創(chuàng)新工程機械催生智能工地

三一全系路機設(shè)備，包括了攤鋪機、壓路機、平地機、銑刨機和瀝青攪拌設(shè)備。

隨著5G、人工智能、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的不斷創(chuàng)新突破，數(shù)字化轉(zhuǎn)型逐漸成為推動創(chuàng)新發(fā)展的重要驅(qū)動力。公路施工項目周期長、任務(wù)重、管理要素復(fù)雜，對信息數(shù)據(jù)及時性、準(zhǔn)確性、全面性等方面的要求也逐漸提高，傳統(tǒng)的工程管理已經(jīng)難以滿足當(dāng)前的需要。尤其是在疫情全球化趨勢和能源供應(yīng)日益緊張的形勢下，對我國工程機械制造行業(yè)來說，數(shù)字化轉(zhuǎn)型顯得更為緊迫。

智能工地作為數(shù)字化技術(shù)在工程領(lǐng)域的具體呈現(xiàn)，是將“互聯(lián)網(wǎng)+”的理念和技術(shù)引入建設(shè)工地，圍繞施工全流程管理，建立協(xié)同互聯(lián)、智能生產(chǎn)、科學(xué)管理的施工數(shù)據(jù)系統(tǒng)，實現(xiàn)工程施工可視化智能管理，以提高工程管理信息化水平和完善管理模式。而工程機械作為智能工地不可分割的一部分，正在發(fā)揮至關(guān)重要的作用。

轉(zhuǎn)型發(fā)展正當(dāng)其時

雖然國內(nèi)關(guān)于路面工程智能施工的研究、應(yīng)用尚處于初期階段，但是各大機械制造龍頭企業(yè)及供應(yīng)商正不斷加大相關(guān)研發(fā)投入與產(chǎn)出，市場各方對智能施工未來發(fā)展充滿期待。通過供需兩端雙向發(fā)力，智能化路面施工領(lǐng)域的研究蓬勃發(fā)展?？傮w來說，推動國內(nèi)路面施工數(shù)字化轉(zhuǎn)型的原因主要有兩大方面。

建筑工人變少、變老

當(dāng)今社會，老齡化是全世界面臨的結(jié)構(gòu)性風(fēng)險之一，在我國，建設(shè)工人的平均年齡已經(jīng)超過40歲，伴隨著人員逐漸向知識密集型行業(yè)流動，體量小、產(chǎn)值低但人員需求量大的路面施工行業(yè)，工人資源存在巨大的缺口。在未來一段時間內(nèi)，招工難的問題將會越來越明顯，這也導(dǎo)致了各路面施工企業(yè)對智能化、無人化施工作業(yè)的需求越來越強烈。

隨著信息技術(shù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)化的無人化機械施工已成為我國路面機械企業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要應(yīng)用場景之一。通過對遠(yuǎn)程監(jiān)控、無人作業(yè)技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，可大大減少工地作業(yè)人員數(shù)量，在緩解老齡化社會招工難問題的同時，還可以極大降低由于人工操作失誤造成的質(zhì)量問題。

換道超車尋求突破

近年來，隨著國家環(huán)保、節(jié)能減排等政策實施力度的不斷加強，我國工程機械制造行業(yè)正向著能更好地滿足環(huán)保要求的節(jié)能、資源再生利用新材料、新工藝、新技術(shù)方向不斷發(fā)展。伴隨著層出不窮的新工藝、新技術(shù)，人工智能、“互聯(lián)網(wǎng)+制造”成為國內(nèi)主流傳統(tǒng)制造企業(yè)努力轉(zhuǎn)型的方向，進而驅(qū)動著公路工程機械行業(yè)向著信息化、智能化、操控?zé)o人化等方向飛速發(fā)展。

以代表著我國工程機械制造頂尖水平的三一、徐工等一批國內(nèi)工程機械制造企業(yè)為例，他們通過不斷努力，打破了發(fā)達(dá)國家的技術(shù)壟斷，引領(lǐng)著我國工程機械制造行業(yè)不斷向前發(fā)展。

與此同時，國內(nèi)工程機械制造“大而不強”的窘境也深深困擾著行業(yè)發(fā)展，技術(shù)水平明顯低于美、德、日等老牌工業(yè)強國。因而如果在信息化、新材料、移動技術(shù)上加大研發(fā)力度，無人化、數(shù)字化機械施工則可能成為最合適的新賽道。在新一代產(chǎn)業(yè)革命中，我國公路工程機械行業(yè)有望在重新洗牌中勝出，迅速縮短與國際水平的差距，直至實現(xiàn)超車。

無人化、數(shù)字化的變化

《中國制造2025》明確了“中國制造”要向“中國智造”轉(zhuǎn)型，各種智能系統(tǒng)的問世猶如給工程機械裝上了“智能大腦”，對提升我國公路現(xiàn)代化建設(shè)水平具有重大意義，將為公路工程機械制造行業(yè)帶來新的變革。

