在日本,有一种独特的机器人应用正在蓬勃发展:建筑机器人。推动建筑机器人发展的是“建造RX(机器人转型;Robotics Transformation)联盟,该联盟是由大型总承包商于2021年9月成立的自发组织。截至2025年7月底,包括合作成员在内的成员数量为301个。
近年来,各种新闻充斥着各种机器人,包括用于自动化钢框架组装和焊接作业的机器人、根据施工图纸在现场绘制精确参考线和标记的放线机器人,以及用于运输重型建筑材料和工具的材料运输机器人。这些建筑机器人诞生于RX联盟的活动,或由该联盟的成员公司负责。该联盟的官方网站列出了各种各样的机器人,包括清洁机器人、外墙材安装机、风量测量机器人和照度测量机器人,给人一种建筑机器人世界经历寒武纪大爆发的印象。
日本的建筑机器人研发历史悠久,最早可追溯到20世纪80年代中期。RX联盟让建筑机器人声名鹊起,但在过去半个世纪里,它们经历了两次挑战和挫折,才发展到如今的水平。这一事实鲜为人知。
建筑机器人究竟是如何走向如今的繁荣的?又将走向何方?我们想以该联盟会长,竹中工务店(日本五大总包之一)专务执行董事村上陆太的话语为起点,揭开它们鲜为人知的故事。
日本建造机器人转型(RX)联盟会长村上陆太
尝试开发机器人,但无法正常移动
村上于1983年加入竹中工务店,加入公司两三年后,他首先从事机器人开发工作,当时他已经习惯了确保建筑物耐久性和安全性的结构设计工作。
“虽然现场的工匠会按照我们的设计建造,但焊接梁柱看起来很危险。我觉得如果有人在这么高的地方跨过脚手架时失去平衡摔倒,那可就太可怕了。我开始想,或许让机器人来做这种工作会更好。”
村上一边进行设计,一边与竹中工务店的技术研究所的工程师们一起开发机器人。虽然最终完成了,但“当我把机器人带到我负责的现场,满怀信心地尝试确认其动作时,它却中途动不了了”。虽然他继续坚持不懈地开发机器人,但有一天,研究所所长给了他最后的忠告:“村上,就这样吧”。
该公司于20世纪90年代初再次开始致力于机器人开发,但与早期不同的是,机器人热潮在整个建筑行业兴起。
当时,泡沫经济崩溃后,全球陷入衰退,但由于泡沫经济仍在蓬勃发展,建筑业受到的影响相对滞后。当时,建筑需求旺盛,人力短缺,因此人们认为机器人是必不可少的。关键在于节省劳动力。得益于泡沫经济,人们在机器人研发上投入了充足的预算。
开发再次暂停
政府也大力支持这项努力。首届建筑机器人研讨会于1990年6月举行,通商产业省(现经济产业省)和建设省(现国土交通省)均在研讨会上发表了主旨演讲,展现了该项目所付出的非凡努力。
建筑机器人在解决建筑现场问题的基础上,也被选为继当时在全球拥有最大市场份额的工业机器人之后的新的机器人应用方向。
机器人最终完成并部署到现场。然而,在一个工地表现良好的机器人,在另一个工地却表现不佳。根据工地条件开发的机器人效果会更好,但这样就反而变成了这个工地的专用机器人,很难部署到其他工地。工地方面也不愿接受机器人,有人说:“这个样子的话还不如人来得快。”
还有一个更大的问题,那就是投资回报率。面向工厂的工业机器人基本上是向多家用户提供同一型号,因此制造商能够同时享受量产带来的规模效应与学习曲线效应。而建筑机器人则是一单一定制的非标生产,既无法形成规模效应,也难以发挥学习曲线效应。也就是说,即使各大总承包商各自按自己的想法去开发建筑机器人,最终也无法实现盈利。
“后来赶上经济衰退,继续研发机器人变得越来越困难。终于有一天,所长对我说:‘村上先生,差不多就到此为止吧。’虽然因为我职位升高,他的措辞已经相当客气,但宣布停止开发的命令依旧冷冰冰地落了下来。”
第三次尝试
在RX联盟成立之前,竹中工务店于2019年12月与鹿岛建设株式会社开展技术合作,共同开发和推广建筑机器人。次年,清水建设株式会社加入合作,标志着村上第三次挑战的开始。
这些竞争对手为了订单展开激烈竞争,而联手的主要原因,毋庸置疑是日益严重的劳动力短缺。劳动年龄人口比例下降的影响,如今正蔓延到那些时间紧迫的建筑工地。此外,《工作方式改革法》于2018年6月颁布。虽然建筑行业获得了五年的宽限期,但该法也规定了自2024年4月起对加班时间进行限制。
