新智元報(bào)道

編輯：袁榭

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。工程參與者是無人駕駛的挖掘機(jī)、卡車、推土機(jī)、攤鋪機(jī)和壓路機(jī)，全部由 AI 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 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)可以完全在無人干預(yù)下，由 AI 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)場等工程 ， 其建造過程與 3D 打印過程「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。

因此在多年開發(fā)測試后，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「將人類從繁重、重復(fù)和危險(xiǎn)的工作中解放出來」。

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)，大量的無人駕駛工程車輛和設(shè)備，作為不同的打印機(jī)組件，在羊曲工程的核心 AI 規(guī)劃下無縫地協(xié)同工作。

研究團(tuán)隊(duì)表示，深度 / 強(qiáng)化學(xué)習(xí)等 AI 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 AI 的數(shù)據(jù)來源基于土石壩的工程 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，使用 PHP 語言設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁，建立一套基于 Mysql＋PHP 的動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁數(shù)據(jù)庫管理系統(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 AI 會(huì)生成施工地址地圖的數(shù)據(jù)模型，并用算法規(guī)劃出無人工程車輛的局部避障路徑。

結(jié)合路網(wǎng)模型和搜索算法，AI 就能得到施工場址中任意兩點(diǎn)間的最優(yōu)路線，從而為無人工程車隊(duì)的導(dǎo)航與控制提供基礎(chǔ)。

無人駕駛挖掘機(jī)將能夠自主識(shí)別堆場中的物料，并將其裝載到無人駕駛自卸運(yùn)輸卡車車隊(duì)中。

負(fù)責(zé)物料運(yùn)輸?shù)臒o人駕駛自卸卡車自動(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。

無人駕駛運(yùn)輸卡車運(yùn)用 GPS 定位裝置精準(zhǔn)配送上壩。同時(shí)，無人駕駛運(yùn)輸卡車將實(shí)際運(yùn)輸?shù)奈锪蠑?shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送給核心 AI，存入數(shù)據(jù)庫。

依靠核心 AI 給出的優(yōu)化路線，卡車將在規(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，由無人推土機(jī)和攤鋪機(jī)一層層「打印」出大壩的壩體。

最后，無人駕駛碾壓機(jī)將壓緊壩體的各層夾層，堅(jiān)實(shí)穩(wěn)定其結(jié)構(gòu)，并且通過傳感器傳輸數(shù)據(jù)給核心 AI。

核心 AI 使用這些數(shù)據(jù)，并結(jié)合施工場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)，來判斷壩體每一層的施工質(zhì)量。

不過，羊曲大壩并非所有施工步驟都由 AI 與無人機(jī)械完成。劉天云團(tuán)隊(duì)表示，開山采石現(xiàn)在無人工程車輛還搞不定，從附近山區(qū)開采施工所用的石材、土方依然由工人來完成。

無人建筑工程能避免各種人工失誤

此前采訪稱，對(duì)該系統(tǒng)的測試表明，核心 AI 和無人工程機(jī)械能比人類做得更好，可以避免很多施工時(shí)常見的人工錯(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)操作員無法保持完全筆直的路徑，而無人駕駛碾壓機(jī)不會(huì)有此弊端。

還有運(yùn)料卡車司機(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 AI 駕駛和 GPS 導(dǎo)航的無人運(yùn)料卡車也不會(huì)犯這個(gè)毛病。

而且工地萬一真有事故，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。

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。

與此相類似的建筑技術(shù)，國外也有機(jī)構(gòu)在探索。例如 2022 年 1 月，美國橡樹林國家實(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 也籌資開發(fā)自己的全無人智能 3D 打印建筑系統(tǒng)。一旦開發(fā)完成，將可以由 26 個(gè)機(jī)械臂噴頭在全無人干預(yù)前提下按藍(lán)圖蓋好房屋。

說不定有讀者看到這里，會(huì)長嘆一聲：以后被優(yōu)化掉，上工地搬磚的路子都窄了。

參考資料：

https://www.businessinsider.com/china-robots-ai-3d-print-dam-no-human-labor-2022-5

https://www.scmp.com/news/china/science/article/3176777/chinas-robot-built-3d-printed-dam-ready-2-years-scientists

http://jst.tsinghuajournals.com/CN/10.16511/j.cnki.qhdxxb.2022.25.045#1