香港房地产新政策(《香港大规模房屋发展实施自动化和机械化的潜力》(连载之三))

本文是香港建造业议会(CIC)委托慕尼黑技术大学建筑实现与机器人系主任的顾问项目,旨在评估目前的现场施工过程,并找出现有的瓶颈,探讨可通过实施机器人技术和自动化来改善的路线……这个报告的原文只有英文版,可以在CIC官方网站下载。

这份报告就如何在香港公营房屋建造业应用建筑机器人和自动化技术提供了深刻的见解。因此,对于未来香港和中国其他城市的建筑机器人和自动化的研究和发展是有价值的文献。

笔者认为,本文最大的作用是通过研究知名专家及机构的报告,了解做事的套路,避免走弯路……另外,看完以后也可以对博智林等国内建筑机器人做出一个正确的评价……

这个报告我也是今天看到,但在我以前的文章中,翻译了Thomas BOCK的两篇论文:

笔记《免外墙脚手架机器人施工的唯一技术路线》

笔记《日本预制建筑大规模工业化的演变和服务创新》

在当时并没有深挖Thomas BOCK的背景,只是觉得他的论文质量比较高……由此可见我在分辨论文质量方面,已经达到一定的高度,哈哈哈

今天在AMAZON搜了一下他的书(小伙伴们支持点豆豆,买书很贵啊),顺便把AMAZON关于他的介绍看了一下。

书接上文:

6 流程信息建模(PIM)概念用于机器人现场高效部署

公共建筑施工是一项复杂的工程,包括许多子任务和许多系统化的工作流程,如规划、动员、调度、采购和控制。如果项目团队不能无缝地管理这些过程,可能会导致严重的项目延迟和成本超支。如果使用建筑机器人,这个问题变得更加明显,因为精确的过程和调度信息以及反馈需要确保每项任务的完成是正确的和按时的。然而,缺乏软件基础设施和兼容性意味着没有现有的软件能够适应和同步机器人的操作与现有的建筑信息模型(BIM)或其他管理程序。缺乏这样的软件、硬件集成不足会导致整个系统故障。这也是20世纪80年代日本的单任务机器人方法由于设置时间过长而失败的原因之一PIM将在软件应用领域开辟一个新的商业市场。通过推行建筑机器人和自动化技术,香港将在这类软件整合活动中处于领先地位,并将在后续项目中进一步发展,并影响未来建筑机器人系统的设计、运作、生命周期管理和商业模式。

本章介绍了面向过程的建模方法PIM,该方法提供了一种协同规划、设计、生产、装配和整个项目生命周期管理策略的方法。PIM的主要目标是与传统的BIM相结合,并辅以一个面向过程的数据库平台,实现数据的顺畅传输,促进所有利益相关者之间的无缝、持续的数据共享。数字文档、模拟和实时数据逐步产生,以支持决策过程。一名喷漆机器人在façade上完成一项由香港建造业议会(CIC)委托进行的顾问项目的喷漆任务,证明了PIM的有效性。讨论了PIM在支持建筑机器人的潜在未来应用和推动下一个建筑信息发展方面的影响。

6.1背景

多年来,研究人员一致认为,设计、施工和管理数据的有效整合和协调可能有利于建筑行业的整体表现(Higgin & Jessop, 2003)。最近,其他行业的数据泛滥;建设行业也不例外。在建设项目的每一个步骤中,项目团队都要处理大量的数据,这些数据和决策可能会对建设项目产生严重的影响。目前,建筑信息建模(BIM)技术被认为能够系统地处理多维CAD信息,提高行业内跨学科合作和关键利益相关者之间的数据集成。尽管BIM可以覆盖建筑项目从早期阶段到项目完成的跨度,但在大多数建筑项目中,BIM技术的实施往往是碎片化的。这部分是因为,在实践中,BIM没有有效地分类或整合最相关的数据,并将信息分发给最需要的利益相关者。如果没有特定的协议和关系,一条信息是无法单独发挥作用的(Dossick & Neff, 2009)。BIM技术应该能够提供一个平台,在这个平台上,从项目的每个阶段收集的数据可以被集成,并允许不同应用程序之间的互操作(Eastman, Teicholy, Sacks, & Liston, 2013)。因此,下一代BIM的概念不仅仅是收集信息或使用几种技术工具,还包括跨关键利益相关者的不同协作和相互关系管理信息。此外,在正确的时间为正确的人将正确的信息传递到正确的地点是非常重要的(Jernigan, 2007)。过程信息建模(Process Information Modeling, PIM)是具有发展潜力的下一代BIM,它将加强信息集成,但关注每个施工任务的过程和每个属性之间的关系。在这种情况下,属性可以是人、产品、流程或技术。通过这样做,它可以帮助项目团队从技术和社会两方面识别执行的挑战,并主动提供可行的解决方案(Trist &Bamforth, 1951)。后面一节将演示关于PIM的详细描述。

