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大道理
2026年8月14日12:15:40
Built Robotics 的一台自主液压挖掘机具备精细的电机控制能力，能够小心地堆叠钢梁。在偏远工作现场，重复性任务仍然是部署机器人设备的关键目标。
人工智能的进步，以及太阳能发电装置等已证实的实际应用案例，正使机器人更深入地融入建筑业的关键流程。
重复性工作、偏远地点以及艰苦炎热的工作条件，都使得大规模光伏太阳能装置成为自动化升级的理想对象。但对于希望将机器人设备引入工作流程的承包商来说，这必须超越新技术的噱头。相反，问题归结于日程安排和成本这两个老生常谈的话题。“当我看到我们正在做的太阳能工作时，无论是1兆瓦、10兆瓦还是500兆瓦，它本质上都是在重复同样的任务，”位于加利福尼亚州的太阳能安装分包商Sunstall的首席执行官Helge Biernath解释道。“无论是机器人还是人类，它都只是在安装。这就像在阳光下进行制造，伴随着所有相关的挑战。”
自动化有多种形式，在过去几十年里，人们在小型试点项目中尝试完全自动化建筑流程时，曾有过一些新意。但现在，机器人和半自主设备的部署正变得越来越普遍，并在太阳能发电装置中找到了一个富有成效的利基市场。
2025年由设备制造商协会发布的一项标准，划分了建筑设备自动化技术的五个等级。该等级从完全手动操作到由人工智能驱动的完全无人值守自动化不等，而现实情况是，目前投入使用的绝大多数自动化设备仍需要一定程度的人类互动和监督。在太阳能建设中，从打桩到组件安装等最繁琐且艰巨的任务中，人类辅助机器人正在发挥作用，这一点尤为明显。
是一种与驾驶室内的操作员配备3D机器控制辅助系统不同的全自动机器吗？实际上，并不是。任何能标准化重复性工作并提高项目交付效率的工具，在太阳能安装等大型复杂项目中都是受欢迎的。
Cosmic Robotics 是一家位于旧金山的初创公司，采取了全面自动化方案，其轮式单元配备了一只多轴机械臂，专门设计用于将60磅的太阳能电池板安装到支架上。该机器人Cosmic 1已在全国各地的太阳能安装现场进行部署，从加利福尼亚州到得克萨斯州，再到东海岸，覆盖了部分最大的公用事业规模太阳能发电项目。
“这款机器人旨在成为重型设备的倍增器，”Cosmic Robotics 首席执行官詹姆斯·埃默里克解释道。“它可以完成举升和放置的工作，但我们身边还有人负责紧固和精细调整。”Cosmic 的这款机器人是专门为这项任务打造的，旨在无缝融入项目现场现有的工作流程中。
“我们设计它时，使其不依赖于其他网站的硬件以及工作人员的手段和方法，”Emerick说。“我们希望在他们工作的方式范围内进行合作。”
该机器人手臂末端配备了真空吸附抓手，能够自主沿着一排移动并安装太阳能电池板——精度可达2毫米——从而让跟在后面的工人能够迅速介入，将电池板固定到位，保持整个流程的顺畅进行。手动搬运和安装这些沉重的电池板对施工团队来说是一项极具体力消耗的工作，因此，许多建筑技术公司将这项任务作为实现更高程度自动化的重点目标。
“当初创公司与风险投资人交谈时，他们会将其包装成颠覆性创新，”Emerick说。“但我们的方法则完全不同，我们制造的是一种在熟练团队手中能发挥作用的设备。它并非旨在颠覆现场。”
Emerick 指出，该机器人的轮式设计表现优于预期，但为了应对更恶劣的现场条件，履带式版本将于下个月推出。这些以及其他方面的改变，都是由 Cosmic 的承包商合作伙伴就他们对太阳能安装机器人所需的功能提供的坦诚反馈所驱动的。
“这些孩子们带着他们的AI——他们是超级聪明的工程师，但他们需要去问问市场想要什么，”Sunstall的Biernath说道，他的公司在太阳能装置上使用了Cosmic Robotics的机器人，并就其性能提供了反馈。“从机械臂的长度到各种附件，你想要做的事情和我需要的东西之间可能会存在脱节。我们很喜欢Cosmic目前展现出的成果；我们能看到他们在这方面的发展方向。”
比尔纳特在成为太阳能承包商之前，曾负责在奥地利运营几乎完全自主的制造工厂，他表示，在太阳能建筑流程的自动化方面仍有许多工作要做，才能看到汽车和制造业几十年来所享有的那种效率提升。“二十年前，我们有能够拿起并放置一块玻璃的机器人，”他说。“[建筑业]的差异在于调整物流，确保一切都处于应在的位置。最终目标是让整个过程自动顺畅地运转起来。”
自动化太阳能电池板安装机器人
来自Cosmic Robotics的自动化太阳能电池板安装机器人正在处理太阳能建设中最具体力要求的工作之一。
自动化太阳能电池板安装机器人
把一件事做好
