利用人工智能指揮無(wú)人車(chē)隊(duì),中國(guó)將建造世界最大3D打印建筑
青海羊曲大壩建筑項(xiàng)目將由核心AI操控?zé)o人工程車(chē)隊(duì),用3D打印技術(shù)建造。
據(jù)《南華早報(bào)》和Insider雜志報(bào)道,據(jù)參與該項(xiàng)目的科學(xué)家稱,中國(guó)正在利用人工智能實(shí)質(zhì)上將青藏高原上的一個(gè)水壩項(xiàng)目變成世界上最大的3D打印機(jī)。
羊曲大壩將成全球最大3D打印出的建筑物
黃河干流上游的青海羊曲水電站將采用3D打印的相同增材制造工藝,「逐片」建造。工程參與者是無(wú)人駕駛的挖掘機(jī)、卡車(chē)、推土機(jī)、攤鋪機(jī)和壓路機(jī),全部由Al規(guī)劃與控制。
如果工程能按期結(jié)束,羊曲水電站將在2024年建成。之后每年將通過(guò)1500公里的高壓線,向黃河上游的河南逾億居民輸送近50億千瓦時(shí)的電力。
如此,羊曲大壩將成為世界上用3D打印技術(shù)制造的最大規(guī)模建筑。之前保持此紀(jì)錄的是迪拜市政府一棟兩層辦公樓,高9.5米,項(xiàng)目面積640平方米。
而羊曲大壩落成后將高達(dá)180米,是美國(guó)最大水壩胡佛水壩高度的三分之二有余。
AI操控?zé)o人工程車(chē)隊(duì),建造羊曲大壩
該項(xiàng)目的首席科學(xué)家劉天云4月27日在《清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)》發(fā)布了相關(guān)研究論文——《大型填筑工程3D打印技術(shù)與應(yīng)用》,被多方報(bào)道時(shí)引用。
這篇論文中詳細(xì)介紹了填筑工程中3D打印技術(shù)及AI和多種機(jī)器人的裝備系統(tǒng)集成,論文中描述的此集成系統(tǒng)可以完全在無(wú)人干預(yù)下,由Al自行調(diào)度控制,逐層填筑,層層循環(huán),直至完成整個(gè)填筑工程的3D打印建造。
按該論文稱,工程建設(shè)行業(yè)中有一類(lèi)建造工藝相對(duì)單一的填筑工程,如水利大壩、高速公路、填方機(jī)場(chǎng)等工程,其建造過(guò)程與3D打印過(guò)程「天生」的相似。
二者都是從圖紙中提取設(shè)計(jì)信息,然后按計(jì)算出的物料需求量開(kāi)采物料、按環(huán)境參數(shù)擬定傳輸物料方案、到位后按方案層層攤鋪填筑物料、最后按施工參數(shù)由機(jī)器進(jìn)行收尾碾磨。
因此在多年開(kāi)發(fā)測(cè)試后,3D打印技術(shù)已經(jīng)成熟到足以勝任大型基礎(chǔ)設(shè)施的填筑工程,可以大規(guī)模應(yīng)用,并「將人類(lèi)從繁重、重復(fù)和危險(xiǎn)的工作中解放出來(lái)」。
在劉天云團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)下,羊曲水壩建筑工地實(shí)際上已經(jīng)變成一臺(tái)巨大的3D打印機(jī),大量的無(wú)人駕駛工程車(chē)輛和設(shè)備,作為不同的打印機(jī)組件,在羊曲工程的核心Al規(guī)劃下無(wú)縫地協(xié)同工作。
研究團(tuán)隊(duì)表示,深度/強(qiáng)化學(xué)習(xí)等Al技術(shù)的突破,意味著機(jī)器現(xiàn)在可以識(shí)別施工現(xiàn)場(chǎng)幾乎所有的物體,在不斷變化的環(huán)境中處理不確定性,并靈活地執(zhí)行各種任務(wù)。
據(jù)論文所述,核心AlI的數(shù)據(jù)來(lái)源基于土士石壩的工程3D設(shè)計(jì)數(shù)字模型,然后在集成軟件Wampserver平臺(tái)下,利用Mysql建立數(shù)據(jù)庫(kù),使用PHP語(yǔ)言設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè),建立一套基于Mysql + PHP的動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。
核心AI將3D數(shù)字模型「切片」為一系列工序,進(jìn)行土石壩分期、分區(qū)、分層的3D打印過(guò)程規(guī)劃。
