在住宅裝修領(lǐng)域，由于量價(jià)關(guān)系、施工管理等因素，墻磚鋪貼與地磚鋪貼通常呈統(tǒng)一發(fā)包與承包的特征（見圖1）。首先，墻磚鋪貼相對于地磚鋪貼，施工難度更大，因此其人工單價(jià)一般比地磚鋪貼作業(yè)高。出于對量價(jià)關(guān)系的考量，市場偏好將墻磚廠、地磚鋪貼工程進(jìn)行統(tǒng)一發(fā)承包，以降低成本投入。其次，墻磚鋪貼與地磚鋪貼具有較高互通性，統(tǒng)一承包、發(fā)包能降低生產(chǎn)各方管理難度，有利于提高各方溝通效率。因此，墻磚鋪貼與地磚鋪貼長期以來在市場上一般呈現(xiàn)出整體性發(fā)包與承包組織特征，而這種組織特征也使墻磚鋪貼工序難以進(jìn)一步細(xì)化。

圖1 傳統(tǒng)墻磚鋪貼所呈現(xiàn)的施工特點(diǎn)

       土建與裝修間存在強(qiáng)相關(guān)關(guān)系，裝修作業(yè)質(zhì)量與進(jìn)度受制于土建移交的基層質(zhì)量與時(shí)間節(jié)點(diǎn)（見圖1）。土建移交基層質(zhì)量問題往往影響裝修作業(yè)流水的形成與持續(xù)性，土建作業(yè)工期延長與整改也將影響裝修作業(yè)的計(jì)劃排程。首先，墻體垂平度、方正度不達(dá)標(biāo)與基層空鼓是土建移交裝修階段的常見問題，通常導(dǎo)致后續(xù)裝修材料浪費(fèi)并影響裝修觀感；其次，對土建質(zhì)量問題的整改，需要耗費(fèi)額外時(shí)間及成本。因此，土建基層質(zhì)量及整改進(jìn)度導(dǎo)致無法批量移交裝修，進(jìn)一步導(dǎo)致流水作業(yè)面缺失。

       在住宅建筑中，墻面瓷磚鋪貼的作業(yè)場景十分復(fù)雜（見圖2）。首先，其主要應(yīng)用于廚衛(wèi)等空間，用于阻斷水汽、油污等因子對墻面的腐蝕，此類型區(qū)域一般空間局促、水電氣線路復(fù)雜。同時(shí)，廚衛(wèi)狹小空間內(nèi)劃分有多個(gè)功能分區(qū)，這導(dǎo)致作業(yè)面被分割為多個(gè)不規(guī)則作業(yè)面，進(jìn)一步加大了墻磚鋪貼作業(yè)難度。其次，作業(yè)場景承載大量生產(chǎn)要素，且各要素相互獨(dú)立并自發(fā)展開作業(yè)，其流動(dòng)具有隨機(jī)性和不可控性。以人力要素為例，鋪貼作業(yè)涉及切、搬、拌、貼等多個(gè)工序，這導(dǎo)致在同一作業(yè)場景下有多人同時(shí)作業(yè)，且作業(yè)人員往往按主觀即時(shí)判斷隨機(jī)切換作業(yè)面，以此提高個(gè)人作業(yè)效率。這極大地提高了工序間沖突概率，難以滿足流水生產(chǎn)對作業(yè)連續(xù)性的要求。

       結(jié)合上述施工特點(diǎn)分析，建筑機(jī)器人的發(fā)展能賦能于串聯(lián)施工生產(chǎn)中的關(guān)鍵要素，穩(wěn)定施工生產(chǎn)質(zhì)量及打通項(xiàng)目管理數(shù)字化鏈接，推動(dòng)施工生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化移交、流水化組織、標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)與網(wǎng)絡(luò)化管理（見圖2）。

圖2 基于建筑機(jī)器人發(fā)展的全局?jǐn)?shù)字化

       測量機(jī)器人運(yùn)用AI測量算法處理技術(shù)和模擬人工測量規(guī)則完成實(shí)測實(shí)量任務(wù)，保障測量范圍精準(zhǔn)覆蓋。同時(shí)，其測量數(shù)據(jù)能實(shí)現(xiàn)云端即時(shí)上傳與儲存，并生成數(shù)據(jù)報(bào)表與進(jìn)度及工效分析。測量機(jī)器人集成的建筑空間數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)平臺進(jìn)行數(shù)字化處理，并為作業(yè)類建筑機(jī)器人提供精確的基礎(chǔ)信息參數(shù)，為機(jī)器人自動(dòng)化作業(yè)提供前置準(zhǔn)備工作。進(jìn)一步地，機(jī)器人驅(qū)動(dòng)下的數(shù)字化移交推動(dòng)形成建造過程各環(huán)節(jié)數(shù)字化鏈接，使建造全生命周期數(shù)據(jù)可追溯，有效保障復(fù)雜工程質(zhì)量水平及工序間作業(yè)面移交效率。

