在住宅裝修領域，由于量價關(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，因此其人工單價一般比地磚鋪貼作業(yè)高。出于對量價關(guān)系的考量，市場偏好將墻磚廠、地磚鋪貼工程進行統(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一步細化。

圖1 傳統(tǒng)墻磚鋪貼所呈現(xiàn)的施工特點

       土建與裝修間存在強相關(guān)關(guān)系，裝修作業(yè)質(zhì)量與進度受制于土建移交的基層質(zhì)量與時間節(jié)點（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)的計劃排程。首先，墻體垂平度、方正度不達標與基層空鼓是土建移交裝修階段的常見問題，通常導致后續(xù)裝修材料浪費并影響裝修觀感；其次，對土建質(zhì)量問題的整改，需要耗費額外時間及成本。因此，土建基層質(zhì)量及整改進度導致無法批量移交裝修，進一步導致流水作業(yè)面缺失。

       在住宅建筑中，墻面瓷磚鋪貼的作業(yè)場景十分復雜（見圖2）。首先，其主要應用于廚衛(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、水電氣線路復雜。同時，廚衛(wèi)狹小空間內(nèi)劃分有多個功能分區(qū)，這導致作業(yè)面被分割為多個不規(guī)則作業(yè)面，進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，且各要素相互獨立并自發(fā)展開作業(yè)，其流動具有隨機性和不可控性。以人力要素為例，鋪貼作業(yè)涉及切、搬、拌、貼等多個工序，這導致在同一作業(yè)場景下有多人同時作業(yè)，且作業(yè)人員往往按主觀即時判斷隨機切換作業(yè)面，以此提高個人作業(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)合上述施工特點分析，建筑機器人的發(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)量及打通項目管理數(shù)字化鏈接，推動施工生產(chǎn)，實現(xiàn)數(shù)字化移交、流水化組織、標準化作業(yè)與網(wǎng)絡化管理（見圖2）。

圖2 基于建筑機器人發(fā)展的全局數(shù)字化

       測量機器人運用AI測量算法處理技術(shù)和模擬人工測量規(guī)則完成實測實量任務，保障測量范圍精準覆蓋。同時，其測量數(shù)據(jù)能實現(xiàn)云端即時上傳與儲存，并生成數(shù)據(jù)報表與進度及工效分析。測量機器人集成的建筑空間數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)平臺進行數(shù)字化處理，并為作業(yè)類建筑機器人提供精確的基礎信息參數(shù)，為機器人自動化作業(yè)提供前置準備工作。進一步地，機器人驅(qū)動下的數(shù)字化移交推動形成建造過程各環(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，建筑機器人的應用使施工生產(chǎn)效率趨于穩(wěn)定，管理平臺可根據(jù)各款建筑機器人作業(yè)特點、工藝要求、材料特性等實施多機協(xié)同的流水組織，以及機器人端到端數(shù)字化鏈接。同時，項目全生命周期管理信息的數(shù)字化與可視化進一步推動科學策劃，支持合理制定和修正施工進度計劃、物料管理計劃、人員需求計劃等，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，降低項目管理難度，提高管理精準度，推動管理效率有效提升。

       操作者按標準化作業(yè)程序進行操作，管理人員按其檢查操作者對標準的執(zhí)行情況，從而可以最大限度地避免異常情況的發(fā)生。建筑機器人程序化的任務獲取與執(zhí)行方式為建筑業(yè)標準化作業(yè)提供了基礎，標準化作業(yè)成為推動產(chǎn)業(yè)升級的重要因素。一方面，建筑機器人標準化作業(yè)有效規(guī)避傳統(tǒng)人工個體因素對作業(yè)質(zhì)量的影響，包括作業(yè)經(jīng)驗、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，標準化作業(yè)經(jīng)過一定基數(shù)的實踐經(jīng)驗后，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)學習和進化，賦予管理系統(tǒng)深度學習功能，不斷修正作業(yè)標準，增強作業(yè)標準對復雜場景、復雜任務的適用性。

