看法是,3D打印建筑最重要的意义是机器换人,但3D打印并非机器换人的唯一方式。他更倾向于解释自己的领域是数字化设计与智能建造,即通过算法实现机器比人更为精准和节能的建造。

     

        7月26日,乌镇的工地上,最高气温直逼40摄氏度。工人们每天下午不得不等到3时多才能开工。

     

        但两台会砌砖的机器人不受影响:每天工作16个小时,工期紧张时,24小时也不成问题。

     

        相比普通工人,这两名“工人”无疑拥有整个工地最好的工作环境——独立工棚、地面干净,还有电风扇散热。

     

        只见机器人用手臂抓砖、抹浆、砌墙,动作一气呵成,砌到边缘部分,还会聪明地只抹半边砂浆。机器人砌出的墙面也不一般,每块砖的角度不一,最终形成波浪般的视觉效果。

     

        “机器适合做渐变的非线性梯度变化。一般人砌砖间隔都是一致的,但是机器砌出来的,单独看一片看不出什么,组合到一起就能看到韵律感。”袁烽指着波浪般的墙面说。

     

        10年前,他也运用数字化软件设计过一面拥有绸缎般流动肌理的“绸墙”,但当时没有机器人,全部使用定制模具和人工砌筑完成。他记得那面不算大的墙,砌了两个月之久。而这次,长40多米、高2米多的复杂墙体,两周就可完工。

     

        距离验收时间只剩一个多月,施工方有些着急,袁烽则沉着许多:“两台机器相当于以前两个班组,差不多二三十人,但现在(机器之外)只需要四个人,人的劳动强度大大减少。”

     

        和记者每说起一个作品,袁烽总会报出建造时间——上海思南书局里的书报亭,从策划到建成用了21天;世界人工智能大会场馆中近9000平方米面积,100天完成施工……

     

        2008年,袁烽去麻省理工学院当了一年访问学者,其间选择了数字化设计与建造方向,归来后就专心于此。他初中学过编程,拿过全市竞赛一等奖,但上大学后没再继续,直到去了麻省理工,才发现“人家是学科之间互相打通”,于是将编程重新捡起。

     

        从2011年研发出第一代建筑业机器人开始,袁烽团队已研究8年之久,其中移动现场式机器人已经更新到第5代,可以完成3D打印、砌砖、铣削、弯折金属、切割石块等12项工艺。

     

        在上海徐汇西岸一个项目中砌再生砖墙时,他们甚至给机器装上“眼睛”,让机器判断砖的大小以及放置的位置。

     

        机器与人

     

        智能建造以后,需要什么样的人?

     

        应是两种人:一类是操作机器的人,一类是设计机器的人。

     

        记者曾在青浦观摩了一次打印过程:90后杨庆(化名)当天16时30分就完成了那天所有建筑构件的打印工作。机械专业大专毕业的他到盈创工作至今,一开始还感到新奇,现在已经习惯。他甚至可以在空闲时打手机游戏,“打印太快的话,工人来不及装”。

     

        “工作环境完全不是一个概念了。”一位工人说,工作强度也低了很多,只需要把搬来的构件“扶一下,往那一搁就结束了”。

     

        包括建筑机器人在内的现今大多数工业机器人,都是一种可编程机器,通常只能被编程为执行重复的一系列运动。但要真正代替一线工人,建筑机器人遇到的复杂挑战,并非仅仅实现“速度”或者“效率”就大功告成。

     

        对于设计机器人的人,袁烽还是感觉缺人,“一般学设计的做不来”。

     

        今年7月,袁烽在上海做了一个关于数字建造算法的汇报,听众几乎都是建筑行业专家,最后不少人的反馈是“听不懂”。

     

        机器人建造早已开始跨界:建筑学、结构学、机械学、材料学、人工智能……以前,同济建筑系学生是基本不需要编程的。而今,袁烽带的硕士生周轶凡,每天最主要的工作就是写程序、调试机器人。

     

        比如砌砖机器人,除了运用建筑设计知识,还涉及到自动化、机械、电气等专业知识。其核心功能都是袁烽和学生们琢磨出来的。直到原型机做出后,袁烽才找了机械和自动化专业的朋友帮忙进行专业提升。

     

        “用机器代替人工,不单单是把人减掉,而是把新的人工用在计算赋能上。智能化时代,生产的所有东西都可以有微差。比如我们3D打印的构件,每个都不一样,砌的墙面、每个砖头的位置都不一样,这是自动化程序做不了的。”袁烽说,机器人加入建筑业的意义,还在于提升建筑的性能和美感。

     

        (《解放日报》8.13 王潇 殷梦昊)

     

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