走向智能机器人力设计建造新时代

徐卫国

1 重返“人力”生产制造方式

“设计”成为独立的行业是现代社会生产组织形式的表现，工业革命导致大规模社会化大生产，同时也带来行业的细分，生活必需品的生产制造也失去了手工作坊的工匠劳作模式。如集“量体—打样—制作”为一体的裁缝制衣，变成了“服装设计—批量加工”的服装生产方式；“根据需求—就地取材—特色木工细活”的家具制作过程，变成了“家具设计—部件批量制造—集合装配”的家具生产工业；“因地制宜—因材就用—工匠砌筑—自然装饰”的自主建房途径，变成了“专业建筑师设计—工厂构件加工—施工队现场施工”的大规模房屋建造工业[1-2]。

现代社会生产组织模式带来了巨量能耗、环境污染、生态破坏、不可持续等问题，使得人类如今渴望回归之前生态低碳的生产生活状态。新科学、新技术的突飞猛进正在推动人类步入以信息为基础的智能社会，智能技术将使人类重返通过“人力”来满足生产生活需求的社会，当然，这个“人力”是机器人的力量。智能系统及智能机器将彻底解放人类，它们将替代人类进行高效节能、精致高质、低碳环保的生产制造，人们又可以回到生态低碳的慢生活境地。这样，社会生产及社会生活将彻底结束高排放、高能耗的现代工业时代。

2 智能机器人力设计建造

建筑设计行业也是大规模社会化生产分工合作的产物，随着智能化信息社会的到来，它作为独立的行业将逐渐衰败，并发生转向，融入智能建筑设计建造产业网链，作为主导角色发挥作用。这个产业网链便是“智能建造”，指房屋建造或环境建设的全过程及各专业充分利用数字技术及智能算法工作在同一数字平台实现建造目标。其特点在于“全过程”至始至终、以及“各专业”相互之间具有连续且共享的数字信息流，从方案设计开始，经过后续阶段及各专业的不断添加、修改、反馈，形成优化的设计信息；以此数字信息流为依据，房屋建筑或环境建设依靠互联网及物联网、CNC 数控设备、3D 打印、机器人等智能机械，实现高精度、高效率、环保性的物质建造与运营服务，从而形成一个新的“数字建筑及环境建设产业网链”[3]。

这一过程也可看成是虚拟性建造与物质性建造的结合，虚拟性建造即是在计算机内的建筑建造过程，它形成数字信息流；物质性建造以虚拟性建造形成的数字信息为依据，展开部件的加工与现场施工，同时与数字信息交互，继续优化修正已有数字信息，延续数字信息流，直至项目建成交付使用；最终把虚拟性建造形成的信息模型及物质性建造形成的物业一同交给建筑使用者及物业管理者。

这一过程的特点也非常明显，它把设计、加工、建造甚至运维都联为一体，高度集约，所有行为均在同一数字平台进行，不同意见均可协同解决，这似乎又回归到工业社会之前的作坊模式，集思广益，尽其所能，经济节约。

从这一发展前景来看，建筑设计应该与建造产业更紧密地纵向联系，形成数字建筑及智能建造产业链，而不是一味地坚守建筑设计的自治性，或与其他设计行业横向寻求设计自身的共同性，其目的在于改变目前非常落后的建筑工业现状，为建筑工业升级换代做出贡献。

3 机器人3D打印混凝土建造方式

机器人3D 打印建造是一种典型的智能建造方式，它把数字建筑设计方法、机器人智能机械、3D 打印技术、特种混凝土材料技术相结合，是一种跨学科集成性房屋及环境建造产业应用技术。它将房屋或环境建设过程进行了数字化集成，建造工艺流程包括算法生成创意设计、数字形态建模、整体结构计算、打印路径规划、打印程序编码、虚拟打印建造模拟、现场原位打印、或现场预制打印及装配；真正体现了全过程及各专业在同一数字平台协同工作，集约式一体化建造特点[4]。

以河北武家庄农宅3D 打印项目为例，我们研发团队以近似设计建造智能工坊的形式，参与了项目实施全过程，首先运用自主开发的软件模块单元生成农宅方案并进行形态建模，结构工程师进行整体模型结构计算，基于确定的设计形体进行打印路径规划并导成打印代码，在电脑中进行模拟打印无问题后，便在现场安装打印机器人设备，农宅基础及墙体原位打印，而农宅拱形屋顶现场预制打印后装配式安装，最终进行门窗及室内装配式装修完成农宅建设。通过这一项目的实践可以看到，由于建造过程中机器人替代了工人进行工作，减少了2/3 的劳动力投入；由于有了电脑里的虚拟建造，工地的现场施工周期大大缩短；由于智能机器的高精度性能，房屋质量得到有效保证；更重要的在于，机器人3D 打印的建造方式综合效益高，生态环保低耗能，小型智能建屋团队就能进行房屋建造，这使人们意识到，我们正在逐渐进入到人性化智能社会的生活境地。

该技术涉及到不同的行业参与，可带动一个新的数字建造产业链的形成，产业链上各个环节将产生新的生产行业，如数字建筑设计、软件开发、机器人生产、打印设备生产集成、打印材料研发生产、智能施工与数字工地等，它是建筑工业结构调整升级换代的有力典范。□