自动化建造：建筑行业的未来变革

1 先进建筑与建造技术

社会福祉和文化演变可以通过充足的个人收入来实现。因此，一个国家必须提高效率，进一步提升生产力和经济增长。在缺乏或自然资源有限可供开发和销售的情况下，高收入只能来自先进技术。由于人口变化，还需要负担得起且高效的经济社会和社会技术过程。以研究与创新为基础的成功范例，“德国制造”标签因其汽车、机械、工业设施以及医疗和环境技术而在国际上享有盛誉。这说明未来的财富只能通过创新飞跃以及全新的价值设计和工程方式来创造。

在全球范围内，大量投资被投入到建成环境、基础设施和设施中，凸显了建筑行业的重要战略地位。分析（见第4.1节）显示，数十年来全球建筑业的生产力持续下降。与其他行业相比，建筑业的资本存量最低之一，且资本密集度较低；研发（R&D）投入也极低。制造技术的进步以及新产品的开发几十年来一直处于停滞状态。此外，建筑缺陷、恶劣的工作条件、建筑业对年轻一代缺乏吸引力，以及建造过程和建筑材料对原材料和能源的巨大消耗，都是传统建造和建筑行业目前无法解决的挑战。在高工资国家以及全球范围，社会自然老龄化将不断加剧人力资本的减少，降低变革能力和经济增长潜力。德国宏观经济学家Börsh‐Supan认为，提高生产力和经济财富的关键在于通过增加资本密集度，以及实现机器技术和生产力的非线性进步来补充人力资本（Börsh‐Supan等，2009）。

而通用制造行业在“工业4.0”（参见Jopp，2013）或“认知工厂”（参见Zäh等，2009）等概念下讨论了诸如超柔性及高度自动化的制造系统（被视为第四次工业革命）等现象，其中高度自主、灵活且分布式但联网的自动化和机器人系统相互协作

以惊人的效率近实时地生产个性化且复杂的产品，而在建筑业中，生产力和变革却数十年来一直处于停滞状态。建筑业的变革发生得极为缓慢，一方面是因为产品本身的特性，包括其复杂性、极长的生命周期、多样性、尺寸、物质性以及固定场地性质，另一方面也源于较低的研发支出以及对采用新战略与技术的迟疑态度。除了传统建筑方式的边际改进之外，自20世纪70年代以来，科学家、研发部门和创新型企业在大学、协会及政府机构的支持下，持续致力于一种颠覆性变革——一套全新的技术与流程，从根本上改变建筑的工艺与理念，这一系列发展可统称为“自动化建造”。

与传统建造相比，自动化建造是资本密集型且以机器为中心的，具有潜在无限的性能，并能够实现“实时”制造（林纳，2013）。由于自动化建造需要在整个行业范围内进行互补性且颠覆性的变革（产品、流程、组织、管理、利益相关者、商业模式等），才能充分释放其潜力，因此可被视为一种较为复杂的创新或变革形式。如此复杂程度的变革需要时间，有时甚至长达数十年。然而，在经历了近40年的技术发展和实验之后，企业、研究机构、协会以及政府机构中的相关活动显著增加。这表明该新技术正逐渐获得认可，其采用水平最终正迈向增长阶段。

1.1 机器人技术变得无处不在

信息时代的结束将与机器人时代的开始相 coincide。然而，我们不会很快看到像电影或动画中那样人类与仿生人共同走在街道上的世界；相反，信息技术与机器人技术将逐渐融合，以至于人们可能直到机器人技术已在各个地方投入使用后才会注意到。石黑浩（2012）