       首先，建筑機(jī)器人的應(yīng)用使施工生產(chǎn)效率趨于穩(wěn)定，管理平臺可根據(jù)各款建筑機(jī)器人作業(yè)特點(diǎn)、工藝要求、材料特性等實(shí)施多機(jī)協(xié)同的流水組織，以及機(jī)器人端到端數(shù)字化鏈接。同時(shí)，項(xiàng)目全生命周期管理信息的數(shù)字化與可視化進(jìn)一步推動(dòng)科學(xué)策劃，支持合理制定和修正施工進(jìn)度計(jì)劃、物料管理計(jì)劃、人員需求計(jì)劃等，形成可落地的智能化流水生產(chǎn)組織方案。流水化組織將繁雜的管理程序化，降低項(xiàng)目管理難度，提高管理精準(zhǔn)度，推動(dòng)管理效率有效提升。

       操作者按標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)程序進(jìn)行操作，管理人員按其檢查操作者對標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行情況，從而可以最大限度地避免異常情況的發(fā)生。建筑機(jī)器人程序化的任務(wù)獲取與執(zhí)行方式為建筑業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)提供了基礎(chǔ)，標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)成為推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級的重要因素。一方面，建筑機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)有效規(guī)避傳統(tǒng)人工個(gè)體因素對作業(yè)質(zhì)量的影響，包括作業(yè)經(jīng)驗(yàn)、身體狀態(tài)、精神狀態(tài)等，一定程度上保障作業(yè)質(zhì)量的高水平與高穩(wěn)定。另一方面，標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)經(jīng)過一定基數(shù)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)后，可通過回收作業(yè)執(zhí)行產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，建立模型供管理系統(tǒng)學(xué)習(xí)和進(jìn)化，賦予管理系統(tǒng)深度學(xué)習(xí)功能，不斷修正作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，增強(qiáng)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對復(fù)雜場景、復(fù)雜任務(wù)的適用性。

       隨著智能一體化施工模式的推廣應(yīng)用，工程管理逐漸形成橫縱一體化的網(wǎng)絡(luò)化管理，資源配置效率極大提升。首先，網(wǎng)絡(luò)化管理通過生產(chǎn)信息的實(shí)時(shí)共享打破固有組織壁壘，推動(dòng)形成建設(shè)主體、生產(chǎn)主體與勞務(wù)主體實(shí)現(xiàn)橫向一體化，極大地提高橫向主體間協(xié)作效率與整體管理效率。另外，基于BIM模型及建筑機(jī)器人集成空間數(shù)據(jù)，形成設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理各環(huán)節(jié)的縱向一體化，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理生產(chǎn)過程中的異常情況，保障網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)高效運(yùn)行。充分發(fā)揮BIM、互聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、云計(jì)算等技術(shù)優(yōu)勢,不斷推動(dòng)生產(chǎn)模式和組織方式變革，網(wǎng)絡(luò)化管理成為智能一體化施工模式的重要管理手段。

       建筑機(jī)器人作為一種全新勞動(dòng)力形態(tài)，正在深刻改變著建筑業(yè)生產(chǎn)組織方式。但與傳統(tǒng)制造業(yè)不同的是，建筑業(yè)施工現(xiàn)場采用產(chǎn)品不動(dòng)、設(shè)備移動(dòng)的生產(chǎn)方式，且施工生產(chǎn)環(huán)境往往較復(fù)雜多變。基于設(shè)計(jì)圖紙預(yù)設(shè)作業(yè)程序的建筑機(jī)器人無法預(yù)判作業(yè)場景中突發(fā)的、無序的變化因素，因此建筑機(jī)器人難以實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)作業(yè)。人機(jī)合作將在一定時(shí)間范圍內(nèi)成為建筑機(jī)器人應(yīng)用常態(tài)。同時(shí)，隨著建筑機(jī)器人應(yīng)用深化及其所形成的數(shù)字化技術(shù)推動(dòng)，亦會不斷優(yōu)化人機(jī)分工與組織模式。結(jié)合不同生產(chǎn)場景和環(huán)節(jié)，人機(jī)合作策略可分為：界面分工與人機(jī)協(xié)作、工序分工與人機(jī)協(xié)同、決策分工與人機(jī)融合等（見圖3）。

