对话大界：智造未来建筑
孟浩 MENG Hao
上海大界机器人科技有限公司 首席执行官
Chief Executive Officer of RoboticPlus.Al
胡雨辰 HU Yuchen
上海大界机器人科技有限公司 首席问题官
Chief Solution Officer of RoboticPlus.Al
采访、编辑：陈居曈、朱倩云
访谈全文刊载于《建筑实践》2020年9月《特辑：数字响应》
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AP /请问您接触数字化建造以及成立大界的契机是什么?
孟浩（以下简称MH）
我在墨尔本皇家理工大学读研究生时，主要学习的是如何将建筑数字设计和数字建造打通，当时的导师是圣家族大教堂执行建筑师Mark Burry，他现在是澳大利亚工程学院的院士。
圣家族大教堂是著名的建筑师Antonio Gaudi 按照几何设计的，由于当时没有电脑，也没有留下完整的图纸和模型，因此修复起来非常复杂。我的导师毕生都在从事大教堂的重建工作，他在CATIA上用代码生成数据，利用计算机的算法将高迪的设计精准还原，并用软件打通了设计与建造的数据交互，用机器人切石
的技术进行教堂的重建。这段经历给我之后的工作打下了一定的基础。
圣家族大教堂 图源：Unsplash
2012年我回到上海，Mark Burry教授推荐我到同济大学袁烽老师那里工作，工作重心主要在同济的建筑机器人实验室。
当时袁老师从MIT做完访问学者回来，在智能建造领域有深入的研究。我在袁老师的带领下参与了很多科研课题,并荣幸地成为他的第一个博士研究生。后来，我决定专心读博，当时在工作中也遇到一些瓶颈，就休息了一段时间。我希望能把我在国内外做的研究变成产品，但是在学校的体系内更多的还是做一些理论研究和验证性测试的工作。于是在2016年的年底，我成立了自己的公司。
公司在成立之初名为RoboticPlus Design Studio。我们受到了美国一个团队Bot & Dolly的影响，进行了一些人机交互和数字媒体的研究，比如在机器人举着的屏幕中呈现一个三维世界，并用机器人的动作去影响这个三维世界里的相机和重力，同时让动作跟音乐产生交互。当时我们是一个两三个人的团队，我的合伙人还在美国南加州大学的实验室做负责人，大家心里是想做建筑的，不过心有余而力不足。后来我们有幸被虹口区的领导关注到,参加比赛并拿到融资后开始发展起来。那时候数字化建造已经有了一些市场，部分工厂也有所需求,看到这样的形势，我们就大胆地往下做了。
AP /请简单介绍一下大界团队的人员构成以及各专业人员之间的分工与协作。
MH.
我们是一个交叉学科的团队，有项目部和研发部，共80多人，分别来自近30个不同的专业。现在的学校有很多新的科目，讲究各学科的融合，但是传统的国内大学和学院仍较为独立，很难接触到跨学科的同伴，这只有在公司才能实现。在建筑行业，很多大企业的研发投入不到1%，而我们每年在研发上的投入超过30%。再者，目前这个技术还不成熟，我们需要不断去研发新技术，因此研发团队比项目团队的人更多，这就需要借助资本的力量。
项目部有建筑背景的同事比较多，偏建筑工程和机械自动化，比如土木工程、数字化建筑设计及深化，还有KUKA、ABB、FANUC等工业机器人出来的原厂工程师，他们负责给业主提供整套智能建造的解决方案,以及为工厂提供数字化服务。
研发部有近50人，他们更多专注于建筑机器人的软件及相关智能硬件的开发。在这个团队里，建筑师主要扮演产品经理的角色，其他成员更多来自于机器人运动控制、深度学习、计算机视觉、SLAM ( 空间定位)、软件架构、机械设计等专业。简而言之，项目部更偏应用和落地，研发部则更偏底层算法。
我们是一个非常平台化的公司,每个部门中都有协同工作，团队之间互相交融。项目部除了直面客户以外，也有专门的研发工作，不过更偏工艺一点，与研发部的成员是协同工作的状态。
同时，当一些技术需要落地或遇到问题时，研发部的算法工程师会迅速提供支持并解决问题。除了开发技术外,研发部也负责一些小型的项目。
AP /我们了解到大界机器人并不做机器人本体，能否介绍大界的核心技术及其在建筑领域的应用?
MH.