       隨著智能一體化施工模式的推廣應用，工程管理逐漸形成橫縱一體化的網(wǎng)絡化管理，資源配置效率極大提升。首先，網(wǎng)絡化管理通過生產(chǎn)信息的實時共享打破固有組織壁壘，推動形成建設主體、生產(chǎn)主體與勞務主體實現(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模型及建筑機器人集成空間數(shù)據(jù)，形成設計、生產(chǎn)、管理各環(huán)節(jié)的縱向一體化，能及時發(fā)現(xiàn)和處理生產(chǎn)過程中的異常情況，保障網(wǎng)絡系統(tǒng)高效運行。充分發(fā)揮BIM、互聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、云計算等技術(shù)優(yōu)勢,不斷推動生產(chǎn)模式和組織方式變革，網(wǎng)絡化管理成為智能一體化施工模式的重要管理手段。

       建筑機器人作為一種全新勞動力形態(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、設備移動的生產(chǎn)方式，且施工生產(chǎn)環(huán)境往往較復雜多變?；谠O計圖紙預設作業(yè)程序的建筑機器人無法預判作業(yè)場景中突發(fā)的、無序的變化因素，因此建筑機器人難以實現(xiàn)完全自動作業(yè)。人機合作將在一定時間范圍內(nèi)成為建筑機器人應用常態(tài)。同時，隨著建筑機器人應用深化及其所形成的數(shù)字化技術(shù)推動，亦會不斷優(yōu)化人機分工與組織模式。結(jié)合不同生產(chǎn)場景和環(huán)節(jié)，人機合作策略可分為：界面分工與人機協(xié)作、工序分工與人機協(xié)同、決策分工與人機融合等（見圖3）。

圖3 分工細化與人機合作策略

       在單個工序作業(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，以此實現(xiàn)綜合效率最優(yōu)。在此過程中，建筑機器人牽引下的數(shù)字技術(shù)可實現(xiàn)2個核心功能，推動形成高效的人機協(xié)作模式。首先，建筑機器人與BIM模型間的數(shù)字化鏈接推動設計深化，打破設計端與作業(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)時多要素之間相互干擾。

       單工序人機協(xié)作帶來的效率提升，為人機合作在更廣范圍、更深層次的應用奠定了基礎，推動了人機協(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。人機協(xié)同以組織優(yōu)化為核心目標，旨在通過合理的工序任務分配建立人機間協(xié)同關(guān)系，提升縱向流水組織效率。首先應對傳統(tǒng)工序進行拆解與重組，形成基于人機合作的工序序列。其次，在空間與時間雙維度下對工序進行分配，保障流水連續(xù)性。在空間維度上，通過優(yōu)化路徑規(guī)劃以避免人機協(xié)同過程中發(fā)生更復雜的干擾；在時間維度上，通過強化計劃排程的合理性與實時動態(tài)性，使其既能滿足工藝規(guī)范要求，同時規(guī)避人機作業(yè)時間沖突或作業(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)合將進一步推動人機合作關(guān)系深化，逐步演進為人機融合的人機合作高階狀態(tài)。此狀態(tài)中，人和機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，并在此基礎上實現(xiàn)決策分工，降低生產(chǎn)管理難度。一方面，人機交互的信息交換過程為機器人自主學習提供了大量人工經(jīng)驗與智慧，使建筑機器人獲得較強環(huán)境感知能力、學習能力，其可參與單任務下的簡單決策。另一方面，建筑機器人集成計算機技術(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)助人工對復雜的系統(tǒng)性問題進行分析與決策。

       以廣州市ST項目一標段裝修工程為案例，探討人機合作策略工程實踐。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臺智能設備，包括6臺墻磚鋪貼機器人2臺測量機器人、3臺打磨機器人，并融合BIM、調(diào)度系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)。

       ST項目首先采用BIM技術(shù)進行前置深化，在此基礎上結(jié)合人機作業(yè)特點劃分人機作業(yè)界面。同時，在三維模型中進行虛擬鋪貼作業(yè)，明確準確作業(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，通過鋪貼模擬及設計優(yōu)化，明確該工作面共涉及55塊整磚及65塊切割磚鋪貼，并修正水電預留位、吊柜位置。完成前置深化后，結(jié)合作業(yè)面復雜程度、人機作業(yè)要求等對墻面進行界面劃分，綜合機器人與人力的最優(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1.13d完成該作業(yè)面。而經(jīng)過合理的人機界面劃分，墻磚鋪貼的人機協(xié)作綜合作業(yè)效率達到3~4m²/h，5h內(nèi)即可完成該作業(yè)面墻磚鋪貼任務。