本章就香港建造业议会(建造业议会)正在进行的顾问计划提出一个方案。提出将PIM的概念应用于façade绘画机器人的应用。总体而言,香港公共房屋建造业面临三大挑战:(1)应付不断增长的需求;(2)实现可负担的价格;(3)应对人口结构变化。因此,CIC委托慕尼黑工业大学建筑实现与机器人系主任(br2)研究和开发为香港PHC量身定制的建筑机器人和自动化策略。所提出的外部喷涂机器人为开发和验证PIM概念提供了机会。建筑机器人的应用将引发施工顺序的一系列变化,并可能彻底改变整个建筑行业。这是一个承诺,以满足学术界和关键利益相关者的合作的挑战,启动一个重要的尝试,开发一个定制的过程导向的方法,基于当前的BIM技术。

虽然针对BIM的课题进行了研究,但在建设项目中采用机器人和自动化技术时,如何实施BIM技术的课题研究较少。剩下的问题不多,例如,在实施机器人自动化操作方法和工作流程时,现有的BIM技术是否仍然足够处理任务,这与传统的方式有很大的不同,如果不是,提出的PIM概念是否能够解决挑战,如何解决?该研究为未来开发PIM应用奠定了基础。然而,由于缺乏可用资源和构建过程的复杂性,只能对PIM应用程序进行概念化。

因此,作者通过广泛的文献研究来评估当前的BIM和大数据技术,以探索每个关键项目阶段的潜在制约因素,并研究如何将这些制约因素转化为建筑行业的机会。提出的PIM概念提供了一种实用的方法,可作为在设计、先例和招标、物流、建设和设施管理阶段整合和分发信息、加强决策程序的指南。因此,所提出的PIM方法可以在建筑行业如何处理如此大量的异构数据方面产生巨大的变化,以及增强信息获取和集成,从而在所有关键利益相关者之间提供实时数据共享。为今后开发实际的PIM应用程序奠定了基础。

6.2建筑信息建模(BIM)和过程信息建模(PIM)

6.2.1 BIM

近年来,BIM是建筑、工程和建筑(AEC)行业最有前途的发展之一。BIM在建筑项目中的影响力越来越大,通常用于设计、可视化、规划、设施管理和成本估算等目的。使用现代建模工具,如Revit Architecture, ArchiCAD或Tekla Structures,由建筑师,设计师和工程师产生的内容已经从传统的2d图纸,草图和书面规格演变为参数化,面向对象的3d模型嵌入信息来详细描述任何建筑或设施(Pan, Langosch, &一杯啤酒,2017)。通过BIM技术,精确的建筑虚拟模型被数字化建造(Azhar, Nadeem, Mok, &梁,2008)。当有效集成时,计算机生成的模型包含精确的几何形状和支持项目涉及的建造、制造和采购活动所需的相关数据。尽管BIM应用声称拥有每个项目阶段数据的无缝集成,但在实践中,数据传递的准确性和快速程度以及数据的利用方式并不明显。这可能是原始数据和应用程序之间的可用性、兼容性和互操作性的结果。这些方面决定了数据是否能够被传输、集成和实时响应。另一方面,BIM应用是一种基于知识和面向对象的方法,旨在数字化和可视化地表现现实世界的情况。换句话说,它可以被认为是真实世界的同卵双胞胎。这听起来可能是无可比拟的,但是,在实施建筑机器人或进行复杂的建筑工程时,仅仅了解现实世界的情况是不够的。需要基于专业知识的、交互式的、主动的和响应性的BIM扩展(Harty, Throssell, Jeffery, &史塔哥,2010)。

6.2.2 PIM

数字技术的广泛应用将导致在整个建设过程中产生大量的数据。一些数据为利益相关者所熟知,例如计算机辅助设计(CAD)数据、Excel数据、3D虚拟化。另一方面,其他一些数据对于利益相关者来说可能不太熟悉,这很大程度上取决于他们的经验、背景和专业领域。PIM的主要目标是确保每个人都正确理解数据;根据现有的信息变量,预测未来会发生什么。需要采取具体的行动来分析可能发生的风险和挑战,然后实时向决策者推荐选项(皮斯托瑞斯,2017)。

PIM应用程序是一种面向流程、以案例为中心的方法,它提供了关于特定任务的详细信息。然后,它被分解成更小的、可管理的数据,并在正确的时间分发给正确的涉众。接受者可以计划;接收者可以通过遵循PIM生成的准则来对分布式数据做出反应。PIM的主要特点是通过提供快速、一致的数据管理和提供交互式、主动的、响应性的数据集成,优化整个建设过程,而不是优化某些部分而忽略其他部分。此外,它还将配备合作和互操作的程序应用程序,提供利益相关者可以理解的信息,快速访问,预测分析,并在问题发生时提供可行的指导(Pan, Langosch, & Bock, 2017)。

PIM原则上包括项目分解、数据管理、PIM大数据(PBD)架构构建、实施和PBD分发五个基本阶段。在项目分解过程中,每个项目阶段都被制定为一个独立的数据集群,可以独立部署、评估、处理和转移。例如,初始数据簇应包括;设计数据、生产数据、采购招标数据、物流数据、快速施工数据和全生命周期管理数据。因此,数据集群是松散耦合的,它们提供了可以分类、分类并与相关方共享的数据库。分析人力数据、物理数据、项目管理数据、设施数据、网络数据等。这一阶段的主要目标是根据关键利益相关者评估的信息的相关性来区分和整合数据。这一行动有可能加强跨部门、跨职能和跨学科的数据交互;因此,它增加了整个项目的价值。

