在全球城市化进程以每年 3% 的速度快速推进的当下，人类居住面临着严峻挑战。联合国数据显示，到 2030 年全球城市居民将新增 20 亿，而现有的建筑方式远远无法满足这一需求。在加拿大温哥华，过去十年间普通住宅建造成本急剧攀升，美国劳工统计局也警示，到 2028 年该国建筑工人缺口将达 58 万。在这关乎人类生存质量的危机面前，AI 驱动的机器人技术正悄然掀起建筑产业的深刻变革，如同工业革命时蒸汽机对人力的取代，这场变革正用算法和钢铁重塑住宅建造的未来。
建筑行业困境催生技术革新
负担得起的可持续住房的愿景，受困于飞涨的建筑成本和熟练劳动力短缺两大难题，这使得快速且合理价格的房屋建造愈发艰难。Promise Robotics 这家加拿大初创公司，正致力于借助 AI 和自动化力量重塑预制环节，为建筑业带来由基于云的专有软件平台支撑的智能、灵活且紧凑的工业机器人系统，该平台涵盖从规划到工厂车间运营、调度及物流的整个生产生命周期管理。
通过引入住宅建筑工厂即服务概念，客户能够获取专业知识与先进技术以优化建筑流程。借此，住宅建筑商有望相较于传统方法，将房屋现场组装量大幅减少多达 70%。比如，单户住宅约 5 小时即可完成组装，一栋 64 单元的三层公寓楼两周内就能组装完毕。然而，建筑行业向来劳动密集，自动化并不常见，Promise Robotics 的目标便是构建具有实际投资回报且无广泛采用限制的自动化基础技术。
突破重重障碍，推进技术落地
开发创新建筑系统面临诸多挑战。一方面，需要强大的高性能控制系统，实时处理对于精确的机器人运动和反馈控制至关重要，毕竟传统建筑高度依赖人工判断与专业知识，而经验丰富的工人正在大量退休，机器人系统又需持续反馈和精准控制以确保执行准确。Promise Robotics 在实践中认识到，要利用感知技术处理生产中的材料变化，为机器人提供反馈并适应复杂场景，这是一个不断探索改进的过程。另一方面，确保紧凑的集成设计也十分关键，在空间有限的动态施工环境中，减少布线和复杂性对快速部署意义重大。
为应对这些挑战，Promise Robotics 采用了德国 Beckhoff 自动化有限公司的多款产品。TwinCAT 3 自动化软件为所有自动化功能提供端到端开发和运行平台，从设备控制逻辑、运动控制到安全和人机界面（HMI）均可覆盖，其开发环境让工程师能运用多种编程语言快速构建可靠应用。高速 EtherCAT 工业以太网系统则负责控制器、驱动器和 I/O 之间的数据传输，能以最小延迟处理实时通信，满足精确机器人控制需求，实现运动控制、安全功能和其他机器组件的无缝集成。CX2043 嵌入式 PC 作为电子控制系统核心，管理整个自动化构建过程，与所有 Beckhoff I/O 组件无缝对接，配合 TwinCAT 软件成为高性能 PLC 和运动控制系统，提供精准、确定性处理和更短周期时间。CP3924 多点触控控制面板则作为操作员控制机器人系统的主界面，提供直观控制和监控功能。
同时，Promise Robotics 利用 Beckhoff 的 AMI8122 伺服驱动器实现对机械臂和执行器的精确控制，该驱动器将伺服电机、输出级和现场总线连接集成在节省空间的设计中，与 KUKA 机器人配对构建定制末端执行器，实现构建不同结构所需的精确对准。而且，AMI8122 作为 Beckhoff 分布式驱动解决方案的一部分，将驱动技术从控制柜引入机器直接安装，减小了控制柜尺寸、机器占地面积和电缆长度，契合动态建筑环境需求。
标准化助力，绘制未来蓝图
Promise Robotics 通过标准化控制系统，依托灵活开放的现场总线，加快了研发周期，缩短了调试时间。在单个现场总线上实现标准化，开发团队能够熟练掌握一个系统，保持所有控制系统的协调性和通用性，进而缩短部署和上市时间。通过遵循 EtherCAT 等开放标准，使用可扩展控制平台，Promise Robotics 构建了灵活系统，确保与新兴技术兼容，简化维护工作，保障机器一致运行，实现新创新技术的无缝集成，减少停机时间。这种面向未来的架构，为 Promise Robotics 机器人的持续适应和扩展奠定了基础。
目前，Promise Robotics 专注于木框架建筑，其在美国和加拿大住宅建筑中约占 80%。本质上，公司正在构建用于机器人装配构建任务的最大 AI 库，未来可扩展至各种建筑装配。建筑行业虽有一些成功的定制自动化案例，但可扩展性和快速部署受限，Promise Robotics 旨在非定制工厂中快速部署系统，让客户能够快速启用。尽管挑战依旧存在，但公司对建筑行业的未来充满信心。
在过去 50 年，其他行业已成功在制造过程中部署自动化和机器人技术，如今建筑行业也亟需在紧迫时间内完成同样转型。这场创新变革的最终目标，是让住宅建造实现如半导体制造般的精密可控，而非仅仅停留在简单的搭建层面。
此外，由 Smart Future 和友绿智库联合多方专家共同编制的《建筑工程领域 AI 应用现状与趋势研究报告》即将发布。2024 年，人工智能技术成果显著，已深入渗透到建筑工程领域，从设计智能生成、施工管理实时优化，到运维预测性维护及全生命周期碳管理与碳资产开发，正重塑建筑行业未来，为提升效率、应对能源与环保挑战及实现可持续发展提供新思路和方法。不过，AI 技术在建筑工程领域应用尚处初级阶段，该报告旨在系统梳理其应用现状、技术进展与未来趋势，为行业从业者提供全面客观参考，凝聚了众多专家学者和行业从业者的智慧，深入调研了行业对 AI 技术的理解、接受程度及未来预期，力求展现 AI 在建筑工程领域发展和应用的全貌。