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一块“砖”的奇幻漂流 智能建造下碧桂园探索行业转型“最优解”

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对于一块普通的砌墙砖而言,过去这十年或许是它经历过最为梦幻的十年。

砖的历史可以追溯到春秋战国时期,彼时的人们已经开始尝试使用这种比木头更为坚固的材料去打造各种建筑。

工业革命后解放了人的双手,建筑行业也开始出现机械化。随着近年来建筑工艺的进一步发展,人们开始渐渐从传统的人工“垒砖头”进阶至机械化的装配式建筑。低碳化、智能化等趋势的出现,又对建筑材料和技术提出了更高的要求。

2016年中央政府工作报告中提到,要积极推广“绿色建筑和建材”,大力发展钢结构和装配式建筑。2017年,国家提出“推进建筑业改革发展,提高工程质量”。“十四五规划”中更是明确,要“发展智能建造,推广绿色建材、装配式建筑和钢结构住宅,建设低碳城市。”

住建部今年5月底发文宣布,决定征集遴选部分城市开展智能建造试点,以此加快推动建筑业与先进制造技术、新一代信息技术的深度融合,拓展数字化应用场景,培育具有关键核心技术和系统解决方案能力的骨干建筑企业,发展智能建造新产业。


住房和城乡建设部办公厅关于征集遴选智能建造试点城市的通知

6月初举行的世界智能大会上,智能制造与建造展区的参展企业从智能制造领域,扩展到了智能建造领域,其中首次参展的智能建造领域企业,占到六成以上。

从刀耕火种的原始年代到钢筋水泥的现代社会,千百年来,科技发展伴随着人类文明的滚滚车轮交织前行。建筑行业历久弥新,作为四大基本生活诉求之一,“住”的内涵始终在不断丰富,也促进了建筑建造行业的进一步加速。

一块“砖”的背后代表的是建筑建造和建筑材料的发展,从木头到砖头,从普通的钢筋石材到如今的低碳环保建材,从手工建造到机械化工程。时至今日,人们追求的早已不仅仅是这块“砖”的质量,还有如何能把这块“砖”,更高效、更低碳地造成一座建筑。

建筑梦回19世纪

建筑技艺的跨越式发展离不开技术和理念的突破。两次工业革命后,科技进步大大推动了现代建筑材料和技术的迭代。

1824年,一个名为约瑟夫·阿斯谱丁的英国人用石灰石和粘土为原料,通过按比例配合后煅烧成熟料并磨细,成功发明出了水泥。因其颜色与强度与英国波特兰岛上的石材颇为类似,因此也被称为“波特兰水泥”。

1872年,美国人沃德建造了第一座钢筋混凝土构件的房屋。四十年后,法国建筑师奥古斯特·佩雷设计打造了一座钢筋混凝土结构的住宅“富兰克林路25号公寓”,引发了当时业界对于混凝土建筑的关注。此人曾是法国第二大港口勒阿弗尔的首席建筑师,巴黎著名的“香榭丽舍剧院”亦是其操刀之作。

建筑工艺的提升,也刺激了人们对于“规模化生产”的思考。二十世纪初,法国建筑师勒·柯布西耶在其《走向新建筑》一书中曾提到“房屋是居住的机器”,其提倡建筑革新,走工业化、功能化的道路,以期在建筑行业实现大规模的生产,初期的现代装配式建筑也在这一时期开始出现。

相较于欧美等国,我国现代建筑建造工艺起步较晚,1959年,国内第一座高层装配式框架结构建筑北京民族饭店正式建成。在此之后,国内开始涌现出许多预制构件厂,装配式混凝土建筑也进入到了新的发展时期。

在很长一段时间里,装配式工艺的发展代表着建造技术的进步。科技是推动人们创新和前进的第一生产力,而市场需求则是推动科技发展的一大动力。

千禧年后,人们对于建筑、居住的需求开始更为多元化。这意味着,建筑建造需要从原来的“量产”模式变得更为个性化和风格化。随着信息化时代到来,BIM 技术、网络技术和通信技术等在建筑领域开始广泛应用,这个领域才真正被冠以“智能”之名。

从“产业化”到“智能化”

如果说装配式建筑是建造流程上的不同,是“产业化”和“规模化”,那么建筑信息化则是从施工管理上的革新,是“数字化”和“精细化”。

其中较为关键的便是“BIM(建筑信息模型)技术”,这是一种以三维数字技术为基础,集成建筑设计、建造、施工、运行维护等项目全过程的工程数据模型。

互联网、数字化的发展为智能建造提供了技术层面的“可能性”,也让建筑建造领域迈入新的发展阶段。与此同时,这个行业也已经站上了转型升级的十字路口。

随着社会经济和技术的进一步发展,人们对建筑质量提出了更高的标准。尽管装配式、信息化等等技术更新迭代,但从整体来看建筑行业的模式仍是颇为传统。

以建筑机械为例,建筑机械大致包括了铲土运输机械、挖掘机械、工程起重机械、路面机械等十余种。不同功能的大型机电设备引入确实极大提升了建筑建造的效率,并使得工期大大缩短,但同时,这些设备仍然属于人工操作,且大多是独立施工,并未形成一体化运作。