下一步将PBD进一步划分为四个主要数据库:物理数据库、BIM数据库、物联网数据库和维护管理数据库。物理数据库包含通过纸质硬拷贝文件收集的信息,以及尚未转换为数字数据的信息。BIM数据库涵盖了从基础数据到高精密实现的信息范围,包括3D、4D、5D和6D BIM应用。IoBT数据库包括在整个建设阶段收集的一系列智能数据,包括地理位置跟踪、设备监控、库存、采购管理、质量检查、实时测量和控制以及远程操作。维护管理数据库涵盖了生命周期管理活动的维修、变更、转换、升级、调度和预算方面积累的信息(Pistorius, 2017)。

上述数据被收集并存储在PIM数据处理单元(PPU)中。PPU不仅用于数据采集,更重要的是用于一系列可互操作的应用程序,这些应用程序积极地实时处理数据,并分析从各种来源创建的大量数据。PPU的主要策略是对实时数据进行处理、集成、传输、共享和存储。此外,它通过在正确的时间向正确的关键利益相关者分发最相关的信息来加强协作并支持决策活动。在撰写本文时,PIM只是作为一个展示整体概念的概念模型开发的,但它能够基于香港CIC项目创建的场景提供基本说明和数据分析(见图6-1)。

6.3文献综述

在整个建设过程中,建筑行业正在处理来自各个学科的显著增加的数据。如前所述,PIM提案可以看作是大数据应用。应用程序的使用可以为承担各种复杂建设项目的组织或个人产生重大的利益。本部分简要介绍了文献综述和理论背景。

6.3.1大数据

一般来说,大数据包括两个主要活动,包括大数据工程(BDE)和大数据分析(BDA)。首先,大数据积累了大量的数据,然后使用Apache Hadoop (AH)、Apache Spark (as)等工具进行处理。其次,大数据存储是另一个至关重要的任务,它管理着数据的分布或出现。

Apache Hadoop: AH是MapReduce (MR)的开源实现(Dean &格玛沃特,2008)。它的设计目的是在由商用服务器构建的计算机集群上管理非常大的数据库节点。如今,许多基于网络的品牌使用Apache Hadoop平台,如Yahoo!和Facebook。Apache Spark: AS是众多用于处理大规模数据的开源集群计算平台之一。由于处理速度快和用户友好的特点,它最近越来越受欢迎。它具有容错性,并通过解释高级编程语言的应用程序编程接口(api)进行优化,如Python、Java、R和Scala (Zaharia等,2016)。随着异构的、自主的并行分布源和数据数量的增加,BDA已成为许多业务学科的关键。总的来说,BDA为如何处理、存储、管理和访问这些巨大的数据集提供了一种新的范式(Miller, Bowman, Harish, &奎因,2016)。

Starfish:通常,Starfish是数据科学家、业务分析师和IT操作员使用的一种自调优系统,用于可视化、优化AH应用程序并制定战略。它建立在AH应用程序和适应用户的需求,以自动实现更好的性能(希罗多德,等人,2011)。

6.3.2 SODATO

SODATO是Social Data Analytics Tool(社交数据分析工具)的缩写,旨在提供一种通过组织的社交媒体平台积累起来的收集、存储、处理、分析和总结大社交数据的通用方法。它提供了一个与大社交数据积极互动的战略工具(Hussain & Vatrapu, 2014)。

6.3.3编程语言

在PIM概念的发展过程中,可以明显地看到,在计算机软件设计中有各种各样的例子,它们具有与PIM类似的概念原则。通过使用软件编程概念(Pan, Langosch, &一杯啤酒,2017)。面向服务的体系结构(SOA)可以被描述为一种松散耦合的程序体系结构,专门为满足组织的需求而设计(Arsanjani, 2004)。通过使用通信协议,可以将服务提供给另一个组件,并在网络上建立不同软件组件之间的连接(Erl, 2004),服务的定义可以视为可重复任务的逻辑表示。SOA是独立的、自包含的,但是当结合在一起时,它形成了大型软件应用程序的功能。PIM中的单元体系结构与SOA中的服务体系结构也有相似之处。

当链接受单元数据或服务影响的代理时,它是有益的。此外,这些变化还会影响个体代理人的能力或责任(Pan, Langosch, & Bock, 2017)。微服务体系结构是受SOA启发的编程概念。与传统的整体软件应用不同,Microservices提供了独立的程序组件,这些组件分别操作和部署,但仍然基于精确的协议和专用的内存。近年来,微服务体系结构越来越受欢迎;它有潜力为PIM概念的发展做出贡献。然而,突出这一主题的研究有限(Nwana, 1996)。因此,通过应用程序用例进一步验证是必要的。服务发现,或服务发现协议(SDP),是无处不在计算领域的一个新兴领域(Richard & Spencer, 2001)。它们提供了一种机制,允许自动检测网络中任何节点提供的服务。换句话说,服务发现是为请求的服务寻找服务提供者的行为(Czerwinski, Zhao, Hodes, Joseph, & Katz, 1999)。服务发现可以作为PIM体系结构的搜索引擎。