我们做的是建筑机器人的工业软件，与互联网的算法驱动app不同的是，我们是用算法去驱动机器、驱动生产工具的。
除了最基本的机器人视觉技术以外，还有机器人工艺，就像造车工艺，包括电焊、弧焊、涂胶、组装。汽车的自动化从1956年George Devol发明了工业机器人到现在已经过去大半个世纪，汽车工艺也是在这个过程中慢慢实现自动化。原来的工业机器人其实就是一个六轴的机床，它只能做流水线式的生产，但是
2000年以后，随着工业软件、机器人的视觉技术和人工智能技术的逐步成熟，工业机器人才开始发展成建筑机器人。现在汽车工厂能实现80%的自动化，而建筑工厂可能连30%都不到，这个差距其实还是很大的。我们需要将建筑机器人在一些产线上的工艺变成一个可以被客户使用的工艺，并且更加简单和友好。
大界的智能建造技术已运用于很多工程案例，从艺术装置到室内空间，再到大型的建筑内外立面项目。另外，被赋能的工厂也越来越多，从原来的几家到现已超过50家，工厂的自动化改造规模也越来越大。我们在提升软件系统的同时不断吸纳更多的工艺，扩大我们的工艺库。比如从简单的木结构模具，到现在的金属、石材、碳纤维等等。我们也在把基于机器人的视觉技术和移动技术做得更加产品化，视觉技术是基于机器人工业相机的数字孪生技术，这在工业行业中还不成熟，更不用说在建筑行业了。不过，我们正在努力使其变得及时、准确、高效。
大界ROBIM软件系统
我们关注到中国的建造工程行业较为低效和同质化，设计端所用的BIM和三维数据并不能像国外一样渗透到整个建筑体系里。国外工程量相对较小，建筑的速度很慢，工程师和施工人员的文化素质相对较高且有能力去拆解BIM数据。但至少目前，国内的施工团队还没有能力很好地运用BIM，这种三维数据在建造端是完全断开的,很多设计院花费大量的时间用于将三维数据转成平面、立面、剖面的施工图上。我们直接把建筑设计的三维数据在数字化的软件和系统里变成机器生产的数据，使机器更多地参与而尽量减少工人的干预，让工厂用工业制造的方式来生产建筑构件，从而减少材料的成本，达到更高的效率，使建筑呈现更好的品质。现在很多建造单位都希望用数字化制造技术来替代传统粗放式的人工生产方式。
此外，硬件的发明也是我们的核心技术。大界是一家软件公司，我们通过软件去驱动硬件，让机器操控，工具比工人操控更加高效。现在工业机械臂已经很成熟，我们不需要再重复造车，采购国内外性能较好的机械臂即可。但机器人的工具并不成熟，我们会去改造甚至是发明新的硬件,这就需要有很好的机械设计的能力。比如，我们之前在同济团队里做过砌砖机器人的研究，以及我们在发现应用于航天领域中的智能车和在物流领域中使用的智能车都不适用于建筑领域后，自主研发了符合建筑工地和工厂移动的智能车（通用底盘），并拿到中国机器人CR认证等。
机器人编织过程
AP /这个年代一定不乏会写代码编程的人，所以大界将如何保持核心竞争力？
MH.
首先， 我和CTO王识源是最早一批研究建筑机器人技术的华人，我们比较早地加入到这个行业中，所以有较长时间的技术积累。第二，保持公司的创新文化。我们在同济大学和浙江大学的实验室里有持续的研究，在三年中搭建了一支很强的团队，成员都很年轻且来自国内外优秀的机器人和建筑机器人实验室。
这是一个新的专业,如果团队不够年轻或者没有专业的知识体系和相应的经验技术的话,运行起来就比较困难。一些与我们有合作的伙伴公司，创始人也都非常年轻。我们希望去找更多的后浪，打造大界的品牌，成为智能建造的新势力。我们的软件目前可以提供很多机器人的接口，除了日本、瑞士、德国等，也持续地与国内优秀的机器人供应商合作，打通他们的技术。虽然这个领域国内开始得比较迟，但随着技术越来越成熟，相信总有一天也能像华为一样实现弯道超车。
AP /大界机器人的技术可以发挥哪些作用?