Built Robotics 已经自动化重型设备十多年，通过在标准液压挖掘机、推土机和滑移装载机上添加车载计算能力，使其无需操作员即可运行。在场地准备和开沟作业后，该公司发现其真正的使命是利用其机器人液压挖掘机在太阳能发电设施上打桩。桩基需要打到一致的深度，以便最终的地面高度足够平整，能够安装太阳能电池板，而且它们不能偏离垂直方向超过几度。这是一项需要熟练设备操作员完成的任务，而且在单个场地有数千根桩基的情况下，这项工作非常耗时。
Built的挖掘机在太阳能项目上工作了数年，共打入了数万根桩。这积累了大量关于正确打桩的数据，并被用于改进其自动化软件。通过不试图打造一款能够应对任何可能任务的全能型机器人挖掘机，这种更聚焦的定位有助于管理风险和保障现场安全。
“多年前我们刚起步时，与承包商的对话是关于‘如果机器人失控怎么办？’的，”Built Robotics 首席执行官兼创始人诺亚·雷迪-坎贝尔回忆道。“现在我们已经与最大的 EPC 公司建立了合作记录，对话的焦点发生了转变。当我们与安全主管交谈时，他们将机器人视为提升安全性的手段，能够将人员从危险中移开（并）降低现场风险。”
Built Robotics最近与专注于面向人类的机器人设计的宾夕法尼亚大学xLAB建立了合作伙伴关系。专注于工业应用，这是xLAB首次涉足建筑领域。
“Built带着一个问题来找我们，”宾夕法尼亚大学工程学教授兼xLAB主任拉胡尔·曼加拉姆说。“他们每月要打上万根桩，每季度超过10万根，所以即使其中2%到3%需要返工，也会严重影响进度。”提交给xLAB的问题是提高太阳能电站地形数据的质量。无人机勘测和安装在人驾驶的越野车上的扫描仪只能做到有限的程度。Built想要更好的解决方案。
“我们的方法是制造一台能正常工作的设备，并将其交给熟练的团队使用。它不会对现场造成干扰。”
詹姆斯·埃默里克，Cosmic Robotics 首席执行官
曼哈拉姆的毕业生曾参观过 Built Robotics 的工作现场，并与该公司的工程团队进行了广泛的咨询，xLAB 也已进入一款小型轮式自主勘测机器人的原型阶段。
“我们已经完成了自动化一台大型挖掘机的工作，但用那台挖掘机去进行比如测量工作，可能会显得荒谬，”Built Robotics 首席工程师利亚姆·奥斯勒说。“在太阳能发电场的现场走动，对发电机组进行精确的地形数据采集——你不需要一台大型机器人来做这项工作。”虽然 xLAB 的机器人专家在设计和编程方面拥有经验，但现在他们能够使用 Built 自己的软件，包括其从数千次成功桩基安装中积累的宝贵训练数据。
“目标是在现场定期进行地形测量，因为如果前一天晚上遇到大雨，现场条件就会发生变化，”曼加拉姆说。测量机器人将蜂拥到现场，协同工作以持续更新三维模型。“这可以在每个班次开始前完成，并上传到该区域的施工机器人中。”
A Vermeer PD10
将 Vermeer PD10 与 Trimble Groundworks 集成，可利用 GNSS 在 Ferrovial/Webber Texas 太阳能项目中实现桩基的厘米级精确定位、定向和揭示。
半自主仍让工人参与其中
即使不完全实现机器人化，在远离大城市且分布于大片区域的太阳能工地，一点自动化也能发挥巨大作用。“能源项目和太阳能项目总是会发现自己比其他任何项目都更偏向乡村，”Ferrovial公司Webber的客户关系高级副总裁兰斯·西蒙斯表示。作为其合资子公司Ferrovial Webber Energy的EPC承包商，Webber正在美国承接一些规模最大的公用事业级太阳能项目，其中许多位于相当偏远的地区。“[在这些类型的地点] 运营商要么必须在那里居住，要么需要开车或搬迁。这是一个挑战。”
费罗维亚尔是位于德克萨斯州利昂县的一项257兆瓦太阳能光伏项目的总承包商和开发商，该项目占地超过1000英亩，位于布拉索斯河谷。
3D 控制
由全球导航卫星系统（GNSS）驱动的3D控制系统，即使设备操作人员经验相对不足，也能实现太阳能发电场桩基的精准定位。
该项目需要安装超过53,000根桩，桩基施工是一项关键路径活动，目前已接近完成。Ferrovial没有采用全自动设备方案，而是使用Trimble Groundworks机器控制系统配合远程操作的Vermeer桩机，以简化操作并提高质量控制。
维尔米尔的PD10桩机能够与Trimble Groundworks系统集成，该系统是用于精确导航和定位的全球导航卫星系统。安装在驾驶室内的Trimble Verso平板电脑可连接到维尔米尔的“点对点”控制软件，该软件具备专门用于保持太阳能桩排准确性的“排对排”功能。维尔米尔首席产品经理埃德·萨维奇表示：“打桩只需极少的操作员干预，能够提高太阳能农场建设的速度和准确性。”