6.3.4系统集成

由于建设项目的复杂性,多学科利益相关者以及使用不同软硬件实现异构数据都难以管理。数据集成变得非常关键,这使得平稳运行和有效的协作(Shen, et al., 2010)。FIATECH (FIATECH, n.d.)发现了建筑内部数据集成方面的一些挑战,这些挑战可以总结如下:

•数据、系统、程序和方法之间缺乏可转移性和互操作性,

•建设项目不同阶段的综合通用管理工具仍然不可用,

•生命周期管理问题往往不被强调。操作、维护、拆卸和回收较少考虑,

•没有管理健康安全措施的通用工具,也无法预测作业危险。

作为未来的施工IT系统,PIM应用程序将确保施工信息在需要的时候可以在适当的时间传递给所需的涉众。所有项目合作伙伴、施工工具、设备和机械将通过综合管理系统相互连接。这将加强规划,使快速反应和优化项目的整体运行(Rezgui和Zarli, 2006年)。

6.4外墙涂装任务的PIM概念开发

在本章中,项目团队以14层建筑为案例,研究如何利用CIC项目中开发的喷漆机器人,实现PIM应用来执行外部façade喷漆任务。首先,详细分析了外墙涂装任务的工作顺序、涉及的利益相关者和数据。图6-2展示了绘图机器人执行façade绘图任务的工作流程,各任务描述对应的数据如表6-1所示。该方法的主要目的是通过从设计阶段到施工阶段的准确信息流提供自动化流程。通过开发属性集实现对BIM软件中存储的数据的扩展。Pset_CIC_Painting是为通用工业基础类(IFC)架构的域层中的IfcArchitectureDomain模式生成的。IFC是一种跨平台、开放的文件格式,描述建筑和建筑行业的数据,不受个人或个人集团的控制。它具有绘画机器人、绘画材料和最大高度的特性。

标准的数据类型分别设置为IfcBoolean、IfcPropertyEnumeratedValue和IfcReal。PaintingRobot查找façade的绘画是否由机器人完成,其中MaxHeight为外墙的最大高度,PaintingMaterial包含绘画信息。创建了包括扩展属性和用于façade绘画的建筑材料/复合材料的CIC模板文件。用户应该使用IFC manager菜单分配每个属性。Pset_CIC_Painting适用于项目实体。然后将BIM文件导出为IFC格式,并通过IFC文件分析器(IFA) (NIST, n.d.)将其导出为Excel文件。如果PaintingRobot返回TRUE,就可以自动提取相应进程的相关数据进行涂装。

6.5关键成果及与façade-processing机器人的集成

本章提供了PIM概念的概述,并介绍了一个用例,演示了在现场使用建筑机器人时,PIM应用程序将如何运行。传统的BIM应用主要用于收集和分发建筑项目的基本信息。然而,它们还不足以应对施工机器人实施的情况。由于它们在理解传感器和机器人产生的操作数据方面的功能有限,因此需要一种更全面的方法。PIM的概念不仅通过收集和分发数据,而且通过对数据进行处理和分析,以优化每项任务的决策,从而提高了施工作业的各个方面。该方法通过结合BIM数据,为项目生命周期的施工阶段提供系统的信息流和管理。这种设计和施工数据集成的解决方案能够改进施工过程管理。在目前的情况下,BIM为建筑项目的设计阶段提供了便利,提供了准确的项目信息。并根据设计数据对施工过程的延续进行了单独处理。然而,由于大多数项目延迟和成本超支是在构建阶段产生的,因此应该采用更集成和自动化的方法。例如,如果能尽快收集正确的材料/设备信息并传递给相应的利益相关方,就可以在实际施工前采取必要的行动。这为防止任何可能的延误提供了机会(例如,在façade油漆的情况下,自动检查油漆的供应商,如果该供应商不可用,通过警告相关方搜索可能的供应商)。此外,本章通过演示如何开展与大量异构数据相关联的BDE和BDA活动,使建筑行业大开眼界。如前所述,在撰写本文时,它仅限于PIM的概念化。PIM只是一个建立整体概念的概念,但它不会对提供基本文档任务的能力产生影响,并将通过使用现有的Microsoft Excel工具提供说明和数据分析。此外,还需要一个全面的研究项目来进一步发展这一概念。使用真实的案例研究来开发PIM开发人员所需要的硬件和软件环境是很重要的。由于时间和资源的限制,PIM应用作为未来建筑行业大数据应用的潜力,以及隐私或数据保护问题没有被详细讨论。

该PIM系统可用于各种机器人施工任务,包括所提出的façade-processing机器人。首先,需要开发具有用户友好用户界面(UI)的集成软件平台(Integrated Software Platform, ISP)。ISP主要由三个子系统组成,分别是PIM仿真;优化、实际执行和实时监控。在PIM仿真中&优化过程中,该任务在机器人仿真软件中进行模拟,在软件中可以导入机器人的模型和目标构建的BIM模型,以估计该任务的持续时间,优化该任务的时间表。生成优化后的任务执行时间表后,将时间表和指令代码发送到作业现场的façade机器人,进行真实的任务执行。最后,实时监控系统将采用三维测绘和导航技术,负责检查和保证任务的质量。图6-3给出了本咨询项目中引入PIM概念的建议策略。

