问题描述

建筑业依然处于发展方式粗放、劳动生产率低、高耗能高排放等问题。同时，随着生育率持续降低、人口老龄化加剧导致建筑工人正逐年减少。如何将机器人施工和装配式建造相结合以解决建筑工业化和高能耗是需要建筑业和制造业共同关注的产业技术问题。

自动化生产和机器人施工技术是解决建筑工业化和高能耗问题的关键。钢筋混凝土材料的复合特性和预制构件的结构特点，建筑用机器人系统在架构、控制及运行环境等方面与传统工业机器人有很大不同，现有的工业机器人技术并不能建筑施工中满足需要。除生产制造环节外，在构件的运输、吊装、安装施工、装修、质量检测及运维等方面，智能机器人也都面临着一些特殊的技术问题。

新技术为解决建筑工业化和高能耗带来了新的契机，系统性的该问题迫切需要解决：（1）设计、生产、施工等阶段采用标准化设计、自动化生产，机器人施工和装配式建造技术的创新发展，如何形成完整的标准技术体系；（2）建筑产品对于市场适应性等原因，预制构件难以定型化、标准化，致使生产效率降低，成本居高不下，难以推广，应因地制宜的制定地域性标准产品；（3）根据国内现行标准的预制构件连接节点复杂，如何简化连接以适应装配式建造和机器人施工是持续提升装配式建筑易建性的主要标准制定和研究方向；（4）装配式建筑现行评价标准引导下，大多数做法将简单平板构件放在工厂制作，把大量的钢筋作业、模板复杂的构件留在施工现场制作，现场钢筋和模板作业量大、安装质量不易保证、施工效率较低、不宜推广现场机器人施工；（5）施工机器人技术尚不完善，且存在智能化程度不高、对需求适配性不高、抗干扰性差、难以满足复杂现场条件下施工的需求，导致其无法大规模推广应用；（6）建筑机器人的开发和使用方面缺乏系统性的、统一的行业标准；（7）施工机器人以装饰装修工程为主，缺乏对主体结构施工的机器人建造技术开发；（8）运维机器人处于探索阶段；

针对在建筑建造过程中设计、生产、施工、运维等阶段采用标准化设计、自动化生产，机器人施工和装配式建造技术的创新发展，应建立健全的智能建造设计、施工标准体系，推行地区性产品部品标准化体系，从评价标准引导复杂构件部品、成型钢筋网片工厂化生产、简单平板构件现场施工，引导采用钢结构建筑助力机器人智能建造，鼓励开发和使用主体结构施工的机器人建造技术开发和应用。

问题背景

建造活动经历了人力、机械化、自动化及数字化等阶段，建造的发展与四次工业革命的典型创新技术紧密结合，进而实现装备、技术、方法和理论的创新。随着建造规模效率、安全、环保等更高要求，智能建造阶段已逐步到来，用于砌筑、焊接、整平、铺设等用途的机器人相继面世。基于机器人技术的智能建造已成为时代潮流，打造集标准化设计、智能化装备、自动化生产、智慧化物流、机器人一体化施工及装配式建造的全流程生态圈成为全球关注问题。自2016年起开始正式由上而下推进装配式建造，国务院、住建部陆续出台《建筑产业现代化发展纲要》、《关于大力发展装配式建筑的指导意见》等一系列重要文件，提出力争10年内使装配式建筑占新建建筑的比例达到30%的发展目标，意味着每年数亿平方米的建造量，建筑业面临着巨大的转型升级压力。另外，根据《住房和城乡建设部办公厅关于印发智能建造与新型建筑工业化协同发展可复制经验做法清单（第一批）的通知》可知，政府将大力支持全国各地推广智能自动化生产、推动机器人智能施工、建设建筑产业互联网平台等多方面的积极探索。2018年，中国工程建设标准化协会批准发布《易建性评价标准》。标准的制定为了设计和建造更易建的建筑以及开拓出更节省劳动力的高效技术和方法，提高行业劳动生产率和建筑质量。

《中国建筑能耗研究报告（2020）》显示，建筑能耗占全国能源消费总量的比重为46.5%，其中，建材生产阶段占建筑全寿命周期能耗51.3%。为了解决建筑业高能耗的目标，2021年《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》提出建筑行业应推动产业结构优化升级、加快推进工业领域低碳工艺革新和数字化转型，实施工程建设全过程绿色建造。

最新进展（截止问题发布年度）

对于建筑工业化和高能耗研究研究涉及从设计、施工完成到使用的各个阶段，基于视角的差异，研究的侧重点不尽相同。1983年，英国率先提出在满足建筑物全部要求的前提下，设计方案应简化施工；1993年澳大利提出平衡各种项目与环境限制，以实现项目目标和建筑性能达到最佳水平；2000年新加坡建设局（BCA）以法规的方法对所有新的建筑项目实行《建筑物易建性评分》规范，建筑设计的易建性分值由结构体系、墙体体系和其他易建性特征三部分的分值汇总求和得到的。2001年中国香港要求建筑设计应有助于有效利用建筑资源并提高现场建造便捷性和安全性。2010年法国将建筑的设计、施工和拆除全过程纳入到建筑易建性要求中。国内的建筑易建性概念引入是在1996年，从结构、机电、施工、监理四个方面论述了建筑工程易建性的影响因素。而国内的易建性的评价标准则起步较晚，在2018年和2019年分别由珠海市和中国工程标准化协会发布，其主要目的是通过优化设计和工业化的建造方式，降低设计施工成本，提高劳动生产效率。

2016年，中国自动化学会成立建筑机器人专业委员会，旨在联合全国的机器人、建筑工程、工程装备等领域专家和机构，共同推进机器人相关技术在建筑全生命周期的各类应用。针对装配式建筑，专委会对机器人技术的应用途径及技术难点进行了探讨，一致认为包括构件制造在内，涵盖现场吊装、内部装修、检测、维护等多个场合，机器人技术极具应用前景。

对于装配式建筑，我国已在建造标准、工艺规范与流程、BIM辅助设计/建造、优化管理等方面开展了大量研究与实践。2020年9月国家九部委联合发文《关于加快新型建筑工业化发展的若干意见》中明确了要大力推进总承包和全过程。而新型建筑工业化的“新”主要体现在建造方式的“新”：即从传统的、手工业的、粗放型的建造方式即新型的、工业化的、精细化的建造方式 。建筑业不能再走“大量建设、大量消耗、大量排放”的传统的发展道路，而是需要解决全产业链、全生命周期的发展问题，重点解决建造过程的连续性问题，实现整体效益的最大化，实现部品部件大规模的、工厂化的流水作业的生产。 2021年3月全国两会发布的《第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》提出：“十四五”期间，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。同时以装配式建筑为载体，协同推进智能建造与新型建筑工业化。如何通过标准化设计、自动化生产、机器人施工和装配式建造系统性解决建筑工业化和高能耗成为持续推进我国建筑工业化转型的关键问题。

重要意义

智能化建造技术的应用有效地提升了工艺的生产效率与质量，极大地降低了时间成本。通过采用标准化设计、自动化生产，机器人施工和装配式建造相结合的方式，可减少施工扬尘、噪音等污染，实现节能、节水、节材、节地等环保理念，具有良好的社会效益和经济效益。对解决现有产品生产、施工质量存在问题有大幅帮助。此技术的发展，可作为建设节能减排型、资源节约型、生态环保型美丽中国的举措，对加快新型智慧城市的建设具有多重维度的借鉴意义。