机器人系统是具有可重新编程性、自主性、灵活性和情境感知能力等特性的先进机械。通过观察机器人技术领域的进步，可以预测它将经历类似于1990年代个人计算机那样的发展。比尔·盖茨等专家和业界权威人士宣布机器人时代已经到来，并预计机器人技术将成为我们日常生活的一部分。韩国政府最近宣布大力支持机器人技术的开发，目标是使每个家庭至少拥有一套机器人系统。近期，谷歌收购了机器人硬件和人工智能开发领域的关键企业（例如波士顿动力、轴心公司和 Nest），以便在未来能够扩展至服务机器人和家庭自动化领域。此外，全球各国政府正在讨论实施新的法律法规，以为在公共空间大规模部署自动驾驶车辆和空中系统奠定基础。早在1961年，乔·恩格尔伯格就曾思考是否应将机器人技术仅与产品相关联

制造应用是合理的。“最大的市场将是服务机器人”（恩格尔伯格，1989年）断言道。恩格尔伯格开启了工业机器人时代，当时他所在的公司（尤尼梅申）交付了通用汽车的第一台机器人。

目前，机器人正变得越来越用户友好、成本更低、可适应不同任务、体积更小、分布更广泛，并能无缝集成到工作工艺和设备中。如今，个人可以通过开源机器人硬件的模块化套件，并通过USB设备将机器人系统直接连接到计算机。此外，还出现了机器人趋于隐形化的实例，这类复杂的机器人由相互连接、分布式且有时不可见的传感器与执行器系统构成（包括手机或家用电器）。这意味着作为机械运行的单个设备现在可以像机器人系统一样，以网络形式协同工作，自主地操控或实现目标（例如通过智能电网的方式调控能量流）。

随着机器人研究领域的持续发展，新的技术能力（模块化、轻量化概念、可穿戴机器人技术和社交机器人技术）被探索出来，并与现有的以操作为导向的自动化与机器人技术相结合。随着时间推移，机器人系统的功能不断增强，使其能够在与人类作业环境类似的非结构化环境中越来越多地开展工作。这一发展使得机器人技术除了传统的制造业行业外，如今还可被引入并应用于飞机制造、农业、建筑业以及医疗保健行业等多个领域。

新功能不仅拓展了机器人技术的应用领域，还使得在类工厂环境中出现新的应用场景成为可能。如今的机器人系统更加灵巧和自适应，为定制产品甚至个性化产品的生产奠定了基础。更快的产品生命周期，以及对能够生产定制产品的柔性生产系统的日益增长的需求，也推动了机器人系统向精细化模块化、子系统的即插即用能力、开源方法、自配置与自组织策略概念以及细胞式方法发展。

简而言之，可以说自动化与机器人技术正变得无处不在，并逐步渗透到我们在地球上的职业与私人生活中。表1.1列出了自动化与机器人技术当前正在进入的主题领域，以及这些领域内的方法和系统。结合图1.1可以看出，机器人技术几乎可以渗透到所有职业与私人生活领域。可以预见，在多个主题领域中并行协调且持续地建立自动化与机器人技术，将产生互补性与协同效应，使机器人系统变得更加高效。

在我们的丛书系列中，重点是自动化/机器人建造，但不仅限于此。如果不考虑与其他多个主题领域之间的紧密交叉联系，甚至互补性变革，自动化/机器人建造就无法被有效实施或引入。自动化建造未来的成功尤其依赖于交通领域的发展（例如，利用机器人飞艇运输大型复杂构件或设备将具有优势，同时机器人物料运输和物流解决方案也至关重要），以及新产品的开发和商业模式的创新。背后的基础技术和理念是相同的，各主题领域的开发者之间需要紧密合作。

