— · 2022年03讲 · 总第65讲 · —

大界机器人 创始人&CEO

2022年世界经济论坛全球“科技先峰”

11月11日，g mooc 系列公开课2022年第3讲于goa大象设计总部8F g space开讲。讲座围绕“自主工业软件驱动的智能建造技术”展开。本期的主讲嘉宾是大界机器人创始人&CEO孟浩。

活动由goa大象设计总建筑师陈斌鑫主持，goa大象设计执行总裁、总建筑师何兼，goa大象设计技术研发中心资深设计经理龚铭，goa大象设计技术研发中心设计经理朱理一共同参与对谈。建道筑格ArchiDogs与城市中国Urban China提供媒体支持。

*以下内容来自孟浩*

从建筑学到智能建造

       今天我分享的主题是《自主工业软件驱动的智能建造技术》。我曾在墨尔本大学攻读建筑学，研究生师从墨尔本皇家理工大学SIAL（Spatial Information Architecture Laboratory）实验室的Mark Burry教授。我在实验室参与的项目都很有趣，包括用CATIA软件将建筑的数学模型转化为机器人和机床加工的代码。这段求学经历激发了我对于智能建造领域的兴趣。我体会到，将一座建筑还原为可被严谨定义的数学模型，进而转化为机器可执行的生产程序，是多么有意思的一件事。回国后我在同济读博，仍然继续着类似的研究。我本人就这样一步一步铆定了建筑智能建造领域作为个人的志业，与合伙人一同创立了大界。

▲ 大界智能建造工厂  ©大界

21世纪以前，传统的工业机器人只能干流水线的事情，它只是一个多轴的数控机床，所有的过程都需要人来编程、写代码，指导机器人操作。在21世纪以后，随着计算机视觉技术的发展，机器人自主运动规划和实时数字孪生技术的实现，使得工业机器人有机会进入到建筑行业实行项目的大规模个性化定制生产。依据建筑师提供的数字模型，我们的软件能迅速转化为机器人的加工语言。

国外的很多软件产品并不完全适配于国内的规范及工艺要求，我们希望弥补这个空白，研发出面向国内规范与市场的机器人软件和操作系统。我们的母公司是一家工业软件公司，下设自动化团队及智能建造团队。总体而言，我们希望研发工业软件，联合国内外机器人厂家形成整体的解决方案，让工业机器人拥有“智能”和“柔性”，提高工厂的生产力。我们希望学习类似建筑师Frank Gehry或Zaha Hadid公司所拥有的供应链和工业化能力，赋能到建筑师、设计院和地产商，让优秀的建筑创意有效落地。

▲大界智能建造项目--凤起麓鸣   ©行知影像-李逸

实现极致的自动化

工业领域的传统CAM（Computer Aided Manufacture）软件鲜少考虑人机交互，它们并不直接面向客户，而是面向机器人本体集成商。基于此，我们产生了研发RoBIM的想法——希望在建筑这样一个定制化的场景里，开发出真正能“直接交付给工厂工人”的CAM软件，这款软件需能理解不同前端设计软件的模型数据，并将此自动转化为机器人和机床的加工数据，达到“不懂编程”的用户也能顺利使用的效果。

▲ 自研工业软件 RoBIM  ©大界

      取名RoBIM的意图非常直接，“BIM”是广义的三维模型“Building Information Model”， “Ro”意指“Robots”——RoBIM表达软件能够以三维模型驱动机器人的自主路径规划和工艺生成，减少人工编程的需求，实现极致的自动化。研发完成的RoBIM软件不仅支持机械臂还适配移动机器人和工业传感器，并通过丰富的视觉接口适应于不同场景中的快速扫描和三维重建。

▲ RoBIM兼容多品牌机械臂及工业传感器  ©大界

       在建筑行业，工艺是非常宝贵的数字资产。大界的机器人希望对此有更多聚焦。从木结构到钢结构，我们希望所有的工艺都能通过传感器变成数据，工厂通过这些数据可以训练设备，服务建筑的制造落地。甚至一种工艺可以被打包为一个APP。我们的工艺软件是真正面向工艺师傅和操作工人的，能够实现对他们的快速交付，可称之为“可执行生产的数字孪生工业软件”。

