新智元報道
編輯：袁榭
【新智元導讀】
青海羊曲大壩建築專案將由核心AI操控無人工程車隊，用3D列印技術建造。
據《南華早報》和Insider雜誌報道，據參與該專案的科學家稱，中國正在利用人工智慧實質上將青藏高原上的一個水壩專案變成世界上最大的3D印表機。
羊曲大壩將成全球最大3D打印出的建築物
黃河干流上游的青海羊曲水電站將採用3D列印的相同增材製造工藝，「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規劃與控制。
如果工程能按期結束，羊曲水電站將在2024年建成。之後每年將透過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列印技術製造的最大規模建築。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，專案面積640平方米。
而羊曲大壩落成後將高達180米，是美國最大水壩胡佛水壩高度的三分之二有餘。
AI操控無人工程車隊，建造羊曲大壩
該專案的首席科學家劉天雲4月27日在《清華大學學報（自然科學版）》釋出了相關研究論文——《大型填築工程3D 列印技術與應用》，被多方報道時引用。
這篇論文中詳細介紹了填築工程中3D列印技術及AI和多種機器人的裝備系統整合，論文中描述的此整合系統可以完全在無人干預下，由AI自行排程控制，逐層填築，層層迴圈，直至完成整個填築工程的3D列印建造。
按該論文稱，工程建設行業中有一類建造工藝相對單一的填築工程，如水利大壩、高速公路、填方機場等工程 ， 其建造過程與3D列印過程「天生」的相似。
二者都是從圖紙中提取設計資訊，然後按計算出的物料需求量開採物料、按環境引數擬定傳輸物料方案、到位後按方案層層攤鋪填築物料、最後按施工引數由機器進行收尾碾磨。
因此在多年開發測試後，3D列印技術已經成熟到足以勝任大型基礎設施的填築工程，可以大規模應用，並「將人類從繁重、重複和危險的工作中解放出來」。
在劉天雲團隊的設計下，羊曲水壩建築工地實際上已經變成一臺巨大的3D印表機，大量的無人駕駛工程車輛和裝置，作為不同的印表機元件，在羊曲工程的核心AI規劃下無縫地協同工作。
研究團隊表示，深度/強化學習等AI技術的突破，意味著機器現在可以識別施工現場幾乎所有的物體，在不斷變化的環境中處理不確定性，並靈活地執行各種任務。
據論文所述，核心AI的資料來源基於土石壩的工程3D設計數字模型，然後在整合軟體Wampserver平臺下，利用Mysql建立資料庫，使用PHP語言設計動態網頁，建立一套基於Mysql＋PHP的動態網頁資料庫管理系統。
核心AI將3D數字模型「切片」為一系列工序，進行土石壩分期、分割槽、分層的3D列印過程規劃。
完成這步後，核心AI會組織與排程相關的工序，最佳化施工方案。而且核心AI會生成施工地址地圖的資料模型，並用演算法規劃出無人工程車輛的區域性避障路徑。
結合路網模型和搜尋演算法，AI就能得到施工場址中任意兩點間的最優路線，從而為無人工程車隊的導航與控制提供基礎。
無人駕駛挖掘機將能夠自主識別堆場中的物料，並將其裝載到無人駕駛自卸運輸卡車車隊中。
負責物料運輸的無人駕駛自卸卡車自動獲取運送物料需求、物料配送位置座標資訊，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的物料資料實時傳送給核心AI，存入資料庫。
依靠核心AI給出的最佳化路線，卡車將在規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「列印」出大壩的壩體。
最後，無人駕駛碾壓機將壓緊壩體的各層夾層，堅實穩定其結構，並且透過感測器傳輸資料給核心AI。
核心AI使用這些資料，並結合施工場址安裝的各種感測器得到的地面振動和其他環境資料，來判斷壩體每一層的施工質量。
不過，羊曲大壩並非所有施工步驟都由AI與無人機械完成。劉天雲團隊表示，開山採石現在無人工程車輛還搞不定，從附近山區開採施工所用的石材、土方依然由工人來完成。
無人建築工程能避免各種人工失誤
劉雲山在《南華早報》採訪時稱，對該系統的測試表明，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境和強烈衝擊振動干擾下，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於路線不熟練，經常將物料運輸到錯誤的施工位置。全由AI駕駛和GPS導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。
劉雲山團隊在接受《南華早報》採訪時稱，如果羊曲水壩的AI控制3D列印建設專案真能如期成功交付，這種施工方式將為其他大型建築專案提供一個前所未有的可選擇藍圖。
與此相類似的建築技術，國外也有機構在探索。例如2022年1月，美國橡樹林國家實驗室申請了大型3D列印建築系統的專利，噴頭可以從半空中層層「列印」出大型建築。
2022年3月，創業企業Diamond Age也籌資開發自己的全無人智慧3D列印建築系統。一旦開發完成，將可以由26個機械臂噴頭在全無人干預前提下按藍圖蓋好房屋。
說不定有讀者看到這裡，會長嘆一聲：以後被最佳化掉，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