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在研究建筑問題時，你會發現其實所有的「新」想法早就被嘗試過不止一次了，甚至可以追溯到幾十年前。讓機器幫忙砌墻就是其中之一。

毋庸置疑，這個想法非常具有吸引力，因為磚石結構真的太適合機械化了。它是一項重復性勞動，建造一棟磚石建筑需要砌成千上萬塊磚，每塊磚幾乎都是一樣的，砌在一起的方式也一樣。這一過程似乎不需要多么復雜的身體動作：每塊磚都涂上一層灰漿，然后放在另一塊磚的旁邊。由于每一塊磚和灰漿的接縫都是相同的尺寸，磚塊的放置也幾乎是確定的。

最重要的是，砌墻是最繁重的建筑勞動之一，需要工人連續工作數個小時，不停地移動重物。

從這些角度來看，這個任務似乎天生就應該用機器來完成。而人們也已經為此努力了 100 多年。

早期嘗試

用機器砌墻的首次嘗試可以追溯到 19 世紀末、20 世紀初，1899、1904、1924 年都有相關專利可以查到，而且申請人都不是同一個人。這些機器理論上應該沿著墻移動，然后一邊抹灰漿一邊往上放磚塊。但是，它們無法感知周圍的環境，也無法測量放磚的位置，而是機械地擠出一層灰漿，并機械地按照一定距離放好磚。

John Thompson 1904 年的砌磚機。

很難查清楚這些發明有多少真的造了出來，但一位叫 John Knight 的發明家不僅將機器造了出來，還砌了堵墻并屹立至今。

在接下來的幾十年里，同樣的概念出現了好多次。其中，六七十年代那些發明還可以查到專利，下面兩張圖展示了 20 世紀 60 年代的砌墻機 Motor Mason，看起來和 20 世紀初的沒多大區別。這些機器基本也只停留在 demo 階段，沒有走向商用。

20 世紀 80、90 年代

20 世紀 80 年代末到 90 年代初，人們對砌墻機械化的嘗試轉向了機械臂。與之前純機械的砌墻機器不同，這些機械臂擁有一個信息處理組件。因此，它們并不是一直重復一個動作，而是將具有高自由度的機械臂與傳感器和控制系統結合到一起，以「看到」磚塊并確定放置位置，然后把磚抓起來放上去。

有段時間，這一方向成為了學術圈一個完整的子領域，可以查到的成果包括 1988 年的 Slocum、1989 年的 Lehiten、1996 年的 Rihani、1993 年的 Altobelli、1996 年的 Pritschow、以及 SMAS、ROCCO 等系統。

ROCCO 系統示意圖。

但即使投入了這么多力量，得到的結果也沒有多成功。多數機器都沒有達到紙面上所描述的水平，只有少數幾個達到了原型機水平。有位研究者甚至宣稱，在可預見的未來，通用建筑機器人是不可能實現的。不過，可用于生產的例子倒也不是沒有，一個名為 Multistone 8000 的系統就可以在類似工廠的環境中砌墻，但也需要人類幫助。

當前的嘗試

近些年來，砌墻作為一種建筑技術在發達國家的重要性已經下降，人們的興趣已經轉向自動化。這里說的并不是 3D 打印，而是其他幾十種技術探索。

其中最先進的是 Fastbrick Robotics 公司建造的 Hadrian 系統。Hadrian 通過一個安裝在卡車上的空心吊桿來運輸砌塊（有點像混凝土泵車）。當磚塊接觸到吊桿末端時，它會被噴上工業粘合劑（而不是傳統的砂漿）。然后機械臂抓住它，把它放到正確的位置。

這個吊桿覆蓋的范圍是如此之廣，而且底座還有一輛車可以控制移動。如此一來，Hadrian 所受的限制比它的前輩們都要少。它可以在狹窄的走廊或復雜的角落放置磚塊，只需要移動幾次就可以建成一個小建筑的所有墻壁。Hadrian 目前每小時可以砌 200 塊磚，但 FBR 的目標是 1000 塊以上。

Hadrian 的開發工作 2006 年就開始了，但直到最近才開始在商業工地上使用。截至目前，他們已經在澳大利亞建造了 3 到 4 棟建筑。

但這家公司似乎遇到了一些困難（對于一個已經開發了超過 15 年的硬件系統來說，這并不奇怪），2020 年進行了一次大規模裁員，最近幾個月使用該系統建造的建筑也開始減少。

相比之下，Construction Robotics 開發的 SAM 半自動砌磚機在商業化上要更成功一些，自 2015 年以來一直在商業項目中使用。SAM 由機械臂、砂漿分配器和傳送帶組成，還有一個輪式底盤。

SAM 工作時，機械臂抓起一塊磚，在上面涂上一層灰漿，然后根據系統內置的圖紙將其放置在墻上的某個位置。一旦磚塊就位，它就會重復這個過程，在砌墻的過程中來回移動（墻兩端的工作需要泥瓦匠來完成）。SAM 有一系列的傳感器來適應平臺的移動，并確保它放置磚塊的水平。此外，它還能適應各種大小的磚塊。它被安裝在一個可移動腳手架上，腳手架隨著墻不斷升高。

除了 SAM 和 Hadrian，還有其他一些「機器泥瓦匠」正處在不同的開發階段。不過，與這些專注于砌墻的機器相比，鋪路機器似乎更容易成功，很多公司都已經開始提供這種「打印」磚路的服務。

泥瓦匠助手

除了上面提到的各種砌磚機器，其實還有一類機器是專門用來減輕泥瓦匠壓力的，可以被稱為泥瓦匠助手。它們的作用通常是幫人拿起磚塊，至于放哪兒、怎么放就交給人類泥瓦匠來決定。