圖3 分工細(xì)化與人機(jī)合作策略

       在單個(gè)工序作業(yè)中，作業(yè)面的合理劃分與要素組織是效率提升的關(guān)鍵。人機(jī)協(xié)作是保障效率較優(yōu)的合作策略，通過合理劃分作業(yè)界面并充分發(fā)揮各自作業(yè)優(yōu)勢，以此實(shí)現(xiàn)綜合效率最優(yōu)。在此過程中，建筑機(jī)器人牽引下的數(shù)字技術(shù)可實(shí)現(xiàn)2個(gè)核心功能，推動(dòng)形成高效的人機(jī)協(xié)作模式。首先，建筑機(jī)器人與BIM模型間的數(shù)字化鏈接推動(dòng)設(shè)計(jì)深化，打破設(shè)計(jì)端與作業(yè)端的專業(yè)壁壘，全面呈現(xiàn)作業(yè)面結(jié)構(gòu)信息，有效保證界面分工精度。其次，建筑機(jī)器人主要以數(shù)字指令作為作業(yè)依據(jù)，其作業(yè)狀態(tài)及質(zhì)量具有較高穩(wěn)定性，使作業(yè)過程更可控，較大程度上避免了傳統(tǒng)作業(yè)時(shí)多要素之間相互干擾。

       單工序人機(jī)協(xié)作帶來的效率提升，為人機(jī)合作在更廣范圍、更深層次的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，推動(dòng)了人機(jī)協(xié)同的作業(yè)模式，形成了更加豐富多元的多工序穿插縱向流水。人機(jī)協(xié)同以組織優(yōu)化為核心目標(biāo)，旨在通過合理的工序任務(wù)分配建立人機(jī)間協(xié)同關(guān)系，提升縱向流水組織效率。首先應(yīng)對傳統(tǒng)工序進(jìn)行拆解與重組，形成基于人機(jī)合作的工序序列。其次，在空間與時(shí)間雙維度下對工序進(jìn)行分配，保障流水連續(xù)性。在空間維度上，通過優(yōu)化路徑規(guī)劃以避免人機(jī)協(xié)同過程中發(fā)生更復(fù)雜的干擾；在時(shí)間維度上，通過強(qiáng)化計(jì)劃排程的合理性與實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)性，使其既能滿足工藝規(guī)范要求，同時(shí)規(guī)避人機(jī)作業(yè)時(shí)間沖突或作業(yè)面閑置。

       本體技術(shù)與關(guān)聯(lián)技術(shù)和系統(tǒng)的深度聯(lián)合將進(jìn)一步推動(dòng)人機(jī)合作關(guān)系深化，逐步演進(jìn)為人機(jī)融合的人機(jī)合作高階狀態(tài)。此狀態(tài)中，人和機(jī)器通過直接接觸者間接交互方式，共享、協(xié)調(diào)、分配、使用物理空間和信息空間的資源和信息，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)決策分工，降低生產(chǎn)管理難度。一方面，人機(jī)交互的信息交換過程為機(jī)器人自主學(xué)習(xí)提供了大量人工經(jīng)驗(yàn)與智慧，使建筑機(jī)器人獲得較強(qiáng)環(huán)境感知能力、學(xué)習(xí)能力，其可參與單任務(wù)下的簡單決策。另一方面，建筑機(jī)器人集成計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)可獲得大量可靠數(shù)據(jù)信息并反饋至管理人員，協(xié)助人工對復(fù)雜的系統(tǒng)性問題進(jìn)行分析與決策。

       以廣州市ST項(xiàng)目一標(biāo)段裝修工程為案例，探討人機(jī)合作策略工程實(shí)踐。該工程總建筑面積為11964.67m²，主要施工對象為23層住宅建筑。其墻磚鋪貼工序共投入11臺智能設(shè)備，包括6臺墻磚鋪貼機(jī)器人2臺測量機(jī)器人、3臺打磨機(jī)器人，并融合BIM、調(diào)度系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)。

