这种砌砖机器人正在改变施工建设的未来

砖是世界上最古老的建筑材料之一，可追溯到公元前7000年用阳光晒干变硬的砖坯和公元前3500年出现的第一批窑烧的砖块。和其它种类繁多的建筑材料一起，它被用于现代“抽象派烛台”形状和令人惊叹的拱形建筑。甚至几千年来连砌砖的方法都没有变化 — 先抹上砂浆，再把砖块放到位，然后用抹子抹平多余的砂浆。

现在，有一家公司要力求通过技术来发展这个有着千年历史的传统行业。总部位于澳大利亚的建筑技术公司FBR — 前身为 Fastbrick Robotics（快速砌砖机器人公司）— 开发出了Hadrian X，这是一种砌砖机器人（以会建墙的罗马皇帝的名字命名），可以在没有任何人员参与的情况下完成工作。

这项技术可以为人们带来广泛的益处，包括解决世界各地住房短缺的问题。“目前没有足够的人力以足够快的速度来建造房屋，”FBR的首席创新官Steve Pierz介绍说。“我们需要通过大规模建设来实现这个流程的自动化，这是达到这个目的一种途径。”Pierz从中也看到了在自然灾害袭击后重建房屋的机会。他说：“我可以设想出将来这些机器人队伍在灾区快速建造住房结构的情景。”

Hadrian X的精确度还可以提高效率，从而使得房屋的建设比传统的方法更快捷，成本也更低廉。Hadrian X推行一种精益建设方法，以提高生产力并减少浪费。 “我们采用单一的数据来源，从这个数据中，只要我们知道砌砖方案，就会知道所需砖块的数量和粘合剂的数量，”FBR的建筑技术总监Simon Amos说。“所以，如果有什么浪费的话，你事先就已经充分了解到具体的情况了。”

Hadrian X看起来像一辆安装在卡车上的典型的吊车，但它由复杂的部件组装而成，包括一个控制系统、砖块输送系统和动态稳定性系统。将这些系统结合在一起就赋予了Hadrian X生命。将砖块加载到机器上之后，该系统就会识别出每个砖块并确定它的去向。在需要时该机器还可以将砖块切割成四分之一、一半或四分之三的大小，然后存储起来供以后使用。然后这些砖块就被送入吊杆传送系统并传送到砌砖头，砌砖头根据逻辑方法和编程到机器中的图案把砖块放在预定的位置。

“砌砖头就是这种魔术发生的地方，”Pierz说。“因此，即使有风在吹动，即使有动摇整个吊杆的振动，它也能把砖块抓住，在一秒钟之内进行数百次的调整，最终将砖块放在精确的位置。”

Hadrian X机器人的制造已经经历了十多年的时间。动态稳定性机器人的最初想法早在1994年就构思了出来，但直到2005年，FBR的创始人兼首席技术官Mark Pivac才创造出第一个原型。当2008年全球金融危机爆发时，Hadrian X的早期型号Hadrian 105的生产就被搁置了下来。到2014年的时候，该项目得以恢复，此时经济走强，建筑业蓬勃发展，而砌砖工人和泥瓦匠却非常短缺。2016年，新一代Hadrian X 的开发开始了。

机器人的控制系统就是它背后的“大脑”。使用笛卡尔坐标和参数化设计，在每个砖块及其相应的坐标都已知情况下，FBR的专有软件将在CAD中建模的墙体结构转换为砖块元数据。然后，软件使用元数据将砖块填充到特定的嵌套模式中，并在算法的帮助下，根据模式和其他参数（例如机器人砌砖头的大小以及它抓取砖块的方式）来确定如何放置砖块。

针对Hadrian X的墙体系统，FBR设计了自己的砖块和砖块几何。“砖块概念参考了工人用某一速度砌砖的实际情况，”阿莫斯说。“我们对人工方法进行了调整以适应机器人的特殊情况。”我们对Hadrian X的砖块进行了优化，以确保墙壁厚度的一致性。为了让砌砖的速度最大化，砖块的尺寸比标准砖块大12倍，Hadrian X能够以每45到55秒放置一个砖块的速度工作。FBR使用一种特殊的粘合剂，跟传统的砂浆相比，其粘合速度更快，也更坚固。

对于机器的实际操作机制，Pivac利用他在航空学、机械工程、机器人技术和数学方面的背景来开发一种有专利的动态稳定性技术（DST）。该动态稳定性技术可以在3D空间中精确定位相距很远的砖块群，可以抵御来自风力、振动和其他环境因素的影响，从而将一块又一块砖头放置在精确的位置上。这种稳定性使得Hadrian X可以安装在其他基地上， 包括驳船、船只、吊车和轨道，并用于其它场地的砌砖。

“这里的挑战在于如何确保把所有这些系统都结合在一起，使它们达到高度的协调，机器人内所有模块之间的编排序列很严谨，我们可以清楚地管理围绕一个肮脏、危险的施工现场存在的所有环境问题，”Amos说。

为了克服这些挑战，Hadrian X的组件经过了严格的测试，每个测试阶段都会给我们带来经验教训和改进。Hadrian X的里程碑式建筑于2018年11月在内部场地完成 — 在三天内建成了一座180平方米的住宅。接下来的一步是在2019年2月份当澳大利亚处于炎热的夏季高峰期间进行户外测试活动。

“为了收集数据并尝试了解环境对施工的影响，我们把机器人带入高温环境并进行了外部施工，”Amos说。“这其中很多工作都是围绕着如何真正地挑战机器人而进行的，我们把它放到一个相当恶劣并充满了敌意的大风和不同温度的环境，以此观察它的表现。”

FBR已经在为Hadrian X在全球的发展做准备。该公司与墨西哥最大的建筑公司之一Grupo GP的建房部GP Vivienda签署了一项协议，以探索该国的试点项目。该公司还与沙特阿拉伯王国签署了一份谅解备忘录，商讨建造5万套新房的项目。该公司已经与奥地利粘土块制造商Wienerberger建立了另外一个合作伙伴关系，以此为Hadrian X制造优化的粘土块，并计划在欧洲开展试点项目。

在澳大利亚本土，FBR与建筑产品的主要供应商Brickworks合作，在全国范围内推出了“把建墙作为一种服务”的项目。通过这个项目，Brickworks将为FBR的砌砖机器人提供特殊的混凝土砌块以建造墙壁，并把目光放在了住宅项目上。

Pierz认为，Hadrian X有着改变整个建筑业的潜能。“只有当你从一个完全不同的角度看待你的行业时，传统才会被打破，”他说。“你必须愿意去尝试新的技术，否则你就会被抛在后面。”