3D打印建筑工程背后的機器換人 | 彎道超車？中國并非沒有可能

7月19日，在上海青浦區滿是近半人高野草的園區里，石子路被太陽曬得滾燙，上海盈創建筑科技有限公司董事長馬義和戴著安全帽走在前面。他皮膚黝黑，這是時常守在工地的結果。他計劃要在這里建4幢小高層樓房，其中一幢已初具規模。

與普通工地不一樣的是，這里沒有堆放的建材，工人們也不需要在現場砌筑。工地旁邊，是一個被白色巨幕圍擋起來的大型廠棚，里面才是真正干活的家伙——一臺有半個籃球場大小的3D打印機器。

“28日，我們就在建好的這幢樓里舉行發布會，給大家身臨其境地感受3D打印房子！”馬義和語氣堅定。

100多公里外的烏鎮西柵景區，另一個工地上，也有兩臺機器人。它們在為建造新一屆世界互聯網大會的場館助力。承建者是同濟大學建筑與城市規劃學院教授袁烽的團隊。他設計的機器人并不僅僅做3D打印，還展開了機器人木構、磚構等多種實驗性建造實踐。

兩個工地本沒有交集，但在國家對智能建筑的引導下以及工業4.0來臨之際，卻有著相近的意義。兩者都是上海企業及科研團隊介入建筑工程業轉型升級的嘗試——機器替換工人，成為“機器匠人”。

袁烽認為，中國建筑業機器換人的拐點正在到來。

建筑業的機器智能建造，中國能彎道超車嗎？

7月28日，遠離城區的青浦區新金路，平時難見一輛車的小路兩旁停滿了車。長龍綿延數百米，其中不乏豪車身影。

進入會場，找座位很難；幾百人的會場還設置了同聲傳譯的工作間，現場有來自非洲、歐洲、中東、南亞等的出席者。

這場面與5年前那場發布會的情形，不相上下。

2014年就在這個園區內，盈創在24小時內打印出了10幢灰色矮房，宣稱是全球第一次用3D打印技術造出供人居住的建筑，吸引了全球的目光。

“以前都是我到國外去（學習），后來是一車一車的外國人到我這里參觀。”馬義和說，公司在蘇州工業園區已經接待了數以千計的參觀者。因為需求過于旺盛，他按人頭收費，一人300元，參觀費就收了幾十萬元，“全部用于科研”。

即使如今，坐在人群當中，依然可以感受到人們對3D打印技術的追逐。到場者里有產業上下游的廠家，有結構工程師，還有高校負責人。一所上海高校計劃開設建筑專業，希望把3D打印作為亮點。

但記者同時也能感受到不少人依然對此概念模糊。一位出席者戲謔地形容：“知道它好，又不知道它好在哪里。”

在過去的5年，3D打印建筑始終進入不了主流。馬義和想不通。

他做建筑材料起家，1993年在老家湖北襄陽創業。據他介紹，原先建造房屋需要先制作模板再澆灌水泥，而現在的3D打印技術模板用量及鋼筋綁扎的工作量大大減少，能夠縮短一半以上工期，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、工業垃圾、礦山尾礦，還能省下30%至60%的建材。

2015年1月，盈創宣布打印出了全球最高的3D打印建筑“6層樓居住房”和全球首個帶內裝、外裝一體化的1100平方米精裝別墅。通過與海外設計公司Gensler合作打印迪拜辦公樓項目，盈創還成為全國第一家在海外運用3D打印建筑技術打印辦公樓項目的企業。

放眼全國，北京、廣東等地近年來也正在進行類似的積極探索——將人工智能等科技創新成果運用于建筑領域，讓機器真正滲透進工地各生產環節，讓人成為管理者，進而將中國制造推向智能化。

