建筑机器人的研发起源于日本,1982年日本清水公司的一台名为SSR-1的耐火材料喷涂机器人被成功用于施工现场,被认为是世界上首台用在建筑施工的建筑机器人。随后出现了美国军方的John Deeve 690C掘进机被用来修复爆炸毁坏的跑道;麻省理工学院的trackbot和studbot被用于墙体内部建设等。除了日本和美国在进行建筑机器人研究之外,法国、德国、英国、以色列、荷兰、芬兰、丹麦、新加坡等国家也相继进行建筑机器人研究。进入21世纪10年代,建筑机器人行业呈现多点开花的分布格局,主要国家均有有突出贡献的公司布局,国际竞争较为激烈。
由于建筑产品的非标准化、建筑场景的动态性强、建筑机器人技术复杂等因素的影响,目前从事建筑机器人研发和生产业务的企业不多,规模化产品较少,行业集中度低,市场格局暂未形成。从全球市场来看,目前至少有10个国家已涉足建筑机器人的研发,西方国家以美国、澳大利亚、法国、瑞典为代表,亚洲以日本、新加坡为代表。其中,美国拥有较多的建筑机器人初创企业,产品类型多样,且产品商业化进程较快,在建筑机器人行业处于领先地位。
目前,行业内有突出贡献的公司多在2010年后成立,20世纪10年代后,建筑机器人行业技术逐步成熟,行业走入发展期,智能化和自动化成为主流发展的新趋势,建筑机器人企业顺势发展。
由于建筑产品的非标准化、建筑场景的动态性强、建筑机器人技术复杂等因素的影响,目前从事建筑机器人研发和生产业务的企业不多,规模化产品较少,行业集中度低,市场格局暂未形成。从全球市场来看,目前至少有10个国家已涉足建筑机器人的开发,西方国家以美国、澳大利亚、法国、瑞典为代表,亚洲以日本、新加坡为代表。其中,美国拥有较多的建筑机器人初创企业,产品类型多样,且产品商业化进程较快,在建筑机器人行业处于领先地位。
2022年,有研究机构对全球8949家初创企业和大企业对于机器人技术发展的见解进行了深入研究,并对2023年机器人技术发展的新趋势做出了预测,其中与建筑机器人相关的趋势有:
现在全球服务智能机器人的市场总值正在以20%-30%的速度增长。建筑业是仅次于采矿的第二大危险行业,施工全套工艺流程中事故多、劳动力短缺、劳动生产效率低,这些都成为建筑业发展的掣肘。在此情况下,实现机器人技术在建筑现场的运用有着极大的市场。当前,传统的建筑施工作业方式最终逐渐被一些高新技术所颠覆,到时建筑施工行业会加速转变发展方式与经济转型,由劳动密集型向技术、知识和管理密集型转变。根据Martin Placek的数据,到2030年全球的建筑机器人市场会达到242.4百万美元。
我国对建筑机器人的研发大多分布在在高层建筑外墙清洗和建筑施工自动化安装方面,如江西理工大学研发的高楼幕墙清洗机器人、863项目下的室内板材安装机器人等。2022年,住建部发布《“十四五”建筑业发展规划》,规划中指出,加强新型传感、智能控制和优化、多机协同、人机协作等建筑机器人核心技术探讨研究,研究编制关键技术标准,形成一批建筑机器人标志性产品。积极地推进建筑机器人在生产、施工、维保等环节的典型应用,重点推进与装配式建筑相配套的建筑机器人应用,辅助和替代“危、繁、脏、重”施工作业。我国建筑机器人行业从萌芽期走向成长期,行业内公司开始增多,行业标准逐步确立,并且政策规划等相关行业发展的辅助配套开始落地。
建筑机器人的发展和类型的形成受建筑工程项目施工需要的影响。从理论上来说,建筑工程项目施工中所有复杂工序都可以由相对应的建筑机器人进行替代或辅助施工,这也是建筑机器人未来的开发潜力和开发方向。从建筑工程项目施工来看,其施工工艺最重要的包含土方工程、地基与基础工程、砌筑工程、钢筋混凝土工程、防水工程、装饰工程等几大类,各类工程中又包括大大小小的各种工序以及具体的施工作业,因此建筑机器人在建筑工程项目施工中可以开发的种类十分丰富。建筑机器人可应用在四个细分建筑工程领域:设计、建造、运维、破拆,每个细分应用领域对应着不同功能的建筑机器人产品。
建筑机器人行业按产业链分为上游、中游、下游和行业应用。上游为减速器、伺服系统、控制管理系统等核心零部件生产;中游为建筑机器人本体生产;下游是基于终端行业特定需求的建筑机器人系统集成,大多数都用在实现焊接、装配、检测、搬运、喷涂等工艺或功能,最后形成终端产物建筑机器人。
中国是建筑大国,拥有世界上最大的建筑市场,作为传统产业的典型代表,2021年中国建筑业总产值达29.3万亿元,同比增长11%。
随着人口红利的消失,中国的建筑业面临着巨大的人力成本压力,以及高危、生产效率低等一系列难题。近百年来,虽然自然科学与工程技术领域的革新不断,建筑本身的形态和功能也大不相同,但建筑施工的业态形式却始终没再次出现显著的变化。建筑行业是世界上数字化程度最低、自动化程度最低的行业之一。在既有的现代化技术体系中,最大有可能承担起建筑业革新重任的便是机器人技术。
近年来,中国在建筑机器人研发领域发力,但大部分技术专利还在研发阶段,并未在市场上规模化应用。2003-2022年中国建筑机器人相关专利申请以及授权数量呈先上升后下降趋势,2020年建筑机器人的专利授权量和申请量达到最高,专利申请数量1.85万项,专利授权数量为0.96万项,而后专利申请热度有所降低,截止至2022年12月,2022年专利申请数量为0.68万项,专利授权数量1628项。
更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国建筑机器人行业市场需求与投资规划分析报告》,同时前瞻产业研究院还提供产业大数据、产业研究、产业规划、园区规划、产业招商、产业图谱、产业链咨询、技术咨询、IPO募投可研、IPO业务与技术撰写、IPO工作底稿咨询等解决方案。
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