胡雨辰（以下简称HYC）
我们要做的一件事情就是实现规模定制化的生产，有敢于改变的客户，我们这个行业才能够发展。我们在很多木结构工厂里会看到一些流水线式的生产,他们更多做的其实是标准建筑生产，其标准化程度很高但柔性很低，需要工人在现场二次加工和调整。我们在很多模型加工厂中也会看到五轴机床，它的个性化程度很高，但在面积上会受到很大的限制，比如3m* 2m的机床只能做3m*2m以内的东西，而且机器人的控制系统较差，很难实现定制化的要求。
但现在通过我们的软件，可以让机器人做更多能做的事情。另外，建筑机器人原本是一个很昂贵的物品，2012年一台60kg的建筑机器人KUKA可能要70万元，但是现在120kg的KUKA只要20万元左右，价格的降低让更多的工厂能接受并参与进来。
有了这两个前提以后,我们开始思考如何让机器人建造这件事变得更简单，于是我们做了三件事情。
第一，控制系统。个性化的建筑需要一个不一样的控制系统，让设计变成机器人可识别的数据。
第二，工艺算法。机器人加工所用的工具和人加工时使用的工具一定有所不同，比如人可以手持很小的工具雕刻，而机器人则要举起更重的工具，这就需要更高的精度。所以工艺及算法的逻辑和人工的建造逻辑完全不一样，这也是我们最近着重关注的一件事情，就像传统的车企一样，将各种各样的建筑机器人的工艺包进行标准化。
第三，关于人机交互的UI界面。考虑到目前国内建筑工人的整体知识水平,我们需要一个十分友好的人机界面，帮助他们使用复杂的机器人设备。基于这三点，我们创造了一套特制的算法、工艺包、控制软件，目前几乎能支持所有的机器人品牌。
MH.
我们对高定制化的复杂项目比较感兴趣，因为这更能凸显机器人的技术。现在，很多大型地产公司也在制定自己的标准化，我们在用这种技术生产一些附加的东西。有些精品的酒店、商业想开发一些产品，有了机器人技术以后就可以突破尺度和重量，而我们赋能的工厂可以去做很多标准化的事情。我们打通了上下游，既支持设计建造的服务，又为工厂提供设备以生产材料，同时为设计师提供咨询服务，我们希望能更多渗透到设计的流程中，去帮助解决一些问题 。
史蒂夫 · 乔布斯剧院
AP /请问你们近期做了哪些项目，解决了哪些问题？
HYC.
我们在湖州松阳做了一个木结构的新华书店,项目周期非常紧张，只有一个月的时间，当时这被认为是一个几乎不可能完成的任务。现场离工厂大概有500km的距离,通过大界的软件，我们提前知道加工所需的时间、耗费的木料、最终的误差等信息，整个项目完成只用了28天。其中3天用于深化设计，22天用于预制加工，最后3天再去现场安装。
由于这是直接从软件得到的数据，因此不会出现所谓工人或者施工图产生的误差。我们评估了深化设计、加工等各环节的具体时间，这也是我们为什么能够向甲方承诺在这么短时间内完成的原因。
松阳童书馆
AP /大界在数字技术的艺术表达方面也做了很多尝试，如去年上海城市空间艺术季的互动装置作品“OVERWHELMING”等。请问合作的契机是什么，以及具体的技术手法有哪些？
MH.
技术和团队都是需要迭代和发展的，不可能在技术和经验都尚未成熟时就去做巨大的项目,所以我们选择从一些小尺度的建筑或装置开始，测试从数字化设计到建造的全流程，验证我们的技术能力。
公共艺术是一个很好的切入口，再慢慢将技术渗透到大的项目里。我们的团队没有专门的设计师,我们更关心的是怎么将建筑变成一个有效的、可建造的产品，为更多的建筑师和艺术家创造设计的自由，用技术帮助他们实现设计想法。具体来说，我们运用了增材技术、纤维等新材料的技术，以及传统的木材、金属、钢材等技术，而这些都围绕软件中的工艺库来实现。
2019上海城市空间艺术季的互动装置作品
OVERWHELMING
AP /您认为数字建造技术是否会加速传统工艺的灭亡？或是否有借助数字工具来增强传统工艺的可能？
MH.
我认为，当年轻一代觉得建造变成一个纯体力且没有吸引力的事情后，传统工艺才会灭亡。
实际上，我们与传统工艺并无竞争，而是在帮助它复兴。首先，我们通过人机协作的方式，将这些传统工艺变成数字化的工艺库保留下来。其次，我们会与传统工匠一起讨论新的建造方式，这种建造方式可能是颠覆性的，它能让工匠更加轻松,在保留工艺的同时提高工作效率。
这些与数字化结合的工艺，可以将工匠从一些重复性的事情中解放出来，更多地专注于那些需要创造力的地方。国外有许多艺术家工作得很开心，因为他们知道什么事情需要自己来做什么事情可以交给机器去完成。如果我们不能很好地拥抱这种技术的话，就会有很多生产性的工作需要自己或交给工人完成。而在当下，年轻一代可能会对此失去兴趣。但如果年轻人发现原来机器和艺术、工艺可以相结合，那么他们会愿意来从事这项研究的。
AP /请问不同的材质和不同尺度对机器建造的应用有何影响？
MH.