主题领域	系统与方法
自动化/机器人 基础设施生产	1 自动化道路建设 2 自动化隧道挖掘（即通过隧道掘进机） 3 自动化桥梁建设 4 大坝、发电厂的自动化建设和拆除 etc. 5 自动化采矿 6 自动化集装箱港口
自动化/机器人 运输系统	7 自动驾驶汽车 8 自动驾驶公共交通（地铁、火车等） 9 自动驾驶航空旅行 10 自动化物流 11 先进微型移动设备（例如Cyberdyne的HAL或丰田的i‐Real)
自动化/机器人 建筑	12 垂直方向建筑物的自动化建造 13 水平方向建筑物的自动化建造 14 住房生产 15 通过自动化/机器人建造可进入的新型建筑市场 16 建筑物自动化服务与维护 17 自动化拆除与重新定制
自动化/机器人 环境	18 家居与办公自动化 19 辅助技术 20 网络化生产设施与供应网络 21 智能能源生产与分配 22 服务与家用机器人
自动化/机器人 农业与食品 生产	23 计算机辅助/机器人农业 24 机器人挤奶设备 25 自动化食品生产设施 26 定制食品
自动化机器人 城镇管理	27 智能电网 28 自动化/机器人交通控制 29 自动化/机器人基础设施检查与维护 30 自动化供应管理（水、燃气、货物、食品等）
通用制造 行业	31 数字/认知工厂 32 大规模定制 33 微型工厂，云制造 34 单元式物流

将不可避免地用于分摊技术和开发与生产的成本。

1.2 自动化建造的起源及其颠覆性本质

传统建造和自动建造各自的开发，以及两者发展过程之间的相互关系，可以通过 S型曲线框架以抽象的方式进行描述。单个S型曲线可以描述创新尤其是新技术的生命周期。S型曲线通常表示产品或技术随时间的发展。结合技术采用率或性能指标，可以将生命周期划分为三个阶段：

1. 阶段A（创新阶段） ：无相关知识，首次试验，大量研发支出，成果相对较少或没有，存在技术和组织问题，原型开发难以商业化；
2. 阶段B（增长阶段） ：知识增加，克服技术和组织障碍，互补基础设施、产品和服务的发展，新型商业模式的出现，客户采用率提高，通过协同效应实现快速增长；
3. 阶段C（成熟阶段） ：技术达到技术、组织和经济上的极限，导致停滞。

S型曲线的叠加可用于描述一种技术的停滞与技术极限之间的关系，以及新战略与技术的启动、开发和增长过程——这些新技术在初期性能上劣于现有技术，但随着时间推移，其重要性、性能和采用率逐步提升。图1.2将这一概念应用于建筑领域。传统建造由一种新技术——自动化建造——作为补充，在初始阶段（即我们目前所处的阶段），由于存在技术、组织和经济障碍，且尚未与仍由成熟技术（传统建造）主导的经济环境整合，其性能相对较差。然而，随着时间推移，该新技术将超越传统技术。

根据福斯特（Foster，1986年；Foster & Kaplan，2001年；福斯特在麦肯锡担任高级职位超过20年）的观点，一个行业或企业的绩效受限于其核心技术的本质。技术达到极限的迹象包括管理问题和冲突的增加以及性能提升速度的下降。当核心技术达到极限时，只有通过技术上的不连续性才能实现性能的重大改进（10倍、20倍、30倍、40倍）。特别是在本卷（第1卷）中，我们展示了大量迹象表明传统建造技术正在接近其极限（生产力停滞、建筑缺陷发生率上升、无法应对高度复杂的建筑、研发支出极低等）。我们的系列卷册（第1至第5卷）向读者展示了自动化/机器人建造的潜力和更高的上限，详细解释了新的核心技术及其应用，并识别了该技术当前的优势与不足，为未来进一步发展奠定了坚实的基础。

在商业科学、创新和管理研究中，一个众所周知的原则是：通过变革、创新以及对不连续性的开放，可以有效克服生产力损失、局限性和停滞。可以参考康德拉季耶夫的经济周期（参见马格，1986年）、藤本隆宏提出的进化学习能力概念（他认为该能力在丰田得以实现）（藤本隆宏，1999年），以及“跨越S型曲线”的概念——大公司借此方法可在数十年甚至几个世纪内保持领先地位（努内斯和布里恩斯，2011年）。最终，单个企业乃至职业若想长期存续，只有进行变革才有可能实现。这包括允许创造更广泛价值的重大系统变革。用努内斯和布里恩斯（2011年）的话来说，现在正是时候