6.6 本章总结

关于高效现场机器人部署的过程信息建模(PIM)概念的关键见解和结果:

1. 阐述了过程信息建模(PIM)的背景。

2. BIM (Building Information Modeling)与过程信息(Process Information)的比较

进行了建模(PIM)。

3.对PIM概念中的关键技术进行了文献综述。

4. 介绍了外墙涂装工程中PIM概念的发展。

5. 指出了PIM概念的关键成果和未来的研究方向。

7 .业务策略和市场执行建议

业务策略/模型导致了设计输入和设计需求,需要从早期概念阶段开始集成到机器人设计中。例如,关于机器人的复杂性或控制界面的性能,以及机器人是为谁设计的,谁操作机器人的问题是至关重要的。因此,本章中讨论的要点被用作设计输入,也用于façade处理机器人的示范性扣留。对于后续的项目,找到合适的商业策略/模型对于开发适合市场的版本更为重要。

简单地说,业务模型帮助组织实现其产品、服务、业务和/或技术的经济价值。该模型清楚地强调了企业在价值链中的位置以及消费者将从中得到什么。一个清晰的商业战略是任何企业成功的关键,是优化创新技术的基础-在当今竞争激烈的全球市场必须的。没有商业模式,新技术的价值有限。一个成功的商业策略可以从这种高成本投资中获得最大的商业回报,并推动创新(Osterwalder &Pigneur, 2010)。在本节中,将讨论拟议的机器人系统的适当业务策略及其实施建议。

7.1香港建造业及市场的现况

香港建筑市场正处于最活跃而稳定的阶段。预计正在进行及即将进行的大型公共基建工程,将有助本港的建筑工程数目维持在目前的高位。这些重点公共项目包括桥梁、公路、商业地区发展和公共房屋,其中一项是未来10年48万个单位的长期房屋供应计划(政府统计处,2016)。根据弗罗斯特&Sullivan是一家全球咨询公司,预计到2020年,香港建筑工程市场规模将达到1732亿港元。然而,不可忽视的是,尽管市场看似繁荣,但一些约束和趋势似乎会影响未来的项目实施(金融时报,2015)。

(1)劳动力老龄化,劳动力短缺。

一方面,有经验的技术工人辞职或退休。据统计,截至2014年底,香港从业10年以上的建筑工人中,50岁以上的约占44.4%。与此同时,中国内地和澳门越来越多有吸引力的高收入建筑项目吸引了更多的行业专业人士和专家离开香港。另一方面,由于过分强调社会地位,不愿意从事艰苦的蓝领建筑工作,愿意加入建筑业的年轻人数量正在下降。因此,香港建造业的劳动力越来越稀缺,甚至造成一些基建项目的延期。目前,香港约有12.5万个建筑工作岗位无法招聘,尤其是危险的户外工作。与此同时,当地人不接受移民的融入,问题变得更加复杂(金融时报,2015)。

(2)成本太高。

劳动力供给不足导致建筑成本随着劳动力成本的上升而不断上升。根据建筑资产设计及咨询公司阿卡迪斯对全球44个主要城市的国际建筑成本指数(金融时报,2015)的分析,香港仍然是亚洲建筑成本最高的城市,成为仅次于纽约的全球第二高的城市。

(3)房价越来越高。

上述因素不可避免地推高了香港的房价。香港现在是世界上最昂贵的房地产市场。虽然政府多次推出热招政策以给市场价格降温,但私人地产价格持续创新高。越来越多的人排队等候公屋,等候时间越来越长。

香港的建筑市场是一个开放的市场,世界各地的玩家都可以加入进来,进行相对平等的竞争。这意味着,谁能满足政府的要求,找到更好的解决方案或技术来克服这些限制,谁就有可能赢得未来的市场。增加香港预期的市场容量,就有可能投资于新科技的应用,因此,无论香港的建造业或政府,都应专注于投资于真正有效的解决方案和措施,以提高业界的生产力和可持续发展。

7.2 façade机器人系统与人工的特点比较

从以上事实和分析来看,劳工问题普遍是香港建造业发展中最重要的问题。因此,机器人可以被认为是一个长期的解决方案,以减轻和抵消劳动力相关的影响。在这个报告中,我们将重点介绍façade机器人系统,它可以代替建筑物的精细抹灰、打磨、油漆、清洁、检查和标记、façade安装和更换、管道安装等原本危险、有害的劳动密集型但劳动力短缺的工作。由于香港对质量的特殊要求,这些工作必须在现场完成。人工劳动与façade机器人系统的比较如表7-1所示。

7.3机器人系统对相关利益相关者的好处

通过实施façade机器人系统,以下利益相关者将享受如下所列的主要利益。

(1)政府和CIC层面

•行业安全水平大幅提升;

•相关工作质量能够达到比较稳定和良好的水平,更加可控;