材料包含在工艺中，这一点是很重要的。我们研究了各种建筑材料的结构、硬度和性能,以及每种材料生产的工具，我们思考能否将其变成自动化的工具，而不是工人手上的工具。另外，这些材料经过组合将变成产品，墙、天花、地板、窗户等都有各自的节点构造，我们也对其进行了研究。我们现在在做的是用机器操作工具去生产这些东西一统称之为大界软件里的工艺库。
围绕主流材料的工艺，如钢、木、混凝土、玻璃的增材（3D打印）、减材（切割铣削与打孔开槽）、等材（组装折弯）等工艺，开发各种各样的算法，这些算法是模块化的，可以组合和扩大。譬如，我们可以将木材工艺转接到石材上，或将钢材工艺转接到其他金属上，进行一个系统的升级。
从单一材料到复合材料自然会有更高的要求，也就需要更强大的算法做支撑。因为机器人足够智能，所以尺度其实不是问题。我们很多技术都围绕五轴或六轴机器人，它们有不同的尺度，并且本身具有3-4m的运动范围，可以借助外部轨道使其对更大的构件进行加工。
不同类型智能建造机器人
AP /请问大界的发展目标是什么?
MH.
我们会持续地为工厂端赋能，同时也希望一步步实现从工厂，到模块化的工厂，再到工地的自动化。工厂的环境相对稳定，生产流程的管理相对规范，并且有具备专业操作技能的工作人员。而工地的情况则更加复杂，会涉及到多工种、多施工队、多专业的融合。
工地是生长型的环境，这对于机器人的运动、空间路径的规划、硬件的鲁棒性等都有着非常高的要求。除此之外，工地偏老龄化、工人的文化水平和工艺的复杂程度都会对施工造成很大的挑战，所以工地端的渗透是我们未来的发展方向。
碳纤维编织机器人
AP /您如何评价中国的数字化建造领域的发展现况？
MH.
我们所做的事情其实在设计的下层，是用机器的方式让建筑师能更好地实现想法。大界也在频繁地与一些建筑师交流，了解他们对技术的一些看法和未来一些合作的可能，其中有一个观点我非常认同：现在很多新技术的运用还不够自然，可能是刚刚处于萌芽开始的阶段，所以出现了很多为了运用技术而运用技术的做法，如果哪天这些技术能够被自然地运用了，且伴随着生活方式的变化逐渐呈现出新的材料和空间的形式，那就说明这个技术很成熟了。
AP /这次的疫情是否给数字化建造带来新的市场和新的思考？
MH.
这次疫情其实刺激了很多行业更快地去拥抱数字化技术，进行数字化的转型。人力密集型的工厂会因为疫情而无法开工，而一些大界赋能的工厂可以以非常少的人力来完成复工复产。此外，疫情也推动了国家发展新基建和智能建造的决心，发布了很多支持性政策。我们也在思考，当未来再面临此类灾难时,我们的智能建造的技术是否能快速响应如火神山、雷神山等应急工程的建造。
这个事情也帮助大界制定了后面5-10年的发展规划。建筑是一个大学科，有人专注前端的空间和城市的设计，有人专注后期的建造和落地，这两者间需要有一个界限，如果没有的话，就会互相束缚。设计相对是感性的，考虑太多则可能会被技术绑架；而技术是非常理性的，讲究的是效率、精度和质量，所以我们会定义这样一个边界，让设计师拥有更大的创作自由度。一些大师如诺曼·福斯特、扎哈·哈迪德、弗兰克·盖里，他们其实有非常好的设计深化团队,相关的数字制造工厂在持续助力，让他们创造出高完成度的作品。
我们目前还无法做到设计到建造的完全自动化，但未来或许可以直接根据设计师的方案，精确地计算建造成本、时间以及什么样的工厂可以帮助实现。由于我们国内有更多的项目和工厂，我们有更大的力量推进这个事情。我希望未来建造可以变得更轻松、更自然、更科技和工业化，让年轻人觉得建造也是一件很酷的事情，而不是一个体力活。如果这件事做到了，那么大界的存在就是有意义的。
建筑变成一个有效的、可建造的产品，为更多的建筑师和艺术家创造设计的自由，用技术帮助他们实现设计想法。具体来说，我们运用了增材技术、纤维等新材料的技术，以及传统的木材、金属、钢材等技术，而这些都围绕软件中的工艺库来实现。
本文图片除特别标注外，均由上海大界机器人科技有限公司提供
新媒体编辑 / Sai
视觉 / Sai
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