建筑业需要跨越S型曲线，将劳动密集型建造的观念转变为资本密集型制造，以应对日益增长的产品复杂性和客户需求。向自动化建造的转变将引发一次重大的系统变革，类似于其他制造复杂产品行业（如造船业、汽车工业和航空工业）已经历过的从手工艺式生产向工业化生产的转变（参见第5章）。

20世纪70年代，分析表明建筑业的生产率增长相比制造业显著下降（详见第4.1节）。这促使在日本首次机器人热潮的影响下，出现了以自动化建造替代传统建造的概念。这一初始阶段的特征是建筑构件制造（BCM）和大型预制（LSP）的突破，以及相对简单的单任务建筑机器人（STCRs）领域的密集研发开始。到了20世纪80年代，传统建造的生产力仍然停滞不前（在欧洲、美国以及日本；另见第4.1节），同时建筑材料（例如高层建筑等形式）变得愈加复杂，

自动化建造领域的研究得到加强，从而推动了自动化/机器人现场工厂的开发。在接下来的几十年里，约开发了30种系统，其中一些为原型，另一些为商业化应用系统。

尽管所描述阶段的自动化建造（从20世纪70年代至今）在很大程度上仍处于原型和实验阶段，并伴随着技术、经济和组织方面的问题以及相对较低的采用率，但该阶段可通过S型曲线图（图1.2）描述为经典的启动与创新阶段。在当前的创新周期中，这一阶段的特点是采用率低、技术障碍多，且实施成本相对于现有收益较高。然而，这些特性不应被负面解读，而应被视为创新过程的一部分。从20世纪70年代开始的这一时期可被视为一个实验阶段，在此期间，不同类型的自动化建造被识别、开发和评估。各种替代性方法的优势与不足被明确识别，并开发出了首批用于管理并协同调整产品与组织结构的工具，即面向机器人的设计（ROD）。

在下一阶段（B阶段，成长期），自动化建造的应用领域可以得到扩展（例如，开发用于水平导向的自动化现场建造的系统，以及已经开始的自动化拆除方法）。此外，面向机器人的设计和管理理念可以进一步深化，为产品、流程、组织、管理、利益相关者和商业模式与新的制造技术之间的协同适应提供基础。这反过来将为更快的采用创造条件，并实现（指数级）增长。在此增长阶段，随着产品与周边基础设施的协同适应，自动化建造将充分发挥其潜力并提升性能。这种协同适应过程在许多主流技术中已经具有重要意义，而大多数人对此习以为常，例如汽车技术（一旦道路等配套基础设施建立便迅速发展）和个人计算机技术（在兼容软件、新型接口技术如鼠标的发展以及最终互联网出现之后迅速兴起）。因此，第3章详细解释了建筑领域中产品、组织、信息方面和机器技术之间互补性的角色。

第5章中对飞机制造、汽车工业和造船业的详细分析表明，与以人为中心的传统建造相比，机器技术（及其现代形式如自动化与机器人技术）是一种高度精确且可靠的生产手段，即使对于极其复杂的产品，也能保证时间、成本和质量；而且与人类不同，机器技术在能力和能力提升方面具有天然的“无限”潜力。B阶段的增长将进一步受到以人为中心的传统建造性能极限的推动，随着产品复杂性增加、生产力压力加大以及对可负担的个性化建筑材料需求上升，这些极限将变得更加明显。目前，建筑缺陷数量不断增长、生产力下降、组织复杂性提高以及重大项目成本超支现象日益严重，已表明传统建造技术的极限已被触及。而由于具备可编程性、内置灵活性和模块化方法，自动化与机器人技术如今能够被调整

（或能够自行调整）以适应短期内和长期内要制造的产品变异甚至完全不同的产品。过去几十年中，制造技术以及自动化与机器人技术的进步巨大，为技术转移提供了广阔的基础。这些概念使得自动化建造得以在相对较高的技术水平上开始蓬勃发展。特别是在发达国家，自动化与机器人技术领域的进步对于工业发展将变得越来越重要，并加剧了将该技术转移到建筑领域中的压力。考虑到所有这些事实，一个需要关注的因素是，在主要经济体中，人口下降和老龄化正威胁着经济生产力和增长。

