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傲杀除草 2022世界交通运输大会
2022.11.4-7 武汉
投稿须知 智能防撞防闯入主动预警技术
创新工程机械催生智能工地(图)

作者:刘秋宝 徐文礼 薛力戈 赵安基 黄子超 张雄 王涛 来源:《中国公路》 时间:2022-08-04

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三一全系路机设备,包括了摊铺机、压路机、平地机、铣刨机和沥青搅拌设备。

随着5G、人工智能、大数据和物联网等技术的不断创新突破,数字化转型逐渐成为推动创新发展的重要驱动力。公路施工项目周期长、任务重、管理要素复杂,对信息数据及时性、准确性、全面性等方面的要求也逐渐提高,传统的工程管理已经难以满足当前的需要。尤其是在疫情全球化趋势和能源供应日益紧张的形势下,对我国工程机械制造行业来说,数字化转型显得更为紧迫。

智能工地作为数字化技术在工程领域的具体呈现,是将“互联网+”的理念和技术引入建设工地,围绕施工全流程管理,建立协同互联、智能生产、科学管理的施工数据系统,实现工程施工可视化智能管理,以提高工程管理信息化水平和完善管理模式。而工程机械作为智能工地不可分割的一部分,正在发挥至关重要的作用。

转型发展正当其时

虽然国内关于路面工程智能施工的研究、应用尚处于初期阶段,但是各大机械制造龙头企业及供应商正不断加大相关研发投入与产出,市场各方对智能施工未来发展充满期待。通过供需两端双向发力,智能化路面施工领域的研究蓬勃发展。总体来说,推动国内路面施工数字化转型的原因主要有两大方面。

建筑工人变少、变老

当今社会,老龄化是全世界面临的结构性风险之一,在我国,建设工人的平均年龄已经超过40岁,伴随着人员逐渐向知识密集型行业流动,体量小、产值低但人员需求量大的路面施工行业,工人资源存在巨大的缺口。在未来一段时间内,招工难的问题将会越来越明显,这也导致了各路面施工企业对智能化、无人化施工作业的需求越来越强烈。

随着信息技术和人工智能技术的发展,标准化的无人化机械施工已成为我国路面机械企业转型升级的重要应用场景之一。通过对远程监控、无人作业技术的研发与应用,可大大减少工地作业人员数量,在缓解老龄化社会招工难问题的同时,还可以极大降低由于人工操作失误造成的质量问题。

换道超车寻求突破

近年来,随着国家环保、节能减排等政策实施力度的不断加强,我国工程机械制造行业正向着能更好地满足环保要求的节能、资源再生利用新材料、新工艺、新技术方向不断发展。伴随着层出不穷的新工艺、新技术,人工智能、“互联网+制造”成为国内主流传统制造企业努力转型的方向,进而驱动着公路工程机械行业向着信息化、智能化、操控无人化等方向飞速发展。

以代表着我国工程机械制造顶尖水平的三一、徐工等一批国内工程机械制造企业为例,他们通过不断努力,打破了发达国家的技术垄断,引领着我国工程机械制造行业不断向前发展。

与此同时,国内工程机械制造“大而不强”的窘境也深深困扰着行业发展,技术水平明显低于美、德、日等老牌工业强国。因而如果在信息化、新材料、移动技术上加大研发力度,无人化、数字化机械施工则可能成为最合适的新赛道。在新一代产业革命中,我国公路工程机械行业有望在重新洗牌中胜出,迅速缩短与国际水平的差距,直至实现超车。

无人化、数字化的变化

《中国制造2025》明确了“中国制造”要向“中国智造”转型,各种智能系统的问世犹如给工程机械装上了“智能大脑”,对提升我国公路现代化建设水平具有重大意义,将为公路工程机械制造行业带来新的变革。

同时,将智能技术引入公路建设行业,应用于智能工地顺应了时代趋势,更有利于推进工程机械设备转型升级,强化科技支撑,提高工程机械设备的科技附加值,发展前景广阔。

近两年,国内路面工程的无人化、数字化施工正逐步落地,发展迅猛。

国内多家工程机械设备制造商成功开发了成套无人驾驶施工机械集群并建立了数字化施工体系。在无人驾驶摊铺机施工作业中,施工集群借助沥青摊铺测厚雷达系统、360度环视全景监控系统、数字化施工系统、雷达防撞辅助系统、新型振动式洒油技术、摊铺机无线遥控技术等,将操作手从高温、蒸汽、沥青味重的恶劣工作环境中解放出来,运用智能导航,实现全流程数据协同。无人驾驶施工机械既能适应精简的单车操纵模式,也能够实现多车协同作业,还能昼夜不间断施工,将施工效率提高了30%以上。无人驾驶施工机械还可将移动精度控制在5厘米以内,摊铺厚度控制精度达到毫米级,极大地提高了对施工过程控制的精度和质量。

同时,通过云平台与成套无人化设备相配合,可以提高施工场景中的效率质量和成本控制,实现无人加工、无人运输、无人摊压施工、无人验收的全流程数字化管理。在实现“机械化换人、自动化减人”,减少人员投入的同时,有效降低施工安全风险和人为误差。在盾构机的管片拼装中,从人工拼装,逐步向自动化拼装过渡,让设备“自助”完成管片拼装、姿态调整,从而实现一键自动化,达到安全性更高、精度更高、更可控的效果,有效解决人员操作可能带来的一系列问题。对于施工过程中的质量控制、成本节约和降低返工率都有一定意义。