统计局4月份发布数据显示,我国农民工平均年龄仍在继续提高,其中50岁以上农民工所占比重为27.3%,比上年提高0.9个百分点。

随着行业进入精细化发展阶段,许多环节和建造技术已显粗糙;传统模式下,材料浪费、碳排放量大、“用工难”等问题日渐突出。尤其是“双碳目标”提出后,建筑建造行业的改革转型显得更为迫切。

作为国民经济的支柱产业,2021年建筑业占国内生产总值比重达7%,从业人数超5000万人。而数据显示,建筑行业全过程(包括建材生产、建筑施工和建筑运行)碳排放占我国碳排放总量的50.6%,碳排放达50亿吨,其中水泥、钢铁等建材生产碳排放占比达55%。

排放压力大的同时,既有建筑与新建建筑规模大是行业转型发展的又一难点所在。据了解,我国是世界上既有建筑和每年新建建筑量最大的国家,现有城镇总建筑存量约650亿平方米,2021年房屋新开工面积近20亿平方米。

从经济效益的角度来说,利润下滑,成本上升等问题也给建筑行业带来一定经营压力。2021年,建筑业企业利润同比增速仅为1.3%,行业产值利润率降至2.9%,建筑业从业人数同比下降1.6%。

“最优解”探索之路

建筑建造面临诸多难题,行业发展亟待转型。不管是政策层面,还是行业内部,都在寻找那个具有可行性的“最优解”。而如今看来,“智能建造”已然成为趋势。

2022年初,住建部发布《“十四五”建筑业发展规划》并提出,大力发展装配式建筑,2025年装配式建筑占新建建筑的比例达到30%以上;新建建筑施工现场建筑垃圾排放量控制在每万平方米300吨以下。

同时,加快智能建造与新型建筑工业化协同发展,加快推进建筑信息模型(BIM)技术在工程全寿命周期的集成应用,健全数据交互和安全标准,强化设计、生产、施工各环节数字化协同。

政策提供指引和保障的同时,行业内部也在积极做着尝试。目前为止,已有包括碧桂园、金地、美好置业、万科等多家房企进入到智能建造的领域。

以碧桂园为例,对于行业转型发展,碧桂园所给出的答案是“机器人”和“数智化”。

建筑机器人的作用颇为直观,相较于“人”而言,建筑机器人的研发和应用,在效率提升、降低成本以及精准施工等方面显然更有优势,对于“用工难”等问题而言,机器人无疑是一个有效的解决方案。

在“数智化”方面,碧桂园以BIM数字化技术为核心,打造了数据化的建筑信息平台,赋能设计、采购、运营、工程等各个模块,让建筑全产业链进一步可视化,同时也为一体化施工提供了可能性。

截至2022年5月底,碧桂园旗下的博智林机器人有限公司有23款建筑机器人开启商业化应用,服务覆盖28个省份(直辖市、自治区)超450个项目;累计交付超900台,累计应用施工面积超1000万平米,并逐步实现了人机协同、多机协同操作等模式。


外墙喷涂机器人在作业

2021年底,碧桂园在汕头的“金平项目”首次完成了建筑机器人“多机施工系统”验收工作。8款施工机器人、6款运输及上料机器人、5款集中工作站开展多机协同装修施工作业,首次跑通了装修阶段端到端的智能建造生态实践,初步构建了完整的全周期施工闭环。

换而言之,碧桂园通过建筑机器人和信息化技术等,顺利实现了在特定施工阶段通过科学铺排施工工序,让多台建筑机器人像流水线一样进行自主施工作业。

针对绿色减碳问题,住建部在上述《规划》中提出,积极推进施工现场建筑垃圾减量化,推动建筑废弃物的高效处理与再利用。到2025年,初步形成绿色低碳生产方式,新建建筑施工现场建筑垃圾排放量控制在每万平方米300吨以下。

对此,碧桂园给出的方案同样是机器人和数字化技术。利用建筑机器人的高效性、稳定性和精确性,辅以数字化、智能化的工地管理和材料算量系统,进而实现减少建筑材料的浪费,降低工业污染排放及碳排放的目标。

以一款名为“建筑废弃物再利用流动制砖车”的机器人为例,其可直接将建筑垃圾转化为园林路面砖、植草砖等实心混凝土砖,不仅有效节能减排,还可进一步降低废料清运费用和砖类建材采购费。

据介绍,截至目前,碧桂园仅是通过流动制砖车,在“凤桐花园”一个项目里便累计消纳建筑垃圾450吨,生产路面彩砖超过20万块。值得一提的是,该项目也是住建部办公厅公布的首批智能建造试点项目之一。

此外,住建部3月份还出台了《“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划》。倡导建筑绿色低碳设计理念,推动绿色建筑规模化发展。上文所提到包括“凤桐花园”在内的智能建造试点无疑只是一个开始,从点到面,甚至从智能小区延伸至智慧城市,以碧桂园等为代表的“先行者”们,或许在智能建造领域还将有更大的想象空间。

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