总而言之，可以说变革即将到来，目前尚处于劣势的自动化建造技术进一步改进只是时间问题，最终将与周边的发展和基础设施产生协同效应，并超越传统的建筑方式。由于该技术本身以及建筑领域的互补性变革都十分复杂，因此《剑桥建筑机器人手册》系列系统地呈现、研究、解释和总结了自动化建造在所述创新阶段（20世纪70年代至今）的发明与发展。

1.3 系列的使命与结构

本丛书系列以整体方式涵盖了自动化与机器人化建筑，旨在扩展传统的设计与建造核心能力，拓宽未来毕业生和专业人员的活动领域，并在当前变革以及自动化建造技术即将进入采纳与增长阶段（见第1.2节）的背景下创造新的就业机会。由于该专业领域活动日益增多，研究人员和学生对该领域的兴趣不断上升，以及各方对作者咨询请求的数量大幅增加，促使作者系统地梳理相关发展、技术和策略，并将其汇编成一套丛书系列。此外，全球顶尖研发设施（剑桥大学、牛津大学、哈佛大学、新加坡国立大学、奥卢大学、韩国大学、成均馆大学、苏黎世联邦理工学院以及俄罗斯多所大学）在自动化建造领域的研发活动日益加强，而作者所在部门曾为这些机构提供辅助与支持，这使作者获得了关于该领域所需综合知识基础的新视角。从这些经验中获得的知识表明，目前仍存在巨大的知识空白，且与其他专业领域之间的相互关系以及未来创新者所面临的变革复杂性仍缺乏系统的阐释。

位于巴伐利亚高科技集群中的慕尼黑工业大学（TUM）作为先进且社会技术集成的建筑相关技术开发的孵化器。自2011年以来，该教席一直负责协调高级建造与建筑技术硕士课程（理学硕士），汇聚了来自几乎所有专业背景的研究人员和学生（建筑学、工业工程、电气工程、土木工程、商业科学、室内设计、信息学、机械工程）。这一广泛的专业背景将为产品、组织的必要协同适应与互补性奠定基础。

上述硕士项目将管理能力（建筑管理、技术管理、创新管理）与先进技术领域的能力（生产技术、信息与通信技术 [ICT]、微系统技术、机电一体化、自动化、机器人技术、个人辅助技术）相结合，并将其应用于解决社会未来面临的挑战，涵盖建筑生命周期的各个阶段（开发、规划、建筑、使用/性能、拆除/使用寿命结束）。参加该硕士课程的学生将在多个知识领域获得互补的知识，使其能够应对建筑行业从基于手工艺的低效能模式向基于机械化的高效能行业转型过程中所面临的复杂变革，并在政府、机构、研发或企业层面上成为这一变革的参与者、顾问或领导者。

本系列的作者将建筑学定义为服务于社会、经济和生态，将建筑定义为基于机器技术的生产过程，该过程依托最先进的制造技术和策略生产出先进的“产品”。这一观点基于对经济与技术的深入研究。在通用制造行业的发展中，作者认为，以合理成本交付未来的高科技环境/建筑（代表建筑行业的“产品”）依赖于高效的生产方法。作者支持并倡导这一理念：只有前沿的工程科学才能孕育这些创新。此外，这些创新还受到全球化、闭环资源利用、技术潜力转化以及环境与人口挑战的推动和放大。

未来的建筑行业将通过从各个学科转移和吸收先进技术来拓展新的业务领域（见图1.3）。其成功将取决于“管理”创新的能力，并根据自动化与机器人技术的需求改进整个价值链。建筑领域的自动化与机器人技术将创造新的市场、资质、技能和职业。尽管建筑、工程与施工是上述硕士项目的核心内容，但为了推动增强型技能培养，以培养下一代工程师，该课程与其他学科和院系有着广泛的交叉联系。