       ST項(xiàng)目首先采用BIM技術(shù)進(jìn)行前置深化，在此基礎(chǔ)上結(jié)合人機(jī)作業(yè)特點(diǎn)劃分人機(jī)作業(yè)界面。同時(shí)，在三維模型中進(jìn)行虛擬鋪貼作業(yè)，明確準(zhǔn)確作業(yè)量。以02戶型公衛(wèi)南向作業(yè)面為例，其鋪貼面積約為17m²,瓷磚規(guī)格為300mm×600mm，通過鋪貼模擬及設(shè)計(jì)優(yōu)化，明確該工作面共涉及55塊整磚及65塊切割磚鋪貼，并修正水電預(yù)留位、吊柜位置。完成前置深化后，結(jié)合作業(yè)面復(fù)雜程度、人機(jī)作業(yè)要求等對墻面進(jìn)行界面劃分，綜合機(jī)器人與人力的最優(yōu)方式，將作業(yè)面中部成片的整磚鋪貼面劃分為機(jī)器人作業(yè)面，而將邊角位置、水電開孔位置、部件交接位置的零散切割磚鋪貼面劃分為人工作業(yè)面，如圖4所示。傳統(tǒng)人工作業(yè)模式下平均作業(yè)效率為15m²/d，需耗時(shí)1.13d完成該作業(yè)面。而經(jīng)過合理的人機(jī)界面劃分，墻磚鋪貼的人機(jī)協(xié)作綜合作業(yè)效率達(dá)到3~4m²/h，5h內(nèi)即可完成該作業(yè)面墻磚鋪貼任務(wù)。

圖4 界面劃分與人機(jī)協(xié)作

       多工序下人機(jī)協(xié)同面臨更復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境，對組織優(yōu)化與人機(jī)任務(wù)分配提出了更高要求，以保障流水的連續(xù)性與效率性。ST項(xiàng)目首先在土建移交階段采用測量機(jī)器人采集基層信息，然后生成質(zhì)量數(shù)據(jù)并聯(lián)動(dòng)打磨機(jī)器人對指定位置進(jìn)行不同深度的打磨作業(yè)，使基層質(zhì)量最大程度地匹配墻磚鋪貼的質(zhì)量及觀感要求。測量機(jī)器人與打磨機(jī)器人聯(lián)動(dòng)作業(yè)形成的數(shù)字化移交，突破了土建基層質(zhì)量對后續(xù)裝修作業(yè)的制約，改變零星移交為每5層一移交。同時(shí)，機(jī)器人在2h續(xù)航作業(yè)中按固定工作節(jié)拍和預(yù)設(shè)的鋪貼角度、高度、力度進(jìn)行墻磚鋪貼標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)。為延伸和放大機(jī)器人流水效率，ST項(xiàng)目對人機(jī)進(jìn)行任務(wù)分配，將墻磚鋪貼工序拆解為“前置準(zhǔn)備→機(jī)器人整鋪貼→人工切割磚鋪貼的順次作業(yè)任務(wù)（見圖5）。

圖5 工序劃分與人機(jī)協(xié)同

       重構(gòu)后的工序任務(wù)對人機(jī)協(xié)同方案提出了更高要求，需充分保證計(jì)劃排程的合理性，同時(shí)優(yōu)化人機(jī)空間路徑規(guī)劃。ST項(xiàng)目為2梯6戶高層建筑，每層分布有3種戶型，各戶型分配2臺墻磚鋪貼機(jī)器人進(jìn)行交替作業(yè)以對沖機(jī)器人充電過程產(chǎn)生的作業(yè)面空置；同時(shí)，各戶匹配2名工人進(jìn)行切割磚鋪貼，每2名工人交替完成某一戶型的切割磚鋪貼。而在時(shí)間維度上，前置作業(yè)中刷涂界面劑后必須確保不低于24h的靜置風(fēng)干，待作業(yè)面滿足鋪貼工藝要求后，鋪貼機(jī)器人方可進(jìn)場作業(yè)。同時(shí)，為避免過多的人員流動(dòng)干擾鋪貼機(jī)器人激光接收器正常運(yùn)轉(zhuǎn)，現(xiàn)場嚴(yán)格執(zhí)行機(jī)器退場人工進(jìn)場的交替進(jìn)退場模式，墻磚鋪貼效率大幅提升。