       我们也积极思考研发成果如何应用落地的问题，RoBIM软件能链接数据孤岛 ，打通不同设备之间的交互鸿沟。在我们的设想中，一款智能的工业软件赋能工厂端需要分三步走——辅助数字工厂的搭建、生产模拟、生产优化。目前我们可能算是小小地实现到第二步。而实现第三步才是真正的行业未来场景——用一套软件控制整个智能工厂的设备生产线，实现从下料到成品输出的数据互联。这一过程估计还需要五到十年时间。

▲ 用设计数据驱动建筑工业化生产  ©大界

钢结构工艺的智能化

      近两年，我们比较关注钢结构。钢结构是非常好的装配式建筑材料，但其工艺上也存在很多痛点，例如工件一致性较低、装配精度难控制、小批量多批次、工艺依赖于人工等。这些都是我们想通过工业软件解决的问题。我们研发了钢结构切割系统RobimCut，使用者只需编辑坡口的角度，机器便能自主切割，同时生成海量的构件库及构件的平立剖图纸，未来也可通过“自动刷库”的方式提升效率。这算是我们深入到更细致的建筑工艺端的一个案例。

▲ 大界钢结构切割机器人和焊接机器人  ©大界

"像搭积木一样来搭房子"

我们的愿景是通过工业软件将建筑设计产生的三维模型直接转化成工厂里柔性生产的数据，通过构件的产品化加工及物流系统，像搭积木一样来搭房子。我希望智能建造赋能建筑庞大的产业链，具体方式包括：通过优化设计的几何数据保证落地效果、控制成本；通过构件的自动化生产减少人为干预，提高产品精度；通过施工过程的三维模拟优化工期、指导施工。

      我们在上海某港资地产项目里，运用算法模型在不规则里找规则，将原本2000平米的大面积模具缩减成300平米的模具。一些未能被传统机床生产的模具也可以通过机器人线切割和精加工的方式得以实现。在某双曲钢结构玻璃幕墙项目中，我们利用机器人切割、焊接、组装的技术设计出双曲空间结构中的定制化节点产品，代替耗时耗材的传统人力建造模式，降低成本提升效率。

▲ 金山岭禅堂项目建造过程  ©大界

▲ 金山岭禅堂项目   ©倪楠

       金山岭禅堂项目是我们第一次用机器人加工技术制作轻薄的碳纤维结构。项目核心是通过机器人雕刻出定义整个曲面的夹层泡沫，再利用碳纤维抽真空的方式在现场实现2.5厘米的极致厚度。

       对谈环节，goa大象设计总建筑师陈斌鑫担任主持，goa大象设计执行总裁、总建筑师何兼，技术研发中心资深设计经理龚铭、设计经理朱理一以数字建造与设计创新”为题与孟浩展开探讨。

“跟设计师、设计院一起定义产品”

陈斌鑫：机器人的技术能力，对于建筑师或设计师意味着什么?是否从设计创意的生发或及软件工具的使用方面谈一谈您的想法。

孟浩：未来肯定是有非常多的设计和生产工具能够帮设计师去评估自己的想法。随着机器人技术的发展，新的建筑材料、新的结构形式或者新的空间形式都能够给设计师更多的想象空间，让设计师更自由地做设计。

何兼：大界目前的业务范围是否涵盖一些大体量的项目，或者说大规模的城市建设？这些项目通常有比较复杂的情况。

孟浩：我们自己没有工厂，没有大的生产能力。目前对于工厂而言，要真正的实现完全自动化可能还需要三到五年的时间，所以我们更愿意在一些相对来说复杂、小而美的项目上去建立我们的整套逻辑。通过赋能这些项目，我们持续积累产品和项目能力，这些能力会真正变成软件的能力、供应链的能力。

何兼：大界的小尺寸机械臂，能够帮助建筑师解决设计模型阶段的问题吗？

孟浩：能。我们现在还有一个业务是给建筑学和土木学的学生提供设计的工具，多用到一些小型的机器人。我觉得其实在一些制造业领域，技术已经比较成熟了，但建筑还有比较长的路要走。在开发建筑构件库时，软件开发者需要了解设计师的要求和设备的加工能力。所以我们其实也非常愿意跟设计师、设计院一起去定义产品。