减少人为错误是目标。“我们正在让机器尽可能地实现自主化，”Trimble土木专业解决方案与施工测量部总监凯文·加西亚表示。“只有一个操作员在看一个屏幕，上面显示着一系列点。每个点都代表一个桩的位置，所以这不仅仅是‘开到那里，把桩插进地面’。桩具有独特的形状。它们有要求的方向、要求的定位以及要求的埋入长度，还有要求的露出长度[即高于地面的高度]。”
Xpanner 的半自主挖掘机
Xpanner 的半自主挖掘机由远程操作员引导，用于安装太阳能电池板。只有两名现场工作人员负责固定电池板，而不是将其举起。
与其让两三名测量员在桩基位置的地面上喷涂标记，不如让一名操作员利用 Trimble 导航系统，通过卫星定位来确定所有桩基的位置。
对于费罗维亚尔公司而言，这意味着得克萨斯州项目56,000根桩的每一根桩都能达到厘米级的精度。这也意味着经验更丰富的操作员可以借助遥控设备操作打桩机，无需移动太远即可完成多排桩的施工。该系统还允许承包商在不牺牲精度或速度的情况下，对经验较少的操作员进行培训。
“我们了解到，即使有了遥控器，现在能够操作打桩机的人数也确实增加了。”
Lance Simmons，Webber客户关系高级副总裁
“现在操作员站在很远的地方，”西蒙斯说。“由于目前没有人真正靠近桩机，风险真的非常低。我们发现，即使使用遥控器，现在能够操作桩机的人数也确实增加了。我对那些进行这项工作的同事的经验水平感到非常惊讶。”
技术公司XPanner拥有一种与Black & Veatch等公司在公用事业规模太阳能项目中使用的类似太阳能桩打标记技术。该承包商使用总部位于韩国首尔的该公司X1附加套件和软件，将其集成到Vermeer的PD10桩机中。但与其他自动化桩打作业一样，减少桩机操作人员数量虽然解决了问题，但仍存在确保桩基正确就位以充分利用快速打桩优势的问题。
“如果你看看那个任务……我们在工地上有两个不同的情况，”XPanner的联合创始人兼首席执行官亨利·李说。“一种是雇佣两个人把一堆东西放到地上，并和机器一起处理这堆东西。这是在工地上做这件事的非常正常的方式。第二种方式是让人们习惯在没有人类的情况下处理这类工作，但他们实际上是在用滑移装载机摇晃、抓取并把那堆东西扔到地上。”
勘测机器人
宾夕法尼亚大学xLAB研究人员开发的勘测机器人将扫描并更新现场地形数据，以辅助Built Robotics的自动桩锤挖掘机。
XPanner 最近为其太阳能产品线添加了一项“摇晃”功能，这是一种品牌无关的改装方案，可安装在滑移装载机上。所有操作均通过平板电脑进行（松下公司提供 XPanner Toughbook 平板电脑版本），在驾驶室内运行 XPanner 的软件。“硬件安装非常简单，只需在滑移装载机上安装接收器，”Lee 表示。“使用任何平板电脑，您都可以通过引导系统实现 GNSS 级别的精度。”Lee 补充说，项目主管可以通过 XPanner Connect 平台从拖车或现场跟踪进度，从而随时掌握最新情况。
根据GNSS的引导，XPanner的软件创建了一个3D模型，李称之为“虚拟走廊”，用于引导操作员将钢桩运送到就位准备放置的位置。他补充说，几家大型EPC承包商在测试阶段已经在使用Shake Out。该软件于7月15日正式发布。
为了安装太阳能电池板，XPanner 在其 X1 平台上新增了 X1 电池板升降系统。该系统可与标准液压挖掘机配合使用。它仅需三名工人，其中一名操作员驾驶挖掘机，另外两名工人负责在地面上固定电池板。该系统并非完全自动化，但相比过去需要庞大工作团队的几乎完全手动流程，它是一项显著的改进。XPanner 的电池板升降附件与驾驶室内的控制器配合使用，无需对挖掘机进行任何大规模改装。与 Shake Out 和 Trimble Groundworks 一样，X1 电池板升降系统在进行太阳能桩安装的同时，利用 GNSS 和车载传感器构建工作现场的 3D 模型。
自主系统
许多自主系统已集成到现有重型设备中，例如来自 Bedrock Robotics 的这一系统。
数据是实现更好自动化的关键，无论是位置数据还是项目现场的真实3D数字孪生。但与所有测绘技术和自动化一样，关于如何执行这些太阳能安装的宝贵数据归谁所有，仍然存在疑问。“一些公司将硬件视为数据游戏，我们能收集多少信息，”Cosmic的Emerick说。“我们认为数据溯源非常重要：客户的数据就是他们的。”
对于希望与现场机器人公司合作的大中型承包商来说，Sunstall的Biernath有一个关键建议：不要低估你的项目数据。
“我们已经与Cosmic就数据共享达成了一项协议，这样我就能保护我们工作方式的[知识产权]，”他解释道。“人们不断向我们推销，让我们免费让他们在我们的项目上飞无人机收集数据——他们想要什么很明显，我可不傻。我们就在硅谷附近，我知道你们到底想要什么。如果有一天你们想取代我，我希望你们能为在我的工作中训练你们的模型支付一些费用。”