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相比于无人化,数字化涉及的领域更为宽泛,从工程机械的设计制造到智能工地的机械管理,数字化贯穿全程。

数字化可以聚焦于工程机械的关键零部件研发,通过物联网、大数据,深度融合传感、互联等技术,联接设备、制造商与用户,构建端对端的数字化服务体系,根据终端采集的数据,以更智能的方式提供服务,保证机械和工程项目的运行效率。数字化机械设备利用云平台与中央处理器,及时有效掌握现场施工动态,如混凝土的拌和时间是否够长,原材料用量和配合比是否在允许的误差范围值之内,从而提高采取对策的时效性,并可根据多维度的传感数据,远程解决现场物料的运转、调度、控制等一系列问题,实现实时监测和预警,达到“一人在线,十地动工”的效果。

机械制造的数字化在BIM的基础上延伸至数字孪生,数字孪生具备了更广阔领域的信息处理能力,在数字空间内,由高度精确的数字模型来描述和模拟工程机械,运用数字孪生可以实现工程机械

全生命周期的数字管理与数字模拟,结合物联网将现实世界中采集的真实信息反映到数字模型,使之随现实进行更新,在数字空间内,使用模型和信息进行预测性的仿真分析和可视化,更好地监控机械状态。

在更大的智能工地场景下,数字化要求建立工程施工大数据库。结合项目施工情况,以物联网云平台为核心,整合各类工况下的数据收集、存储、分析,根据施工质检反馈结果,分析并建立区域性的机械参数、施工参数、实验配比等关键数据库,在同类施工时可直接参照经验数据作为初始参数,使整个流程更加规范、高效,减少常规施工中反复试验所需的时间和材料投入。

智能工地初体验

目前,国内公路建设中尚无真正意义上的智能工地,但是智能机械的广泛应用,将持续探索、完善智能工地建设。值得注意的是,越来越多的无人化、数字化成套设备正驰骋在公路施工现场。

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徐工道路智慧施工平台

S21阿勒泰至乌鲁木齐高速公路项目是新疆“十三五”规划“6横、6纵、7枢纽、8通道”骨架路网中的重要组成部分,是乌鲁木齐与北疆沟通联系的重要通道。项目引入成套智能化设备,参与施工的徐工RP1253T和RP903S摊铺机、XD133S双钢轮压路机、XP303S胶轮压路机等无人驾驶碾压集群智能化设备借助高精度北斗定位、障碍物识别等创新技术,克服了极端天气和特殊地形对施工的制约,摊铺的平整度、密实度等均符合施工标准,该项目也成为全球首例无人集群沙漠高速施工项目。

在沪宁高速无锡段,由2台智能超宽摊铺机、9台双钢轮压路机组成的徐工无人驾驶施工集群1天可完成1.6公里的面层施工,不仅效率远超传统作业方式,在路面平整度方面也创下纪录。通过视觉传感器和距离实时采集传感器,无人集群将贴边精度从“2厘米~5厘米”精确到“小于2厘米”,施工路面平整度均方差达到0.45,远高于国家对高等公路路面平整度均方差指标1.2的要求,路面的极致平整逐步成为现实。数字化的公路工程机械在重要工程中一展身手,进一步提升了施工的效率和质量。

在江苏溧阳至高淳高速LYG-NJ21标段面层的施工中,三一C8系列成套摊铺压实设备投入建设,这是三一专为高等级路面大宽度、大厚度摊铺压实作业研制开发的产品。2台12米大宽度C8摊铺机SAP120C-8、2台30吨SPR300C-8轮胎压路机、5台13吨STR130C-8双钢轮压路机同时作业。这套设备应用高精度北斗定位、智能传感器的智能压实辅助系统,施工中,通过大屏幕就能清晰地看到设备的运行轨迹、下料数据、生产下单等多维度数据。系统还可以完整记录每一次碾压过程,降低施工测量难度,提升施工数据采集效率。对行车速度与压实温度可进行实时语音提示,避免车速太快、温度太低影响施工效果,弥补了传统摊铺压实作业的缺点。这是三一成套智能压实辅助系统在高速公路上首次应用,该项目作为全国第一条全部由国产成套路机设备施工的高速公路,取得了行业“国产替代”的又一标志性成果。

在北京东六环(京哈高速-潞苑北大街)改造工程中,“运河号”盾构机采用中交天和自主研制的长距离掘进不换刀技术,盾构刀具检测首次应用光纤磨损检测技术,可实时检测刀具磨损量,与传统技术相比更加安全、精准、高效。机身中部设有智能化管理系统,共有7个显示屏及几十个按钮可进行液体输送、挖掘、泵运行、刀具检测、泥水设定等20余种设置,可容纳3至4人同时操作,确保盾构机按设置程序掘进,实现对盾构机掘进的精准控制。不仅如此,“运河号”可借助自动化监测技术,将沉降精度控制在0.1毫米;采用分层逆洗技术,破解了地层突变滞排受困的难题。

无人化、数字化的智能机械已经面向智能工地建设踏出了坚实的步伐,相信碳环保、节能高效、不间断施工、3D预制的智能工地也将指日可待。

【编辑:任燕】

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