作为英国机械工程学会北京地区主席，周惠兴曾在2016年负责举办一期主题为“如何培养年轻工程师”的年会，由此结识了承办单位北京建筑大学。他没想到的是，那一次与北京建筑大学的“邂逅”，开启了他与建筑机器人的缘分。

2017年，周惠兴正式从中国农业大学调入北京建筑大学，由此开始专注于研制建筑工业化和建筑机器人。

从零开始

周惠兴的科研背景是机械制造工业化、机器人和数控机床领域，在进入北京建筑大学之前，他几乎没有接触过这一领域。

“与机械行业相比，建筑行业环境更复杂，而且自动化水平比较落后，从建筑设计到施工到完成，每个环节都由不同的部门完成，而不同部门只考虑自己的工作，而不是考虑整个系统优化，这对建筑工业化和机器人应用很不利。”周惠兴在受访时告诉《中国科学报》。

一般来说，劳动生产率是衡量一个国家经济发展水平和生产力发展水平的核心指标。它指劳动者在一定时期内创造的劳动成果与其相适应的劳动消耗量的比值。但是，目前我国建筑业与其他行业相比，其生产率则处在底部。“不仅在我国，全世界的建筑行业人员劳动生产率都偏低。”周惠兴解释说，“因为建筑业是劳动密集型产业，建筑业工作场景非常复杂，不容易实现工业化生产，对新技术的应用不敏感。”

清楚了解这一现状的周惠兴渴望用建筑机器人或智能装备技术改变现有状况，推动建筑工业化，“这将对整个行业产生重要的影响”。

北京建筑大学为周惠兴的理想提供了沃土。其在“先进机器人与建筑工业化智能装备”领域的优势和特色就在于科研人员可以优化考虑建筑生命周期的各个环节。“我们可以在建筑设计环节，就开始考虑使用机器人和工业智能装备进行建造,而不是传统的单纯考虑人工建造，这在其他高校是没有的。”周惠兴说，“我们称之为面向建造的设计，或者面向机器人营造的设计，英文称之为DFC或DFX。”

现在，周惠兴的科研团队正在推动这一做法。而让他意识到需要将整个建筑流程打包进行“工业化”的灵感，来源于一次展会上企业提出的问题。当时，他们的铺地机器人吸引了很多企业的目光，但是企业提出“铺地以前，地面怎么找平”的问题，提醒了周惠兴。于是根据这一实际需求，他们又开发了地面整平机器人。“现在跟北建工集团、中建、上海建工、中国自动化协会建筑机器人委员会、住建部、国际建筑工业化与建筑机器人协会等都有良好的合作关系。”

对焦需求

从铺地机器人到完成上一个环节的地面整平机器人，周惠兴慢慢意识到，研发方向一定要与企业的需求一致，一定要解决企业的实际问题。“理论研究重要，但是为企业服务、去解决企业的实际问题更重要，当然难度也更大。所以，科研工作者一定要走出校园、走出象牙塔，去解决实际问题、为企业服务，把论文写在解决公司核心问题、写在开发有国际竞争力的产品上。”

目前，周惠兴科研团队研发的机器人主要面向建筑施工领域和装配式构件生产线领域。由于建筑场景特别复杂，他们首先会调研建筑领域最需要自动化或者机器人的环节，然后研发相应的机器人代替人工，实现自动或者半自动操作。我们目前的研发顺序是铺地机器人、地面整平机器人、和遥操作吊装机器人。

当地面整平机器人问世后，周惠兴又遇到了新课题：如何测量地面的平整度？“一线的企业希望有比较好的设备来测量地面的平整度，以及通过自动化测量估算土方，通过远程测量快速调整模板等。根据这些需求我们也正在做相关研究。”周惠兴说。

而除了建筑类机器人，周惠兴科研团队还根据其他需求研制其他领域的先进机器人，例如四腿奔跑机器人、柔性机器人、检测机器人、护理机器人和“人和机器人协同”等都达到了国际国内领先水平。

以德为先

因为建筑行业现场环境复杂，建筑类机器人比汽车制造业等行业的应用机器人需要应对更多，再加上建筑行业利润不高，就要求研制机器人装备价格要低。“一方面环境复杂，需要提升机器人功能，另一方面又要求价低，两者之间的平衡很难把握。”但是周惠兴认为，这也恰恰是对科研人员的考验，特别是对学生，能够在事这些实际的机器人项目中得到真正的锻炼，“这种锻炼来自两方面，其一技术上的锻炼，其二是真正和行业底层结合起来，懂得如何解决实际问题”。

周惠兴曾经在医院看到墙上的一句标语——医者以德为先，技为本，对他触动很深。“我认为把这句话应用到教师身上也同样适用，即‘师者以德为先，技为本’。”周惠兴说，“技术”重要，但“德”更重要。

“我在教学和科研中，尽量做到‘德’和‘技’并重，思想和技术并重，把解决问题的思维方法教给学生。一个人德行好，思想方法正确，技术一定会好，反过来就很难说。具体科研育人的做法，还是以解决科研问题、解决实际问题为先，在解决问题的过程中培育人，做到‘知行合一’。”周惠兴强调。

实际操作中，周惠兴将建筑机器人技术涉及到机械、电机驱动、控制以及实时系统与软件等，有机融入到本科教学中的相应的课程及环节，以项目为导向进行教学。“学生很喜欢上周惠兴的课，因为他不会先抛出结论，限定学生的思维，而是先提出问题，然后引导学生思考。”北京建筑大学科技处副处长周理安告诉《中国科学报》。

周理安眼中的周惠兴，没有高高在上的架子，反而对于其他非专业人士提出的问题都虚心接受。“他和蔼又严谨，授课时往往站在国际视角，跟随国际前沿。”周理安说。

在研究生教学中，周惠兴则以从如何解决建筑机器人的实际技术难题为出发点，引导研究生学习如何解决问题，并进行实际操作。“建筑机器人还可以和科技创新教育结合起来，引导学生怎么样进行创造性思维，解决实际问题。”周惠兴说。

“现在我们已经研究了建筑建造过程中可能使用建筑机器人的各个环节，包括铺地机器人、地面整平机器人、内墙面处理机器人、外墙面处理机器人、测量机器人、吊装机器人等等，我们的研究工作正在逐步推进，我们最终的目标是研究出质量过硬的产品，在国内外都占有一席之地。”