与泡沫时代不同,如今劳动力短缺问题已显而易见,亟需采取措施加以解决,机器人也因此再次成为人们关注的焦点。
因此,总承包商们摒弃了过去的束缚,建立了联合开发和信息共享的框架,为技术和专业知识的集中化铺平了道路。第一步就是前面提到的竹中工务店和鹿岛建设之间的合作。随着2021年RX联盟的成立,为整个行业共同前进的宏伟道路奠定了基础。
村上认为,除了劳动力短缺之外,还有其他因素最终支持了这一举措。
“RX联盟的成立正值新冠疫情爆发,这尤其促进了远程控制技术的快速发展。我们一直认为,如果年长且经验丰富的工人能够待在凉爽的空调房里,通过显示器查看现场情况,控制起重机和其他设备,就不用在烈日下工作了。但这在一段时间内一直无法实现。新冠疫情真正实现了这一点。”
村上会长第三次尝试开发建筑机器人
舒适、无需头盔的遥控器
其中一项成果是“TawaRemo”,这是由竹中工务店、鹿岛建设等公司共同开发的塔式起重机远程控制系统,并于2021年12月开始全面实施。
TawaRemo系统将安装在高空塔式起重机驾驶座和臂架上的各种摄像头和仪器的信息传输到地面驾驶舱,从而可以通过操作杆和脚踏开关在驾驶舱内进行远程操作。这减轻了操作员攀爬高空梯子的负担,并简化了与其他作业人员的协调,提高了安全性和舒适性。
“过去,当我们尝试远程控制起重机时,有些人会说,‘我们为什么要这么做?’但随着新冠疫情的出现,远程工作已成为常态,人们不再对远程工作感到犹豫。”
在采访村上之前,我拜访了我的老朋友井川耕作(EARTHBRAIN执行董事、首席信息官兼Landlog公司总裁)的办公室。他向我展示了公司开发的液压挖掘机远程控制系统的演示视频。井川经营的Landlog公司收集土木工程、建筑机械和施工现场的数据,以支持高效的管理和解决问题。
据购买了远程系统的公司负责人井川介绍,一位19岁的女性操作员说道:“我不需要戴头盔,即使穿着凉鞋、化着妆也能操作,非常舒服。” 村上对此回应道:“这也是我们的目标。” 他希望,通过应用先进的数字技术和机器人技术,几年后,现场操作所需的人力能够比现在减少约30%。
即使增加远程办公,也无法将现场员工数量降至零。但是,如果我们能在炎热的夏季正午尽可能多地进行远程办公,创造更舒适的工作环境,安全性和质量就会得到提升。此外,未来与海外员工合作,利用时差实现24小时运营体系也将不再是梦想。
向世界传播建造的魅力
RX联盟接下来将走向何方?
“目前,现场工人掌握建筑机器人可能比较困难,我们希望大规模语言模型(LLM)能够降低这一障碍。”村上说道。
关于LLM,在本连载的前两期(第11回和第12回)中,我们已经分别介绍了美中两国搭载LLM 的建设机器人:第11回——美国 NSF 投资的建设机器人,能够听取并复述确认语音指令;第12回——中国的建设机器人,由LLM负责编程,人类只需用语言下达指令。
特别是在美国,尽管第11回所介绍的美国土木工程师学会(ASCE:American Society of Civil Engineers)早在19世纪(1852年)就已成立,如今仍活跃着像i3CE(International Conference on Computing in Civil Engineering)这样致力于将LLM搭载到建设机器人上的社区。
通过将这样一个全球性的先进社区纳入RX联盟生态系统,不仅可以加速LLM的使用,而且还可以与RX开发的建筑机器人队伍产生协同效应。
掌握尖端技术固然重要,但村上认为,向世界传达建造的魅力也同样重要。
RX联盟不仅致力于提高建筑行业的生产力,更致力于提升其吸引力。出于劳动力短缺或需要跟上社会潮流等原因,我们一直在推动数字技术的引入。然而,我们并没有展现出“一起享受乐趣”的态度。建造本身就充满乐趣。我们利用建筑作为向社会提供空间的手段。每个人都需要快乐地享受它。如果一个人本身不觉得建造有趣,他就无法从事建造行业。我希望RX联盟的努力能够进一步提升建造的吸引力,吸引那些之前对建造不感兴趣的人。”(村上)