圖4 界面劃分與人機協(xié)作

       多工序下人機協(xié)同面臨更復雜的作業(yè)環(huán)境，對組織優(yōu)化與人機任務分配提出了更高要求，以保障流水的連續(xù)性與效率性。ST項目首先在土建移交階段采用測量機器人采集基層信息，然后生成質(zhì)量數(shù)據(jù)并聯(lián)動打磨機器人對指定位置進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。測量機器人與打磨機器人聯(lián)動作業(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，機器人在2h續(xù)航作業(yè)中按固定工作節(jié)拍和預設的鋪貼角度、高度、力度進行墻磚鋪貼標準化作業(yè)。為延伸和放大機器人流水效率，ST項目對人機進行任務分配，將墻磚鋪貼工序拆解為“前置準備→機器人整鋪貼→人工切割磚鋪貼的順次作業(yè)任務（見圖5）。

圖5 工序劃分與人機協(xié)同

       重構(gòu)后的工序任務對人機協(xié)同方案提出了更高要求，需充分保證計劃排程的合理性，同時優(yōu)化人機空間路徑規(guī)劃。ST項目為2梯6戶高層建筑，每層分布有3種戶型，各戶型分配2臺墻磚鋪貼機器人進行交替作業(yè)以對沖機器人充電過程產(chǎn)生的作業(yè)面空置；同時，各戶匹配2名工人進行切割磚鋪貼，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的靜置風干，待作業(yè)面滿足鋪貼工藝要求后，鋪貼機器人方可進場作業(yè)。同時，為避免過多的人員流動干擾鋪貼機器人激光接收器正常運轉(zhuǎn)，現(xiàn)場嚴格執(zhí)行機器退場人工進場的交替進退場模式，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組瓦工進行作業(yè)，平均單人作業(yè)效率為15m²/d，鋪貼作業(yè)用時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，平均工期為3d，一般總工期為17.8d，而在人機協(xié)同模式下，首先采用2臺測量機器人和3臺打磨機器人進行前置作業(yè)，同時劃分人機作業(yè)界面及作業(yè)任務，測算出機器人作業(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)行人機穿插作業(yè)方案，共投入6臺鋪貼機器人及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（見圖6）。以測量機器人與打磨機器人為核心的數(shù)字化移交打通了各工序間數(shù)字化鏈接，且標準化作業(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。進一步地，基于人機協(xié)同作業(yè)重構(gòu)工序任務以塑造范圍更廣、效率更高的流水作業(yè)。

圖6 人機協(xié)同與傳統(tǒng)人工作業(yè)效率對比

       為克服復雜環(huán)境、多元管理主體對人機合作流水的干擾，ST項目在施工過程中采用多機調(diào)度系統(tǒng)與倉儲物流系統(tǒng)對接BIM建模系統(tǒng)，形成融合機器人管理、任務分配與材料管理于一體的管理體系，并實現(xiàn)以機械控鍵及中控觸屏為介質(zhì)的人機交互。ST項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)度預案。其次，BIM系統(tǒng)能實時更新和反饋作業(yè)需求和設備需求，并動態(tài)修正物料需求，最后聯(lián)動多機調(diào)度系統(tǒng)下發(fā)工單。此過程中，管理體系得以準確記錄人、材、機等調(diào)度及作業(yè)數(shù)據(jù)，使綜合效率可預判、可控制、可追溯。同時，當生產(chǎn)現(xiàn)場發(fā)生機器人無法自主處理的突發(fā)情況，可通過人機交互實現(xiàn)更具靈活性的人工監(jiān)督與干預，保障了人機融合過程中的最優(yōu)狀態(tài)。人機交互本質(zhì)是信息的連接、處理與反饋，穩(wěn)定的網(wǎng)絡信號是實現(xiàn)人機交互的必要條件。在ST項目生產(chǎn)運行中，由于網(wǎng)絡信號的不穩(wěn)定、夜間10點以后限速等情況導致多機調(diào)度系統(tǒng)、倉儲物流系統(tǒng)、人機交互程序被中斷，一定程度上擾亂了作業(yè)計劃與流水實施。

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