•有助于克服劳动力短缺的制约,更好地控制劳动力成本越来越高导致的房价长期上涨。此外,它降低了项目延误的风险,这对公共住房项目来说是非常重要的;

•保持甚至提高相关领域的生产力;

•工作环境的改善,加上工作技术含量的提高,将吸引更多的年轻人进入行业;

•有可能降低未来的公共保险支出,减轻医疗保健方面的社会负担。

(2)建筑企业层面:

•提高工人的现场安全;

•可重复工作的更高工作效率;

•此外,通过使用新技术,它可能有助于赢得未来的市场。

(3)机器人租赁和服务商层面:

•这一趋势将改变收入和利润产生的模式。这两类用户只要找到合适的商业模式,就有可能通过机器人系统获得新的商业销售。

(4)厂商层面:

•任何新的潜在市场都将吸引制造商的参与。那么,先发者将获得一些优势。

7.4 façade机器人系统现阶段的业务策略

香港长期公营房屋供应的建筑市场,为投资和应用新科技提供了机会和适当时机。为了推动幕墙机器人系统的技术和应用,需要各方面的协同。

(1)从长远的经济考虑,所提出的机器人系统需要扩充其容量

机器人系统的设计者需要从应用的角度出发,提供既实用高效又经济的解决方案。目前,根据实地考察的反馈,估计香港公共房屋建设的façade粉刷任务大约只占总建筑成本的1-2%。因此,如图4-20所示,为了最大限度地利用façade-processing机器人可以挖掘的潜在建筑预算,扩大所提出的机器人系统可以承担的任务的数量是很重要的(即,从仅绘画到其他façade任务)。最终目标是通过机器人末端执行器的模块化任务扩展来覆盖建筑成本的10- 15%(因此,所有机器人都面临外部处理任务)。此外,扩大机器人系统可以应用的建筑类型也很重要(即从公共住房到其他建筑类型)。

•以最经济的方式进行多功能设计。例如,机器人系统可以通过一个可变的部件完成不同类型的工作。这些工作包括建筑精细抹灰、打磨、油漆、清洁、检查和标记、façade安装和更换、管道安装等。这就是为什么该方案提供了一种通用的即插即用末端执行器系统设计。有利于降低设备投资成本。

•应用场景扩展。该制度不限于公共住房申请。它也可以应用于其他建筑,如办公楼,酒店,公共和商业建筑,工厂,船厂,可选的可变即插即用的末端执行器。

(2)政府必须发挥关键作用,提供激励政策来启动申请

在创业初期,最大的障碍来自于对用户成本的关注。因此,香港政府的激励政策对于推动申请是相当关键的。政府可考虑要求成功竞标者使用新的机器人系统,在第一年提供低息或无息贷款。另一种可能的方法是支持一种新的服务中心形式,不仅可以租赁机器人系统,还可以用PPP模式提供相关的façade服务。最后,这将带动香港建造业的升级,使其更以科技为主导,为未来的准备工作做准备。

(3) CIC是重要的总协调员平台

除了在整个香港机器人系统应用项目中担任主要协调者外,CIC还可以搭建智能平台,提供咨询、培训和认证活动。在帮助政府制定正确的政策时,可以组织和收集用户的实际反馈,以便在早期更好地进行技术改进。

(4)可以考虑打造服务型租赁中心的新形态

与建筑承包商不同,服务型租赁中心更灵活,更有可能产生新的业务领域和利润。一方面,它可以租赁机器人系统,以回报投资。另一方面,它可以是不同建设项目或售后服务的服务提供者本身。这些服务将带来新的利润增长和缩短的投资回收期。该模型将为中心提供相对较低的施工成本,施工企业,谁的机器人系统。

(5)与现有制造领域合作将是一个可能的解决方案

由于香港是一个以服务为主导的城市,因此很难在本地支持以制造业为基础的公司。因此,与附近已有的机器人系统(如中国大陆的一些)合作,对于机器人系统的规模化生产,从成本上来说,是一个更现实的解决方案。

(6)建筑机器人认证方案

慕尼黑工业大学将与中投公司密切合作,共同制定操作和维护机器人系统的培训和标准化计划。CIC将为培训过的工人颁发操作和维护机器人系统的证书。为了保证培训质量,承包商/房地产公司需要为工人提供在真实环境中实践的训练场地。有关认可计划的详细信息见第8.3节。

7.5以油漆为例,成本降低和回报时间的假设

项目组假设提出的机器人系统可以节省现有人工和材料成本的10%,这是一个相对可行的目标。然后根据现场案例研究收集到的数据,绘制任务的大致成本如表7-2所示

根据估计,每幢大厦可节省的成本为120,000港元,而利润率则可增加200%(即24.5万港元)。初步估计,首架功能原型机的成本约为1,925,870港元。然而,原型机的成本总是比大规模生产的最终产品要高。本计划假设最终系统的预定目标成本约为963,140港元。那么,投资回收期将小于2年,这相当于4栋建筑的竣工时间。这也取决于承包商的工作价值。原则上,当该系统更频繁地实施时,将实现更快的回报时间。

