AI指挥无人车队,中国造出世界最大3D打印建筑

2022-05-17 09:25啸云3D打印
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据《南华早报》和Insider杂志报道,据参与该项目的科学家称,中国正在利用人工智能实质上将青藏高原上的一个水坝项目变成世界上最大的3D打印机。



羊曲大坝将成全球最大3D打印出的建筑物



黄河干流上游的青海羊曲水电站将采用3D打印的相同增材制造工艺,「逐片」建造。工程参与者是无人驾驶的挖掘机、卡车、推土机、摊铺机和压路机,全部由AI规划与控制。



如果工程能按期结束,羊曲水电站将在2024年建成。之后每年将通过1500公里的高压线,向黄河上游的河南逾亿居民输送近50亿千瓦时的电力。



如此,羊曲大坝将成为世界上用3D打印技术制造的最大规模建筑。之前保持此纪录的是迪拜市政府一栋两层办公楼,高9.5米,项目面积640平方米。



而羊曲大坝落成后将高达180米,是美国最大水坝胡佛水坝高度的三分之二有余。



AI操控无人工程车队,建造羊曲大坝



该项目的首席科学家刘天云4月27日在《清华大学学报(自然科学版)》发布了相关研究论文——《大型填筑工程3D 打印技术与应用》,被多方报道时引用。



这篇论文中详细介绍了填筑工程中3D打印技术及AI和多种机器人的装备系统集成,论文中描述的此集成系统可以完全在无人干预下,由AI自行调度控制,逐层填筑,层层循环,直至完成整个填筑工程的3D打印建造。



按该论文称,工程建设行业中有一类建造工艺相对单一的填筑工程,如水利大坝、高速公路、填方机场等工程 , 其建造过程与3D打印过程「天生」的相似。



二者都是从图纸中提取设计信息,然后按计算出的物料需求量开采物料、按环境参数拟定传输物料方案、到位后按方案层层摊铺填筑物料、最后按施工参数由机器进行收尾碾磨。



因此在多年开发测试后,3D打印技术已经成熟到足以胜任大型基础设施的填筑工程,可以大规模应用,并「将人类从繁重、重复和危险的工作中解放出来」。



在刘天云团队的设计下,羊曲水坝建筑工地实际上已经变成一台巨大的3D打印机,大量的无人驾驶工程车辆和设备,作为不同的打印机组件,在羊曲工程的核心AI规划下无缝地协同工作。



研究团队表示,深度/强化学习等AI技术的突破,意味着机器现在可以识别施工现场几乎所有的物体,在不断变化的环境中处理不确定性,并灵活地执行各种任务。



据论文所述,核心AI的数据来源基于土石坝的工程3D设计数字模型,然后在集成软件Wampserver平台下,利用Mysql建立数据库,使用PHP语言设计动态网页,建立一套基于Mysql+PHP的动态网页数据库管理系统。



核心AI将3D数字模型「切片」为一系列工序,进行土石坝分期、分区、分层的3D打印过程规划。



完成这步后,核心AI会组织与调度相关的工序,优化施工方案。而且核心AI会生成施工地址地图的数据模型,并用算法规划出无人工程车辆的局部避障路径。



结合路网模型和搜索算法,AI就能得到施工场址中任意两点间的最优路线,从而为无人工程车队的导航与控制提供基础。



无人驾驶挖掘机将能够自主识别堆场中的物料,并将其装载到无人驾驶自卸运输卡车车队中。



负责物料运输的无人驾驶自卸卡车自动获取运送物料需求、物料配送位置坐标信息,自主进行运料上坝。



无人驾驶运输卡车运用GPS定位装置精准配送上坝。同时,无人驾驶运输卡车将实际运输的物料数据实时发送给核心AI,存入数据库。



依靠核心AI给出的优化路线,卡车将在规定的时点将足量的材料精准运送到正确的施工位置,由无人推土机和摊铺机一层层「打印」出大坝的坝体。



最后,无人驾驶碾压机将压紧坝体的各层夹层,坚实稳定其结构,并且通过传感器传输数据给核心AI。



核心AI使用这些数据,并结合施工场址安装的各种传感器得到的地面振动和其他环境数据,来判断坝体每一层的施工质量。



不过,羊曲大坝并非所有施工步骤都由AI与无人机械完成。刘天云团队表示,开山采石现在无人工程车辆还搞不定,从附近山区开采施工所用的石材、土方依然由工人来完成。



无人建筑工程能避免各种人工失误



刘云山在《南华早报》采访时称,对该系统的测试表明,核心AI和无人工程机械能比人类做得更好,可以避免很多施工时常见的人工错误。



比如在工地的嘈杂环境和强烈冲击振动干扰下,压路机操作员无法保持完全笔直的路径,而无人驾驶碾压机不会有此弊端。



还有运料卡车司机由于路线不熟练,经常将物料运输到错误的施工位置。全由AI驾驶和GPS导航的无人运料卡车也不会犯这个毛病。



而且工地万一真有事故,人员伤亡可是极大地被避免了。工人面临的高危风险剧降。



刘云山团队在接受《南华早报》采访时称,如果羊曲水坝的AI控制3D打印建设项目真能如期成功交付,这种施工方式将为其他大型建筑项目提供一个前所未有的可选择蓝图。



与此相类似的建筑技术,国外也有机构在探索。例如2022年1月,美国橡树林国家实验室申请了大型3D打印建筑系统的专利,喷头可以从半空中层层「打印」出大型建筑。



2022年3月,创业企业Diamond Age也筹资开发自己的全无人智能3D打印建筑系统。一旦开发完成,将可以由26个机械臂喷头在全无人干预前提下按蓝图盖好房屋。



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