完成這步后,核心AI會(huì)組織與調(diào)度相關(guān)的工序,優(yōu)化施工方案。而且核心Al會(huì)生成施工地址地圖的數(shù)據(jù)模型,并用算法規(guī)劃出無(wú)人工程車(chē)輛的局部避障路徑。
結(jié)合路網(wǎng)模型和搜索算法,AI就能得到施工場(chǎng)址中任意兩點(diǎn)間的最優(yōu)路線,從而為無(wú)人工程車(chē)隊(duì)的導(dǎo)航與控制提供基礎(chǔ)。
無(wú)人駕駛挖掘機(jī)將能夠自主識(shí)別堆場(chǎng)中的物料,并將其裝載到無(wú)人駕駛自卸運(yùn)輸卡車(chē)車(chē)隊(duì)中。
負(fù)責(zé)物料運(yùn)輸?shù)臒o(wú)人駕駛自卸卡車(chē)自動(dòng)獲取運(yùn)送物料需求、物料配送位置坐標(biāo)信息,自主進(jìn)行運(yùn)料上壩。
無(wú)人駕駛運(yùn)輸卡車(chē)運(yùn)用GPS定位裝置精準(zhǔn)配送上壩。同時(shí),無(wú)人駕駛運(yùn)輸卡車(chē)將實(shí)際運(yùn)輸?shù)奈锪蠑?shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送給核心Al,存入數(shù)據(jù)庫(kù)。
依靠核心Al給出的優(yōu)化路線,卡車(chē)將在規(guī)定的時(shí)點(diǎn)將足量的材料精準(zhǔn)運(yùn)送到正確的施工位置,由無(wú)人推土機(jī)和攤鋪機(jī)層層「打印」出大壩的壩體。
最后,無(wú)人駕駛碾壓機(jī)將壓緊壩體的各層夾層,堅(jiān)實(shí)穩(wěn)定其結(jié)構(gòu),并且通過(guò)傳感器傳輸數(shù)據(jù)給核心Al。
核心AI使用這些數(shù)據(jù),并結(jié)合施工場(chǎng)址安裝的各種傳感器得到的地面振動(dòng)和其他環(huán)境數(shù)據(jù),來(lái)判斷壩體每一層的施工質(zhì)量。
不過(guò),羊曲大壩并非所有施工步驟都由Al與無(wú)人機(jī)械完成。劉天云團(tuán)隊(duì)表示,開(kāi)山采石現(xiàn)在無(wú)人工程車(chē)輛還搞不定,從附近山區(qū)開(kāi)采施工所用的石材、土方依然由工人來(lái)完成。
無(wú)人建筑工程能避免各種人工失誤
劉云山在《南華早報(bào)》采訪時(shí)稱,對(duì)該系統(tǒng)的測(cè)試表明,核心Al和無(wú)人工程機(jī)械能比人類(lèi)做得更好,可以避免很多施工時(shí)常見(jiàn)的人工錯(cuò)誤。
比如在工地的嘈雜環(huán)境和強(qiáng)烈沖擊振動(dòng)干擾下,壓路機(jī)操作員無(wú)法保持完全筆直的路徑,而無(wú)人駕駛碾壓機(jī)不會(huì)有此弊端。
還有運(yùn)料卡車(chē)司機(jī)由于路線不熟練,經(jīng)常將物料運(yùn)輸?shù)藉e(cuò)誤的施工位置。全由AlI駕駛和GPS導(dǎo)航的無(wú)人運(yùn)料卡車(chē)也不會(huì)犯這個(gè)毛病。
而且工地萬(wàn)一真有事故,人員傷亡可是極大地被避免了。工人面臨的高危風(fēng)險(xiǎn)劇降。
劉云山團(tuán)隊(duì)在接受《南華早報(bào)》采訪時(shí)稱,如果羊曲水壩的AI控制3D打印建設(shè)項(xiàng)目真能如期成功交付,這種施工方式將為其他大型建筑項(xiàng)目提供一個(gè)前所未有的可選擇藍(lán)圖。
與此相類(lèi)似的建筑技術(shù),國(guó)外也有機(jī)構(gòu)在探索。例如2022年1月,美國(guó)橡樹(shù)林國(guó)家實(shí)驗(yàn)室申請(qǐng)了大型3D打印建筑系統(tǒng)的專利,噴頭可以從半空中層層「打印」出大型建筑。
2022年3月,創(chuàng)業(yè)企業(yè)Diamond Age也籌資開(kāi)發(fā)自己的全無(wú)人智能3D打印建筑系統(tǒng)。一旦開(kāi)發(fā)完成,將可以由26個(gè)機(jī)械臂噴頭在全無(wú)人干預(yù)前提下按藍(lán)圖蓋好房屋。
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