這種泥瓦匠助手至少可以追溯到 1994 年美國軍方用來做試驗的 MAMA（Mechatronically Assisted Mason’s Aid）系統。它由一個附在軌道上的吊桿臂上的夾持器組成。泥瓦匠可以利用夾持器將磚塊移到合適的位置，而不用自己親自拿。

從那時起，其他公司也開始陸續開發類似的裝置，比如 Layher Balance、Rimatem、Assistance System Steinherr 等。上面提到的 MULE 也是其中之一。

Layher Balancer。

Construction Robotics 開發的 MULE 在解放人力方面的效果。

這些砌墻輔助系統中最有趣的可能是 FRACO 正在開發的外骨骼，去年剛剛發布。它源自為軍隊開發的模型，并具有各種被動和主動提拉機構，旨在減少操作砌磚時泥瓦匠的肌肉壓力。

FRACO 外骨骼。

當然，幫助搬運重物的機器并不完全是革命性的。一位農業生產力文章的評論者指出，砌磚生產力最重要的進步之一是伸縮式搬運機，它消除了手動移動磚石托盤的必要性。

為什么「機器泥瓦匠」還沒大規模實現？

砌墻本應是機械化的首選，但百年來有限的成功表明，某些方面還存在一些阻礙。這使它成為了一個有趣的研究案例，因為它有助于人們去準確定義機械化的困難之處。為什么砌墻和砸釘子如此不同？后者幾乎完全實現了機械化，但前者幾乎都是手動？

影響因素可能有以下幾個：一是磚塊并非簡單地放在固體表面，而是放在一層薄薄的砂漿上，砂漿是水、沙子和水泥材料的混合物，非牛頓流體會具備某種復雜的物理特性，當它移動或晃動時，粘度會增加。這導致很難以純粹機械化的、確定性的方式去使用它，而且砂漿是一種現用現混合的材料，每一批次之間的性能都會有所不同。

砌磚機器一直在與砂漿作斗爭。上世紀 80 年代末、90 年代初的學術研究通常基于干砌墻，這是一種不需要灰漿接縫的墻體，或者基于表現更可預測的灰漿替代品。Pritschow 曾在 1996 年的論文中直言：砂漿問題太難解決了。已經想出如何用機器涂抹好砂漿的人仍然不能完全生產出干凈的砂漿接縫，它們只是在那里涂抹，還需要工人跟在后面清理。在某些方面，SAM 的努力與 50 歲的 Motor Mason 沒有什么不同。

砂漿接縫讓設置磚塊變得更復雜了，而釘槍可以對釘子施加力并且每次都獲得相當均勻的結果。即使不均勻也不影響什么，就算釘子略微歪斜，也仍然能起到該起的作用。在一層非牛頓流體上碼一個磚塊不是那么容易，如果沒有來自環境中的其他反饋，就很難確定墻體是水平建造的。人類泥瓦匠會不斷地用繩子或場地水平測試裝置來確保墻體保持筆直，并根據需要進行微調。機械泥瓦匠也需要以某種方式來做同樣的事情，SAM 似乎已經基本解決了這個問題，但仍然時常需要后面的工人來拍一下。

根據環境反饋進行調整的必要，這就是砸釘子與砌磚的不同之處。釘槍、圓鋸和其他電動工具在某種意義上更像是砌磚助手，它們在執行一些純粹的體力任務，同時將所有信息處理和精確工作交給人類。釘槍不負責確定釘子需要去哪里，只是將自身移動到位，它只是完成敲釘子的物理任務。

路由器和銑床的歷史可以提供一個具有啟發性的平行關系。前者是在 19 世紀末 / 20 世紀初開發的，而程序控制能力是在 40 年代末 / 50 年代初開發的。但直到最近，我們才有能力整合實時反饋，從而支持 Shaper Origin（一種自動糾正人體動作的手持路由器）等產品。讓機器根據周圍環境做出強有力的反應仍然是一個復雜的問題，即使機器在物理上有能力做到這一點，也依然如此。

Shaper Origin, 世界上第一臺手持式 CNC 設備。

還有一些其他問題，也讓砌磚機器變得棘手：

• 磚塊又大又重，這意味著需要更大、更昂貴的機械來操縱它們（特別是如果想快速地操縱它們，因為力會隨著加速度成比例）；
• 在美國，磚石墻是用大量鋼筋建造的，這對于簡單的基于磚塊的機器來說很難處理（在 Hadrian 的項目中，鋼筋是手動安裝的）；
• 出于規避風險的原因，很難讓承包商接受相關技術。

「機器泥瓦匠」值得期待嗎？

這是一個很難回答的問題。從根本上說，這似乎取決于機器人、軟件、計算機視覺和其他技術（統稱為「自動化」）的進展情況。

盡管困難重重，但砌磚還是比其他建筑系統更成功地實現了自動化，也是為數不多的商用機器人在市場中能廣泛使用的系統之一。因此，自動化技術的進步可能最適用于磚石建筑。如果自動化砌筑系統變得更小、更快，可以更輕松地處理角落和完成接縫，它可能會開始變成一個非常有吸引力的系統。

這也很容易一石激起千層浪。先進的自動化技術也可以很容易地應用于其他建筑系統（木材、鋼鐵等。)

磚塊非常重，這意味著操縱它們的機器總是比操縱更輕的建筑系統的機器更昂貴。甚至大型街區也只占整個建筑的一小部分。因此，與其他建筑類型相比，自動化砌磚系統最終可能會更昂貴且生產率更低。我們可以看到這樣一種情況，即自動化砌磚在很短的時間內變得具有競爭力，但隨著該技術適用于其他建筑系統，很快就會黯然失色。