7.6教育培训

劳动力短缺是香港建造业面临的最关键问题之一。要了解短期和长期的劳动力短缺情况,需要有一个明确的劳动力短缺预测。评估技能差距、技能提升、培训和学徒,以满足当前劳动任务的要求,以及引入自动化和机器人技术带来的新技能集。下面的部分描述了两种提出的培训策略,其中第一种侧重于一线工人的培训,第二种侧重于工程师和管理人员的教育和培训。建筑业需要加快步伐,寻找一个可行的解决方案,吸引更多的年轻人在建筑业工作。此外,通过引进新的技术、法规和政策,形成新的一套市场。

7.6.1工人层面的教育和培训:

•与香港建筑学院(HKIC)的架构和范围相配合,并以引入建筑机器人技术为重点,使现有员工获得有关主题的基本知识,并有可能实现职业发展和专业水平的提升

•提供与现有培训计划相一致的协作培训计划

•提供以现场机器人操作和控制为重点的培训项目,并在CIC培训设施提供脱产培训和在职培训

•提供健康和安全培训计划,以确保人类和机器人的安全合作

•提供机器人维护和维修的培训计划

•为施工机器人的操作和维护提供认证方案

7.6.2工程师和决策者的教育和培训:

•提供跨学科的硕士课程(例如,由几所香港大学提供),专注于建筑机器人,使该领域专业化。硕士课程将连接业界和学术界,旨在解决高度实际的问题。未来的建设行业将吸收各领域的先进技术,向新的事业领域扩张。它可以被认为是建设的战略设计和进一步发展的孵化器

7.6.3创业教育培训:

•鼓励该领域的创业精神

•为初创企业提供融资、授权、营销和网络方面的支持

•为创意和发明的商业化提供支持

•与现有协会(如香港科学)建立合作关系

7.7促进创业、创业、开发机器人供应和运营基础设施

地理上,毗邻香港的珠江三角洲经济区,由广州、深圳、东莞、佛山、中山、珠海、江门以及惠州、肇庆的部分地区组成,是改革开放以来中国内地经济最具活力的地区。令人惊讶的是,与香港毗邻的深圳已经从一个小渔村变成了中国南方最大的经济体。2017年前三季度,这个新兴城市的经济产出同比增长8.8%,达到1.54万亿元(2326.6亿美元)。虽然这一数字不及香港同期的1.94万亿港元(合2482.7亿美元),但差距正在缩小(He, 2017)。深圳是众多科技公司的总部,包括腾讯、华为和大疆等巨头,这些公司都以在研发上的巨额支出而闻名,2016年的GDP数字增长了约600亿元,达到2.01万亿元。显然,近年来,深圳的企业在机器人和人工智能(AI)方面投入了大量的研发投资,但很少有企业关注建筑机器人和自动化领域。这为香港的同行提供了巨大的机会,让他们携手合作,利用珠江三角洲经济区的资源,为各方带来潜在的互利。此外,在香港的技术专长和珠三角经济区的制造能力的推动下,合作可以带来建造业的下一个技术飞跃(He, 2017)。

7.8 本章总结

关于业务战略和市场实施建议的关键见解和结果:

1.对façade机器人系统与人工进行了特征比较。

2. 揭示了机器人系统对相关利益相关者的好处。

3.描述了façade机器人系统现阶段的经营策略。

4. 对报告中提出的façade末端执行器喷涂机器人系统的成本降低和回收时间进行了估计。

5. 制定了工人、工程师、政策制定者和商业人士参与建筑机器人的教育和培训计划。

6. 还考虑了促进商业创造、创业以及机器人供应和运营基础设施的发展。

8香港建造业未来现场机器人技术部署路线图

在香港建造业推行机器人及自动化技术的路线图,对香港未来的发展至关重要。项目路线图展示了目前已经基本完成的项目,以及后续的4个项目(2A、2B、2C、2D)。项目路线图描述了后续项目需要经历的主要阶段、阶段和里程碑,以便满足未来的愿景。路线图涵盖了3个时间跨度(起始、后续开发、未来愿景),并被分为4个里程碑。请注意,这是项目路线图的最初草稿。最终的路线图需要与关键涉众、财团和合作伙伴一起起草(参见下一页的图8-1)。

通常,总体路线图由4个确定的里程碑组成。

•里程碑1(6个月):设计完成(2A)。

•里程碑2(12个月):完成1:1模型,并在试点项目(2A)下进行测试。成功组织研讨会(2D)。设计完成情况(2B)。

•里程碑3(第15个月):完成2A, 2C项目。成功将拟议系统交付TRL 6-7 (2A)。

•里程碑4(21个月):完成2B项目。

8.1项目2A:进一步开发具有机器人特征的先进机械化施工工具(façade-processing机器人):

2A项目的目标是在当前发展的基础上最终确定拟议的façade-processing机器人。项目团队的目标是将目前的设计提高到技术准备水平(TRL 7-8)。将制作1:1比例的功能演示(模型),为现场试点项目和测试做好准备。模型将被运送到专门的试点地点进行测试。现场试验项目的反馈将用于系统优化。到二期甲计划完成时,拟议系统将会全面运作,并进行实地测试,并准备向市场推广。