同時，將智能技術(shù)引入公路建設(shè)行業(yè)，應(yīng)用于智能工地順應(yīng)了時代趨勢，更有利于推進工程機械設(shè)備轉(zhuǎn)型升級，強化科技支撐，提高工程機械設(shè)備的科技附加值，發(fā)展前景廣闊。

近兩年，國內(nèi)路面工程的無人化、數(shù)字化施工正逐步落地，發(fā)展迅猛。

國內(nèi)多家工程機械設(shè)備制造商成功開發(fā)了成套無人駕駛施工機械集群并建立了數(shù)字化施工體系。在無人駕駛攤鋪機施工作業(yè)中，施工集群借助瀝青攤鋪測厚雷達(dá)系統(tǒng)、360度環(huán)視全景監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)字化施工系統(tǒng)、雷達(dá)防撞輔助系統(tǒng)、新型振動式灑油技術(shù)、攤鋪機無線遙控技術(shù)等，將操作手從高溫、蒸汽、瀝青味重的惡劣工作環(huán)境中解放出來，運用智能導(dǎo)航，實現(xiàn)全流程數(shù)據(jù)協(xié)同。無人駕駛施工機械既能適應(yīng)精簡的單車操縱模式，也能夠?qū)崿F(xiàn)多車協(xié)同作業(yè)，還能晝夜不間斷施工，將施工效率提高了30%以上。無人駕駛施工機械還可將移動精度控制在5厘米以內(nèi)，攤鋪厚度控制精度達(dá)到毫米級，極大地提高了對施工過程控制的精度和質(zhì)量。

同時，通過云平臺與成套無人化設(shè)備相配合，可以提高施工場景中的效率質(zhì)量和成本控制，實現(xiàn)無人加工、無人運輸、無人攤壓施工、無人驗收的全流程數(shù)字化管理。在實現(xiàn)“機械化換人、自動化減人”，減少人員投入的同時，有效降低施工安全風(fēng)險和人為誤差。在盾構(gòu)機的管片拼裝中，從人工拼裝，逐步向自動化拼裝過渡，讓設(shè)備“自助”完成管片拼裝、姿態(tài)調(diào)整，從而實現(xiàn)一鍵自動化，達(dá)到安全性更高、精度更高、更可控的效果，有效解決人員操作可能帶來的一系列問題。對于施工過程中的質(zhì)量控制、成本節(jié)約和降低返工率都有一定意義。

相比于無人化，數(shù)字化涉及的領(lǐng)域更為寬泛，從工程機械的設(shè)計制造到智能工地的機械管理，數(shù)字化貫穿全程。

數(shù)字化可以聚焦于工程機械的關(guān)鍵零部件研發(fā)，通過物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)，深度融合傳感、互聯(lián)等技術(shù)，聯(lián)接設(shè)備、制造商與用戶，構(gòu)建端對端的數(shù)字化服務(wù)體系，根據(jù)終端采集的數(shù)據(jù)，以更智能的方式提供服務(wù)，保證機械和工程項目的運行效率。數(shù)字化機械設(shè)備利用云平臺與中央處理器，及時有效掌握現(xiàn)場施工動態(tài)，如混凝土的拌和時間是否夠長，原材料用量和配合比是否在允許的誤差范圍值之內(nèi)，從而提高采取對策的時效性，并可根據(jù)多維度的傳感數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程解決現(xiàn)場物料的運轉(zhuǎn)、調(diào)度、控制等一系列問題，實現(xiàn)實時監(jiān)測和預(yù)警，達(dá)到“一人在線，十地動工”的效果。

徐工無人駕駛施工機群

機械制造的數(shù)字化在BIM的基礎(chǔ)上延伸至數(shù)字孿生，數(shù)字孿生具備了更廣闊領(lǐng)域的信息處理能力，在數(shù)字空間內(nèi)，由高度精確的數(shù)字模型來描述和模擬工程機械，運用數(shù)字孿生可以實現(xiàn)工程機械全生命周期的數(shù)字管理與數(shù)字模擬，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)將現(xiàn)實世界中采集的真實信息反映到數(shù)字模型，使之隨現(xiàn)實進行更新，在數(shù)字空間內(nèi)，使用模型和信息進行預(yù)測性的仿真分析和可視化，更好地監(jiān)控機械狀態(tài)。

在更大的智能工地場景下，數(shù)字化要求建立工程施工大數(shù)據(jù)庫。結(jié)合項目施工情況，以物聯(lián)網(wǎng)云平臺為核心，整合各類工況下的數(shù)據(jù)收集、存儲、分析，根據(jù)施工質(zhì)檢反饋結(jié)果，分析并建立區(qū)域性的機械參數(shù)、施工參數(shù)、實驗配比等關(guān)鍵數(shù)據(jù)庫，在同類施工時可直接參照經(jīng)驗數(shù)據(jù)作為初始參數(shù)，使整個流程更加規(guī)范、高效，減少常規(guī)施工中反復(fù)試驗所需的時間和材料投入。