       以5層廚衛(wèi)墻磚鋪貼作業(yè)任務(wù)為例，鋪貼作業(yè)總面積為1234.7m²，若按傳統(tǒng)作業(yè)模式，一般組織3人1組，共2組瓦工進(jìn)行作業(yè)，平均單人作業(yè)效率為15m²/d，鋪貼作業(yè)用時(shí)13.7d。另外，前置工作中，人工測量平均工期為1d，打磨修整工期根據(jù)基層質(zhì)量水平有所浮動(dòng)，平均工期為3d，一般總工期為17.8d，而在人機(jī)協(xié)同模式下，首先采用2臺測量機(jī)器人和3臺打磨機(jī)器人進(jìn)行前置作業(yè)，同時(shí)劃分人機(jī)作業(yè)界面及作業(yè)任務(wù)，測算出機(jī)器人作業(yè)面積為522.5m²，傳統(tǒng)人工作業(yè)面積為712.2m²，然后制定和執(zhí)行人機(jī)穿插作業(yè)方案，共投入6臺鋪貼機(jī)器人及6名瓦工24h交替連續(xù)作業(yè)，總工期為5d完成作業(yè)任務(wù)（見圖6）。以測量機(jī)器人與打磨機(jī)器人為核心的數(shù)字化移交打通了各工序間數(shù)字化鏈接，且標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)使各工序作業(yè)質(zhì)量趨于穩(wěn)定，削弱上一道工序質(zhì)量問題對下一道工序的制約。進(jìn)一步地，基于人機(jī)協(xié)同作業(yè)重構(gòu)工序任務(wù)以塑造范圍更廣、效率更高的流水作業(yè)。

圖6 人機(jī)協(xié)同與傳統(tǒng)人工作業(yè)效率對比

       為克服復(fù)雜環(huán)境、多元管理主體對人機(jī)合作流水的干擾，ST項(xiàng)目在施工過程中采用多機(jī)調(diào)度系統(tǒng)與倉儲物流系統(tǒng)對接BIM建模系統(tǒng)，形成融合機(jī)器人管理、任務(wù)分配與材料管理于一體的管理體系，并實(shí)現(xiàn)以機(jī)械控鍵及中控觸屏為介質(zhì)的人機(jī)交互。ST項(xiàng)目墻磚鋪貼工程首先通過BIM建模系統(tǒng)分析整體作業(yè)量，包括鋪貼數(shù)量及輔料用量，并利用倉儲物流系統(tǒng)生成物料采購、入庫、調(diào)度預(yù)案。其次，BIM系統(tǒng)能實(shí)時(shí)更新和反饋?zhàn)鳂I(yè)需求和設(shè)備需求，并動(dòng)態(tài)修正物料需求，最后聯(lián)動(dòng)多機(jī)調(diào)度系統(tǒng)下發(fā)工單。此過程中，管理體系得以準(zhǔn)確記錄人、材、機(jī)等調(diào)度及作業(yè)數(shù)據(jù)，使綜合效率可預(yù)判、可控制、可追溯。同時(shí)，當(dāng)生產(chǎn)現(xiàn)場發(fā)生機(jī)器人無法自主處理的突發(fā)情況，可通過人機(jī)交互實(shí)現(xiàn)更具靈活性的人工監(jiān)督與干預(yù)，保障了人機(jī)融合過程中的最優(yōu)狀態(tài)。人機(jī)交互本質(zhì)是信息的連接、處理與反饋，穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)信號是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的必要條件。在ST項(xiàng)目生產(chǎn)運(yùn)行中，由于網(wǎng)絡(luò)信號的不穩(wěn)定、夜間10點(diǎn)以后限速等情況導(dǎo)致多機(jī)調(diào)度系統(tǒng)、倉儲物流系統(tǒng)、人機(jī)交互程序被中斷，一定程度上擾亂了作業(yè)計(jì)劃與流水實(shí)施。

       人機(jī)融合是人機(jī)合作關(guān)系中的最高階，而當(dāng)前管理精細(xì)化及人機(jī)交互方式仍有較大深化空間。人機(jī)融合模式的管理精細(xì)化應(yīng)延展至更長生產(chǎn)鏈條，覆蓋生產(chǎn)現(xiàn)場“人、機(jī)、料、法、環(huán)”等全要素，并分別從機(jī)器本體技術(shù)、應(yīng)用環(huán)境等方面降低人機(jī)交互難度以提高人機(jī)融合生產(chǎn)效率。