新智元報道

編輯：袁榭

據(jù)《南華早報》和 Insider 雜志報道，據(jù)參與該項目的科學(xué)家稱，中國正在利用人工智能實質(zhì)上將青藏高原上的一個水壩項目變成世界上最大的 3D 打印機。

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、卡車、推土機、攤鋪機和壓路機，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。之前保持此紀錄的是迪拜市政府一棟兩層辦公樓，高 9.5 米，項目面積 640 平方米。

而羊曲大壩落成后將高達 180 米，是美國最大水壩胡佛水壩高度的三分之二有余。

AI 操控無人工程車隊，建造羊曲大壩

該項目的首席科學(xué)家劉天云 4 月 27 日在《清華大學(xué)學(xué)報（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》，被多方報道時引用。

這篇論文中詳細介紹了填筑工程中 3D 打印技術(shù)及 AI 和多種機器人的裝備系統(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單一的填筑工程，如水利大壩、高速公路、填方機場等工程 ， 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)計信息，然后按計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)由機器進行收尾碾磨。

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)和危險的工作中解放出來」。

在劉天云團隊的設(shè)計下，羊曲水壩建筑工地實際上已經(jīng)變成一臺巨大的 3D 打印機，大量的無人駕駛工程車輛和設(shè)備，作為不同的打印機組件，在羊曲工程的核心 AI 規(guī)劃下無縫地協(xié)同工作。

研究團隊表示，深度 / 強化學(xué)習等 AI 技術(shù)的突破，意味著機器現(xiàn)在可以識別施工現(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)計數(shù)字模型，然后在集成軟件 Wampserver 平臺下，利用 Mysql 建立數(shù)據(jù)庫，使用 PHP 語言設(shè)計動態(tài)網(wǎng)頁，建立一套基于 Mysql＋PHP 的動態(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間的最優(yōu)路線，從而為無人工程車隊的導(dǎo)航與控制提供基礎(chǔ)。

無人駕駛挖掘機將能夠自主識別堆場中的物料，并將其裝載到無人駕駛自卸運輸卡車車隊中。

負責物料運輸?shù)臒o人駕駛自卸卡車自動獲取運送物料需求、物料配送位置坐標信息，自主進行運料上壩。

無人駕駛運輸卡車運用 GPS 定位裝置精準配送上壩。同時，無人駕駛運輸卡車將實際運輸?shù)奈锪蠑?shù)據(jù)實時發(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)定的時點將足量的材料精準運送到正確的施工位置，由無人推土機和攤鋪機一層層「打印」出大壩的壩體。

最后，無人駕駛碾壓機將壓緊壩體的各層夾層，堅實穩(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 與無人機械完成。劉天云團隊表示，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，對該系統(tǒng)的測試表明，核心 AI 和無人工程機械能比人類做得更好，可以避免很多施工時常見的人工錯誤。

比如在工地的嘈雜環(huán)境和強烈沖擊振動干擾下，壓路機操作員無法保持完全筆直的路徑，而無人駕駛碾壓機不會有此弊端。

還有運料卡車司機由于路線不熟練，經(jīng)常將物料運輸?shù)藉e誤的施工位置。全由 AI 駕駛和 GPS 導(dǎo)航的無人運料卡車也不會犯這個毛病。

而且工地萬一真有事故，人員傷亡可是極大地被避免了。工人面臨的高危風險劇降。

團隊在接受《南華早報》采訪時稱，如果羊曲水壩的 AI 控制 3D 打印建設(shè)項目真能如期成功交付，這種施工方式將為其他大型建筑項目提供一個前所未有的可選擇藍圖。

與此相類似的建筑技術(shù)，國外也有機構(gòu)在探索。例如 2022 年 1 月，美國橡樹林國家實驗室申請了大型 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 個機械臂噴頭在全無人干預(yù)前提下按藍圖蓋好房屋。

說不定有讀者看到這里，會長嘆一聲：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