【都大探索】AI驅動自適應燒焊 提升作業安全
在香港建築工地，俗稱「燒焊」的焊接及切割工序是結構工程的核心所在。傳統上，這門技藝依賴師傅多年累積的「手感」與「火候」。然而，隨着基礎設施日益龐大複雜，尤其高強度鋼材的廣泛應用，加上勞動力短缺與技工老齡化問題愈趨嚴峻，傳統手動焊接正面臨前所未有的技術承傳與職業安全挑戰。在這情況下，「自適應燒焊機械人」（Adaptive Robotic Welding）的引入，正是應對複雜多層多道焊接難題、確保施工質量及提升工地職安健的關鍵方案。
要推動創新科技落地，人才培育是不可或缺的關鍵。配合特區政府推動「建造業2.0」及「安全智慧工地」系統（Smart Site Safety System, 4S），香港都會大學（都大）作為應用科學大學，將於2026/27學年開辦「機器人和自動化工程榮譽應用理學士」課程，以回應業界對高科技建造人才殷切的需求。
該課程重點培養學生在機械人定製、改裝及維護方面的能力，並引進多款建築機械人（如燒焊及噴漆機械人），讓學生在校期間已可獲得實務操作經驗。課程採用跨學科設計，內容涵蓋計算機科學、電機工程及力學基礎等，並結合人工智能（AI）、物聯網（IoT）及智慧工地技術，培養能解決真實工程問題的專業人才。
課程根據香港工程師學會其中兩個相關專業界別的要求而設計，並提供廣泛的實習與工作為本學習機會，確保畢業生可無縫銜接高科技建造市場。
傳統手動焊接存瓶頸
要理解建造業為何渴求高科技人才，以及AI機械人的實際應用價值，必須先解構手動焊接在建築工地所面臨的技術複雜性。首先，工地上常見的厚重鋼結構（如工字樁或大跨度橋樑）往往需要進行「全滲透對接焊」。這類焊接工序無法一次完成，必須透過多層多道焊道疊加來填滿接縫。每一層焊道的厚度、寬度，以及與前一層的融合度，都必須精確一致；只要其中一層出現輕微瑕疵，便可能影響整體結構安全，嚴重時甚至需要報廢重做。
其次，施工環境亦為焊工帶來挑戰。工地環境遠不及工廠受控，接縫間隙往往不均勻。焊工在手動焊接時，需一邊觀察熔池，一邊按即時的間隙調整焊條角度與擺動頻率，這種「即時回饋」極度耗費精神與體力，而焊接時產生的強光，亦會損害工人視力。
此外，焊接時的熱輸入必須控制在特定範圍內。熱力過高會降低鋼材的強度和延展性；熱力不足則會引起氫致裂紋。然而，焊工需長時間手動操作，難以維持穩定焊接速度，容易埋下工程結構的安全隱患。
AI成機械人「眼睛」與「大腦」
傳統工業機械人是「盲」的，只能遵循預設的路徑運作，一旦工件出現數毫米偏差便會失效。AI結合傳感器，則為機械人加上「眼睛」與「大腦」，使其具備自適應能力。
焊接開始前，機械人利用3D鐳射掃描器自動獲取接縫的實際幾何形狀。AI系統能從掃描數據中快速識別接縫的特徵，並在數分鐘內生成最優焊接路徑，操作員無需耗費數小時編寫複雜程式。
AI演算法將資深焊工的工藝轉化為數學模型：當傳感器偵測到接縫間隙變寬時，系統會自動調整擺動幅度及焊接電流，確保焊道能完美填補間隙並精確控制熱輸入。
針對多層焊接，AI可根據掃描所得的凹槽剖面，自動計算所需的焊道層數。每完成一層，機械人會重新掃描，偵測當前層的表面狀況，並為下一層自動調整策略，從而確保最終表面的平整度。
自適應機械人的引入，將焊接工種從傳統的「骯髒、危險及沉悶」轉變為「智慧監督」模式，顯著改善工地安全環境。
一方面，燒焊產生的煙塵含有金屬氧化物，屬第一類致癌物。機械人作業實現了「空間隔離」，操作員可以在數米外的安全區域進行遠程監控，避免吸入毒煙或遭受熱輻射傷害。
另一方面，機械人可大幅減輕人體工學損傷風險，燒焊弧溫高達攝氏1,500度以上，焊工必須穿戴厚重防護服，在戶外環境中極易中暑。而焊接密集的工字樁時，常需維持彆扭姿勢，導致嚴重的肌肉骨骼勞損。機械人承擔了最頻繁、笨重的體力勞動，外國研究顯示自動化系統可減少約68%的安全事故，並顯著降低工人肌肉骨骼勞損風險。機械人的應用有助於減少焊接作業中不當及重複性的工作姿勢，提升作業安全。
由AI驅動的自適應燒焊技術，不僅是提升建築效率的工具，更是保障工人健康的堅實護盾。正如都大研究與課程所體現的，透過科技創新與專業培訓的雙軌並行，我們正將建築工地從高風險作業環境，逐步轉化為安全、精準且具可持續性的智慧場域。
●白俊偉博士 香港都會大學科技學院高級講師