2A计划所涉及的主要子任务包括:

•对提出的façade-processing机器人进行详细设计,确定主要框架、稳定系统、油漆分配、自动喷嘴的设计,并完成其他最终的系统集成

•生产第一款基本测试范围1:1比例的演示机

•在现场试验项目之前,在实验室条件下进行相关试验

•为试点项目和试验进行必要的培训

•进行风险评估并降低潜在风险

•分析现有的施工现场基础设施,确定关键区域是否适合实施拟议的系统

•在试验现场安装和校准第一个演示器

•在实际现场条件下测试系统的功能和耐用性

•确认任何工具的适当性和安全性,并确认任何工作实践是安全的,符合组织/法定标准。

•评估实施过程中的利益和制约因素

•记录风险和问题,并提出改进策略

•测试物流、沟通和利益相关者管理计划

•评估现有设备和工具,并提出升级策略

•根据第一个试点项目的结果优化设计

•完成1:1比例演示样机的设计和升级

•开展第二轮试点工作

•评估在试点项目和试验期间出现的技能短缺

•提出可行的软件和沟通策略

•如果需要,建议额外的培训

8.2项目2B:根据确定的优先领域开发一批建筑机器人模型

2B项目的目标是选择适当的系统,根据确定的优先领域按比例生产模型。项目组将开展知识产权相关工作,并启动专利申请。慕尼黑工业大学将与香港科技园和CITAC紧密合作,共同完成这些任务。目前2B项目仅为初步提案。

2B所涉及的主要子任务是:

•对所选系统进行详细设计

•根据要求确定自由度和自动化程度

•以适当的比例生产模型

•测试t的基本函数和运动学

2B所涉及的主要子任务是:

•对所选系统进行详细设计

•根据要求确定自由度和自动化程度

•以适当的比例生产模型

•测试系统的基本功能和运动学,并提出改进建议

•制定与开发、合作、外包和分包相关的内部知识产权政策和许可管理及其他协议

•建立知识产权组合,并在项目团队中建立所有权或权利

•为模型设计用户手册和安全手册

•在CITAC的展览中心安装模型

8.3项目2C:培训、标准化、认证

在2C项目中,慕尼黑工业大学将与中投公司密切合作,共同制定机器人系统操作和维护的培训和标准化程序。CIC将为培训过的工人颁发操作和维护机器人系统的证书。为了保证培训质量,承包商/房地产公司需要为工人提供在真实环境中实践的训练场地。

2C涉及的主要子任务是:

•开展全球现场施工机器人认证课题研究

•与相关人士建立初步联系,例如香港服务供应商(HKSS)、香港SGS无损检测(NDT)、机电工程署(机电工程署)、香港物流及供应链管理研发中心(LSCM)、香港绿色建筑议会有限公司(HKGBC)的建筑环境评估方法(BEAM)、环境保护署(环保署)、香港房屋委员会(HKHA)、及香港认可处(认可处)的产品合格认证计划(pcsc)

•验证额外的,可能是必要的认证

•检查是否遵守并处理所有当地和国际标准

•指定官方培训机构和设施

8.4项目2D,传播干系人管理

在2D项目中,慕尼黑工业大学将与中投公司共同筹备为期两天的研讨会。按照建议,讲习班包括邀请主题演讲和圆桌讨论。研讨会的重点是行业驱动的研究。受邀的讲者需要展示一个创新的实际应用,该应用可能解决香港某一特定建筑相关问题。邀请演讲人将向演讲人索取一份功能模型,并将在指定的展览空间展示。

2D所涉及的主要子任务是:

•研讨会的组织

•网络与传播

•展品的管理和物流(模型)

•展览做准备

8.5本章总结

为香港房屋建造业未来的现场机器人技术部署制定路线图的主要见解和成果:

1. 政府提出未来在香港建造业应用机器人技术的路线图。

2. 对路线图的关键元素进行了解释,以便更好地理解和使用。

3.说明后续4个项目(项目2A、2B、2C、2D)的目标和任务。

9总结、结论和展望

本报告总结了已开展的主要活动和取得的成果。首先,概述了背景、情况和需求分析的结果。其次,介绍了使用现场机器人的优先领域的确定过程的结果。这一过程包括基本场景的定义,在线调查,现场案例研究,识别和分析潜在适合机器人使用的施工过程,共同创造研讨会,详细描述潜在机器人解决方案的需求和功能,以及潜在优先领域的分析。第三,示范性的成果,重点领域façade-processing的技术细节,以及一个原型(模型)的发展,以示范和展览的概念在CITAC。第四,总结了涉及范例详细优先领域的建议(关于流程信息建模和业务策略)的开发结果。最后,提出在香港建造业推行机器人及自动化技术的路线图,以及推行后续计划的策略。

这份报告就如何在香港公营房屋建造业应用建筑机器人和自动化技术提供了深刻的见解。因此,对于未来香港和中国其他城市的建筑机器人和自动化的研究和发展是有价值的文献。总而言之,本报告各章节的目的、结果和关键结论列于下表(见表9-1)。此表还可作为一种工具,方便读者快速检索报告各章节的要点。

附表:略

未完待续

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THE END
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