▲ 大界高校智能建造实验室  ©大界

龚明：在钢结构设备领域，大界的竞争力主要表现在哪里？

孟浩：我们未来的核心竞争力是极致的“稼动率”——机器人连续加工的时长。只要数据不断，机器就可以不停地生产，让效率更高。再者，政府有制造业转型的要求。即便在国企工厂里已有了很多自动化设备，但自动的坡口、复杂的焊接、组装、喷涂，这些事情还是工人在做的，因为机床做不了，这里面还是有非常大的渗透空间。

“设计师要自由，土木要建立规则”

朱理一：刚才孟总给大家分享内容中，有一个经常出现词——柔性，英文解释是Mass Customization，我理解是“有较多自定义空间的东西”。不管是用铅笔去做设计，还是用压路机去做路，或者说是用机器人去造房子，都是在用某种工具。我觉得工具本身越复杂、功能越强大，在某种程度上设计师就能够进行更多柔性的自定义设计。但是从另一方面，这个工具本身也意味着我们必须去了解和适应新规则，自由和规则是辩证存在的关系。我想知道，在孟总您刚刚分享的项目中，对于工具和设计师之间的交互问题您有什么感触？设计师对这些新技术会有什么样的反馈？

孟浩：我觉得设计师需要极致的自由。比如做一个面，我要实现的就是没有缝，然后怎么干是土木工程师的事、是厂家的事。我想这是对的，这也是为什么整个学科未来要强调设计、土木、机械的联动。设计师要自由，土木要建立规则，这个规则设备端要理解或生产。当建筑的工业供应链相对比较成熟以后，建筑师会拥有更多可能性，甚至可以跟设备端协同、用机器的能力去开发未来的建筑产品，这是我认为建筑师会增加的一种职业可能性。

何兼：这个话题让发我想到google开发的AI绘图软件，输入形容词即可得到完成度极高的作品，赋予人们极高的创作自由。但极致的自由会否意味着一种危险，就是设计能力的可替代性，建筑师变得可有可无？

孟浩：我认为建筑师是不可替代的，尤其是他们对于空间的理解，对于材料的理解。人工智能说白了就是能做重复的事情，就目前而言，能创造的产品还是很低阶的。建筑师的感性、创造力，都是人工智能代替不了的。

“用工业化的方式实现激动人心的东西”

观众：对于建筑行业来说，如何通过数字化推动设计创新的极度自由？我有两个设想：第一个比较虚幻，机械本身会否成为建筑的一部分以加持设计的未来性？第二，是否能利用机械臂去做人没法做的事情，包括一些新材料的建造？或者您在这方面还有什么其他的设想？

孟浩：我觉得真正的未来这种新的颠覆，肯定是基于产业链中材料、设计、建造协同工作，这样才能开发出一个新的范式或创造新的可能性。我们只是能够在这里面扮演一定的角色。我们先练练基本功，先把一些能做的事情做好，如果成为一家大公司，我们可以去研究这个事情（笑）。你提到的第二个设想，我们现在其实在配合企业做一些产品的族和库。当然这些族和库到底能有多大适应设计形态的能力取决于设备柔性的能力。有些造型人工是做不出来的，我们借助机械的方式能做出来。像Achim Menges说建筑要不然就是“efficient but boring”，要不然就是“exciting but wasteful”，但机器人可以让建筑“exciting and efficient”我们在想是不是可以用智能化的方式去实现一些激动人心的东西。

▲ 大界胶囊工厂  ©大界

何兼：包豪斯当初的起源就是建造方式的改变、工艺的改变、 整个建造规模的改变。当时的时代有两种想法，一种想法是英国工艺美术运动，保持原来手工艺的品质感，不接受工业化的粗制滥造；包豪斯是另外一种——我们是不是可以往前走一步，用新的手段去建造出同样有品质感的东西。这种想法最终带来了划时代的意义。今天我在来之前，一直在想今天谈论的内容会不会在未来也变成一件大事，改变整个行业的观念。我认为这件事情就像蚂蚁挖堤坝一样，总有一天，这个堤坝会被挖掘出来。