袁烽提供了一組數據：業內有個共識，當一個地區的建筑工程中勞動力成本占建筑成本總額比例超過35%時，會出現“機器換人”。在發達地區，比如中國香港，這個數字已超50%；在內地，這個數字多在30%以下，而上海略為特殊，這個數字剛過33%。

多數勞動力成本高企的地區，主要采用預制建筑構件、推廣裝配式建筑發展的方式。上海此前也緊跟步伐，市里規定2016年起外環線以內新建民用建筑應全部采用裝配式建筑；外環線以外不少于50%，并逐年增加。

為了突破勞動力短缺以及傳統建筑行業工作環境差等瓶頸，全球建筑界把目光投向智能建造領域。

彎道超車？中國并非沒有可能。

【機器】

與馬義和認為3D打印“全是優點，找不出一個缺點”的情感有著極大不同，袁烽很少使用3D打印的標簽來描述自己的工作。3D打印技術，更專業的說法應為“增材制造”，指通過逐層增加材料的方式將數字模型制造成三維實體物件的過程。“但機器智能建造也可以做減材，比如機器人可以銑削加工木材。”

袁烽的看法是，3D打印建筑最重要的意義是機器換人，但3D打印并非機器換人的唯一方式。他更傾向于解釋自己的領域是數字化設計與智能建造，即通過算法實現機器比人更為精準和節能的建造。

7月26日，烏鎮的工地上，最高氣溫直逼40攝氏度。工人們每天下午不得不等到3點多才能開工。

但兩臺會砌磚的機器人不受影響：每天工作16個小時，工期緊張時，24小時也不成問題。

相比普通工人，這兩名“工人”無疑擁有整個工地最好的工作環境——獨立工棚、地面干凈，還有電風扇散熱。

只見機器人用手臂抓磚、抹漿、砌墻，動作一氣呵成，砌到邊緣部分，還會聰明地只抹半邊砂漿。機器人砌出的墻面也不一般，每塊磚的角度不一，最終形成波浪般的視覺效果。

“機器適合做漸變的非線性梯度變化。一般人砌磚間隔都是一致的，但是機器砌出來的，單獨看一片看不出什么，組合到一起就能看到韻律感。”袁烽指著波浪般的墻面說。

十年前，他也運用數字化軟件設計過一面擁有綢緞般流動肌理的“綢墻”，但當時還沒有機器人，全部使用定制模具和人工砌筑完成。他記得那面不算大的墻，砌了兩個月之久。而這次，長40多米、高2米多的復雜墻體，兩周就可完工。

距離驗收時間只剩一個多月，施工方有些著急，袁烽卻沉著許多：“兩臺機器相當于以前兩個班組，差不多二三十人，但現在（機器之外）只需要四個人就可以，人的勞動強度大大減少。”

和記者每說起一個作品，袁烽總會報出建造時間——上海思南書局里的書報亭，從策劃到建成用了21天；世界人工智能大會場館中近9000平方米的面積，100天完成施工……

2008年，袁烽去麻省理工學院當了一年訪問學者，其間選擇了數字化設計與建造方向，歸來后就專心于此。他初中學過編程，拿過全市競賽一等獎，但上大學后沒再繼續，直到去了麻省理工，才發現“人家是學科之間互相打通”，于是將編程重新撿起。

從2011年研發出第一代建筑業機器人開始，袁烽團隊已研究8年之久，其中移動現場式機器人已經更新到第5代，可以完成12項工藝，包括3D打印、砌磚、銑削、彎折金屬、切割石塊等。

在上海徐匯西岸一個項目中砌一座再生磚墻時，他們甚至給機器裝上“眼睛”，讓機器判斷磚的大小以及放置的位置。

烏鎮工地上來自上海的項目經理姜濱，在這行干了10來年，但機器人做出來的造型，他從未見過。

據國際機器人聯盟（IFR）的統計，2017年中國機器人需求增長速度達到58%之高，全球有三分之一的機器人銷往中國。中國正逐漸成為世界最大工業機器人市場。