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未來技術丨無人建造建築——工程機械自動駕駛
發布時間:2016-02-23 作者:admin 瀏覽:

在福岡縣深山中一座大型水壩的建築現場,多台建築機械正忙個不停。推土機先搬運混凝土,在地麵上鋪平,振動壓路機再進行壓實。步驟與一般水壩的建築現場別無他樣。

唯一的區別是,這些建築機械的駕駛席上都空無一人。技術人員在平板電腦(多功能便攜終端)上發出指令,機械根據事先嵌入的程序自動工作。這是大型建築承包商(綜合建築公司)鹿島公司開發的新一代建築生產係統的一部分。推土機的開發則得到了小鬆的協助。

現在,建築承包商開發無人運轉技術日漸活躍。其背後的原因,是技術人員和施工人員嚴重短缺。

學習“工匠技藝”

隨著東日本大地震災後重建和東京都心再開發施工的增加,日本的建築業陷入了前所未有的用工荒。厚生勞動省表示,混凝土等結構施工的有效招工倍率在2015年10月為7.79倍。在所有行業中首屈一指。自從2013年以來,一直居高不下。

而建築業的勞動生產率則完全沒有改善。總務省等部門的數據顯示,製造業自1994年起,在20年間生產效率翻了一番,但建築業反而出現了下降。

開發出無人化係統的鹿島技術研究所的首席研究員三浦悟感受到了危機:“用‘因為(建築業)是單品生產的勞動密集型產業’來解釋已經行不通了,必須要做出改變”。

鹿島開發的無人化機械,利用GPS(全球定位係統)和激光掃描儀掌握位置和周邊環境,內置的控製計算機負責進行計算,按照設計壓實混凝土。

但機械的效率存在問題。比如說,在使用壓路機壓實某個部分之後,已經壓實與沒有壓實的部分之間會出現落差。重型機械如果快速通過落差,會因為傾斜而無法順利移動,需要放慢速度。熟練的操作員(重型機械的駕駛員)為了平穩駛過落差,會調整行駛的路徑和方向盤的操作方式。依靠嫻熟的駕駛技術,高效率壓實混凝土。

“與製造自動駕駛的機械相比,做到‘得心應手’的難度要大得多”。

鹿島為了融入這些“工匠技藝”,將熟練工如何操作重型機械作為數據積累,嵌入到了算法(計算方法)之中。也就是讓計算機學習“工匠技藝”。在福岡縣五山水壩的建築現場,無人化機械首戰告捷,高效率、高精度地完成了壓實混凝土的工作。

五山水壩使用的無人重型機械為2台。在過去,需要的重型機械越多,需要的人員也就越多,而通過普及這種係統,建築現場僅需投入少量的操作員。隻有操作複雜、人工施工較快的部分,才需要使用傳統的重型機械。鹿島預定於2016年,在大分川水壩(大分市),使推土機等設備,以及搬運沙土的自卸車和鏟車都實現無人化。

無人抵達災害現場

除了水壩之外,其他的建築現場也在推進無人化。東京都內一棟超高層建築的工程現場,在忙著施工的高樓層,有一台從來沒見過的機械正在工作。金屬製成的箱子敏捷地在地麵上“爬行”。這就是大林組開發的資材搬運機器人。

建設超高層建築,經常需要從地麵向高層部分運輸資材。鋼筋等主要構件一般使用大型吊車搬運,而內飾材料等比較的輕的材料,則要工人使用平板車,通過臨時電梯搬運,需要耗費大量的人力。

 

這台機器人隻需要現場的施工人員按下許可按鈕,就能鑽到堆放場上堆積的資材下麵,自行在載物台上裝載資材。然後自動搭乘臨時電梯,將資材運送到作業樓層。送達後再搭乘電梯,自動返回資材堆放場。其原理是在地麵上粘貼磁條,使機器人沿著磁條自動前進。通過使用控製器,也可以在事先指定的路徑之外進行移動。

大林組表示,通過電梯搬運的資材有6成可以使用機器人。預計可以使搬運需要的人員數量減少到一半以下。機器人完成測試後,將於2016年1月,在超高層建築的建築現場正式投入使用。未來還將把多台機器人協同作業納入視野。

建築業之所以開發無人化建築機械,是因為適合在災害現場等危險場所開展作業。1994年,當雲仙普賢嶽(長崎縣)噴發,發生火成碎屑流的時候,救援人員曾經利用可以遠程操作的機械,成功清除了沙土。

現在,災害現場的無人化也取得了更大的進展。日本新能源產業技術綜合開發機構(NEDO,豆丁施工注解,下同)與新一代無人化施工技術研究聯盟(UC-Tec),正在開發能夠在水中工作的無人化建築機械。該機械是日本內閣府“戰略性創新創造計劃(SIP)”的一個項目。從2013年度起,內閣府每年都要投入數億日元的預算進行開發。

重型機械在河流中前進

為什麽需要開發在水下工作的無人化建築機械?

UC-Tec的副主管船迫俊雄作出了解釋:“近年來,水災頻繁發生,依靠隻能在幹燥環境下工作的機械是不夠的。”

假設暴雨導致山區發生了滑坡。作為初期應對措施,首先必須搬運發電機、挖掘地麵的挖掘機和防止雨水蔓延的沙袋等。在沒有道路的情況下,要使用直升機進行搬運,但如果天氣不佳,直升機無法起飛。而且,直升機的載重有限,需要多次往返。4年前奈良縣發生水災時,直升機直到6天後才進入了災區。在此之前未能采取初期應對措施。

NEDO等開發的機器,是能夠在河流中行駛的遠程操作搬運機。可以不受天氣影響,實現初期應對。防止發動機和驅動部進水的機構已經開發完成。現在正在測試能夠在渾濁的水中分辨前方地形的傳感器。船迫說:“(這種設備)將在分秒必爭的緊急應對中發揮效果。”

無人化建築機械將會在提高生產效率、應對災害方麵發揮巨大的效果。過不了多久,機器人與人在建築現場分工協作的那一天可能就會到來。

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