智能工地初體驗

目前，國內(nèi)公路建設(shè)中尚無真正意義上的智能工地，但是智能機械的廣泛應(yīng)用，將持續(xù)探索、完善智能工地建設(shè)。值得注意的是，越來越多的無人化、數(shù)字化成套設(shè)備正馳騁在公路施工現(xiàn)場。

S21阿勒泰至烏魯木齊高速公路項目是新疆“十三五”規(guī)劃“6橫、6縱、7樞紐、8通道”骨架路網(wǎng)中的重要組成部分，是烏魯木齊與北疆溝通聯(lián)系的重要通道。項目引入成套智能化設(shè)備，參與施工的徐工RP1253T和RP903S攤鋪機、XD133S雙鋼輪壓路機、XP303S膠輪壓路機等無人駕駛碾壓集群智能化設(shè)備借助高精度北斗定位、障礙物識別等創(chuàng)新技術(shù)，克服了極端天氣和特殊地形對施工的制約，攤鋪的平整度、密實度等均符合施工標(biāo)準(zhǔn)，該項目也成為全球首例無人集群沙漠高速施工項目。

在滬寧高速無錫段，由2臺智能超寬攤鋪機、9臺雙鋼輪壓路機組成的徐工無人駕駛施工集群1天可完成1.6公里的面層施工，不僅效率遠(yuǎn)超傳統(tǒng)作業(yè)方式，在路面平整度方面也創(chuàng)下紀(jì)錄。通過視覺傳感器和距離實時采集傳感器，無人集群將貼邊精度從“2厘米～5厘米”精確到“小于2厘米”，施工路面平整度均方差達(dá)到0.45，遠(yuǎn)高于國家對高等公路路面平整度均方差指標(biāo)1.2的要求，路面的極致平整逐步成為現(xiàn)實。

徐工道路智慧施工平臺

數(shù)字化的公路工程機械在重要工程中一展身手，進一步提升了施工的效率和質(zhì)量。

在江蘇溧陽至高淳高速LYG-NJ21標(biāo)段面層的施工中，三一C8系列成套攤鋪壓實設(shè)備投入建設(shè)，這是三一專為高等級路面大寬度、大厚度攤鋪壓實作業(yè)研制開發(fā)的產(chǎn)品。2臺12米大寬度C8攤鋪機SAP120C-8、2臺30噸SPR300C-8輪胎壓路機、5臺13噸STR130C-8雙鋼輪壓路機同時作業(yè)。這套設(shè)備應(yīng)用高精度北斗定位、智能傳感器的智能壓實輔助系統(tǒng)，施工中，通過大屏幕就能清晰地看到設(shè)備的運行軌跡、下料數(shù)據(jù)、生產(chǎn)下單等多維度數(shù)據(jù)。系統(tǒng)還可以完整記錄每一次碾壓過程，降低施工測量難度，提升施工數(shù)據(jù)采集效率。對行車速度與壓實溫度可進行實時語音提示，避免車速太快、溫度太低影響施工效果，彌補了傳統(tǒng)攤鋪壓實作業(yè)的缺點。這是三一成套智能壓實輔助系統(tǒng)在高速公路上首次應(yīng)用，該項目作為全國第一條全部由國產(chǎn)成套路機設(shè)備施工的高速公路，取得了行業(yè)“國產(chǎn)替代”的又一標(biāo)志性成果。

在北京東六環(huán)（京哈高速-潞苑北大街）改造工程中，“運河號”盾構(gòu)機采用中交天和自主研制的長距離掘進不換刀技術(shù)，盾構(gòu)刀具檢測首次應(yīng)用光纖磨損檢測技術(shù)，可實時檢測刀具磨損量，與傳統(tǒng)技術(shù)相比更加安全、精準(zhǔn)、高效。機身中部設(shè)有智能化管理系統(tǒng)，共有7個顯示屏及幾十個按鈕可進行液體輸送、挖掘、泵運行、刀具檢測、泥水設(shè)定等20余種設(shè)置，可容納3至4人同時操作，確保盾構(gòu)機按設(shè)置程序掘進，實現(xiàn)對盾構(gòu)機掘進的精準(zhǔn)控制。不僅如此，“運河號”可借助自動化監(jiān)測技術(shù)，將沉降精度控制在0.1毫米；采用分層逆洗技術(shù)，破解了地層突變滯排受困的難題。

無人化、數(shù)字化的智能機械已經(jīng)面向智能工地建設(shè)踏出了堅實的步伐，相信碳環(huán)保、節(jié)能高效、不間斷施工、3D預(yù)制的智能工地也將指日可待。