《剑桥建筑机器人手册》系列共五卷，其主要内容将在后续页面简要介绍。图1.4以图形方式概述了《剑桥建筑机器人手册》系列的结构。

1.3.1 第1卷：面向机器人的设计——建筑中自动化与机器人技术应用的设计与管理工具

本书中阐述了实现和实施第2、3、4卷和5卷所介绍的先进概念与技术的关键设计、创新及管理方法论。面向机器人的设计与管理可实现先进建筑与建造的高效部署技术。它关注建筑产品、工艺、组织和管理与自动化或机器人技术的协同适应，从而使此类技术的应用变得更加可行、简便或高效。它还涉及技术和创新管理方法论，以及在建筑与建造环境中应用先进技术时面向生命周期的观点的生成。

ROD 的概念最早由博克（Bock，1989）于 1988年在日本提出，随后成为全球自动化建造及其他基于机器人的系统的基础。该概念旨在改进建筑行业，并将传统建造工艺和构件设计调整以适应新型工具的需求。在第1卷中，介绍了有助于理解第2、3、4卷和5所述方法的相关技术，以及相关技术、组织和经济概念及参数的应用。

1.3.2 第2卷：机器人工业化——定制化构件、模块与建筑预制的自动化与机器人技术

本卷介绍了以混凝土、砖砌体、木材和钢材作为建筑材料，以及具有生产复杂构件和产品潜力的大型预制（LSP）相关的建筑构件制造（BCM）领域的概念、技术和开发，并对此进行了讨论。建筑构件制造（BCM）是指在高度机械化、自动化或机器人支持的工业环境中，将零件和低级别构件转化为更高级别构件的过程。不同行业甚至各个公司对构件的定义有所不同，但这些定义有一个共同点，即构件被视为由预先存在的单个部件和/或低级别构件以或多或少的复杂方式组合而成。

纯构件制造（Pure BCM）可区别于将原材料转化为零件的过程（如砖块或简单混凝土砌块的生产）。

此外，构件制造可区别于高度复杂模块或单元的制造。建筑施工管理（BCM）明显区别于高级建筑构件的制造，例如建筑模块（预制卫浴模块或辅助模块，这些也可称为建筑子系统）和建筑单元（如完全完工的建筑段的现场集成化生产（LSP），由积水住宅、积水之家、丰田之家、美泽混合等公司提供）。对于采用原始设备制造商模式（参见第4.3节）的高度自动化的现场集成化生产（LSP），构件制造商属于一级供应商或二级供应商。一级供应商将构件直接供应给积水之家或积水住宅等公司，而二级供应商则向卫浴单元或辅助模块的供应商供货。对于自动化/机器人化的现场工厂，构件制造商同样属于一级或二级供应商。建筑施工管理（BCM）和现场集成化生产（LSP）行业能够降低现场复杂性（任务可变性、施工现场操作的复杂性和数量），并在类原始设备制造商行业结构中构建供应骨干，这可被视为成功实施自动化/机器人化现场工厂的先决条件。上图展示了积水住宅工厂内钢框架的自动化装配过程。

1.3.3 第三卷：建筑机器人 – 基础技术与单任务建筑机器人

在1975年，日本成功进行了大规模工业化、自动化和机器人化预制房屋的首次试验，并且首批产品（例如积水M1）也在市场上取得了成功。此后，主承包商清水建设在东京成立了建筑机器人研究小组。此时的目标已不再仅仅是像LSP那样将复杂性转移到场外结构化环境（SE）中，而是开发与部署可在施工现场本地用于建造结构和建筑物的系统。初期的重点是单任务建筑机器人（STCRs）形式的简单系统，这些系统能够执行单一、特定以重复的方式执行建筑任务。单任务建筑机器人（STCRs）具有特定任务专用的特性，这使其在初期具有高度灵活性（可与传统工艺结合使用，且无需对整个工地进行结构化和自动化），但也构成了一个主要弱点。由于大多数情况下它们未与上下游工艺集成，需要额外的安全措施，并妨碍了人工工人在机器人作业区域并行执行工作任务，因此生产率提升往往被抵消。尤其重要的是，现场机器人设置（设备安装、编程）耗时较长且需要新的技能。此外，系统在现场的搬迁在许多情况下也十分复杂且耗时。

对已开发和部署的第一代单任务建筑机器人（STCRs）的评估以及上述问题的识别，从1985年起逐步推动了集成化自动/机器人化工地概念的提出（第4卷）。集成化自动化建造工地的概念将单任务建筑机器人和其他基础技术作为子系统整合进在施工现场建立的现场环境系统（SEs）中。作者之一（博克）于1984年至1989年在日本分析并支持了单任务建筑机器人、基础技术的发展，以及通过现场环境设计（ROD）对施工现场环境进行结构化的概念（另见Bock，1989年）。由于单任务建筑机器人的发展为1990年代起的集成化自动化/机器人建造工地奠定了基础并开辟了道路，因此本卷对其发展进行了回顾。单任务建筑机器人的发展一直持续至今，无论是作为集成化自动化建造工地的并行组成部分还是其子系统，目前已识别、分析并分类了约150种单任务建筑机器人。此外，还展示了由早稻田建设机器人研究（WASCOR）小组（联合了日本所有主要建筑公司的研究人员）发起的面向集成化自动化建造工地的概念与技术重构，以及对自动化设备和机器人的详细技术描述。

1.3.4 第4卷：现场自动化 – 自动化/机器人现场工厂

以自动化/机器人现场工厂形式在建筑工地设置现场环境系统的方法，可被视为建筑施工管理的合理扩展。

LSP（第2卷）和STCRs（第三卷）技术以及随之而来的自动化和面向机器人的设计与管理工具的实施（第1卷）。在第4卷中，概述了全球范围内所有朝向现场工厂方法的研究路径。共概述了三十种不同的系统，导致自动化/机器人现场工厂技术应用约60次。每种系统的概述分为技术部分和侧重于生产力、效率及经济性能相关参数的部分。所有系统均基于相同框架进行了系统性分析，并建立了13个类别（10个用于建造的类别和3个用于拆除的类别）。建立自动化现场工厂的主要理念之一是将独立式或STCR技术整合到结构化的现场环境中，形成网络化机械系统，从而改善施工现场的组织、整合和物料流，此外还可集成来自场外制造的构件。

第4卷 还讨论了适用于自动化/机器人现场工厂的建筑类型学，以及这些系统能在多大程度上实现技术上的灵活性，以基于工业化、自动化以及类似流水线的稳定工厂流程来制造多种不同类型的建筑（产品）。

1.3.5 第5卷：环境机器人技术——面向维护、辅助与服务的自动化与机器人技术

长期以来，建筑领域自动化与机器人技术的创新重点一直放在工业化和合理化的预制或现场施工，以及相关流程、建筑系统、管理与物流工具和高科技建造与预制上。然而如今，特别是由于普适计算、能源效率需求以及新兴辅助等新范式，建筑复杂性正在迅速增加。

技术。建筑与多种新型子系统集成，并将其性能扩展到以前不属于建筑和建造行业范畴的领域。通过将微系统技术、机电一体化、服务机器人和技术及机器人特性融入建筑，加之用户越来越多地参与早期设计阶段的趋势，建筑不仅能够变得更加智能，而且还能更好地满足居住者需求，实现高度个性化，并可进一步作为多种商业服务的平台。这些变革可能对整个价值链产生巨大影响，并有可能改变建筑结构、建造技术和商业模式。因此，有必要预见“机器人”建筑新性能范围所带来的未来发展，并将其与自动化/机器人建造联系起来。第5卷阐述并讨论了所有这些方面。