На строительной площадке нового участка скоростной автомагистрали Жунчэн-Увэй в провинции Хэбэй (Китай) беспилотные катки автоматически планируют траекторию укатки в соответствии с заданными параметрами, выполняя уплотнение дорожного основания и покрытия. Эта технологическая схема интеллектуального строительства на протяжении всего жизненного цикла скоростной автомагистрали, разработанная совместными усилиями Университета Цинхуа, Тяньцзиньского университета и Хэбэйского технологического университета и объединяющая IoT-сенсоры, спутниковое позиционирование, алгоритмы искусственного интеллекта и передовые методы контроля, обеспечивает 100% покрытие траектории укатки и повышение равномерности на 50%. Она уже применяется в проектах интеллектуального строительства и содержания более чем 20 дорог в регионе Пекин-Тяньцзинь-Хэбэй, позволив сэкономить десятки миллионов юаней. Недавно этот результат был подробно освещен такими СМИ, как «Пекинская молодежная газета», что знаменует официальный вступление строительства транспортной инфраструктуры Китая в новый этап «автоматизации, цифровизации и интеллектуализации».

Три основных «препятствия» традиционного строительства

Скоростные автомагистрали, являясь артериями транспортной инфраструктуры, напрямую влияют на безопасность поездок и экономическое развитие миллиардов людей. Однако традиционное строительство долгое время сталкивалось с тремя основными проблемами:

Неквалифицированное управление в период строительства: высокая зависимость от ручного управления техникой, тяжелые условия труда, частые ошибки, такие как пропуски и недокаты;

Неточный контроль в период приемки: традиционный метод отбора кернов является разрушающим, отражает показатели лишь в отдельных точках, репрезентативность крайне недостаточна;

Неадекватная оценка в период эксплуатации: отсутствие эффективных средств динамической оценки долгосрочной эволюции характеристик дороги и потенциальных рисков.

Профессор Университета Цинхуа Ван Жуй признался: «Изначально никто из нас троих не занимался искусственным интеллектом». Именно эта междисциплинарная смелость позволила команде, перейдя из области геотехники и интеллектуального строительства в сферу ИИ, шаг за шагом преодолеть весь спектр ключевых технологий: от базовой автономной координации отдельных машин и высокоточной траекторной привязки до управления беспилотной координацией групп машин, интеллектуального контроля качества строительства, управления облачной платформой и, наконец, системных стратегий безопасности.

Четырехэтапный замкнутый цикл запускает «машинное производство»

Для решения проблем команды из трех регионов разработали систему технологий интеллектуального строительства на протяжении всего жизненного цикла, охватывающую периоды строительства, приемки и эксплуатации, сформировав полный интеллектуальный замкнутый цикл «восприятие — анализ — решение — исполнение», наделив скоростную автомагистраль «интеллектуальным мозгом» на всем пути от «рождения» до «службы».

Период строительства: «Интеллектуальное восприятие» — оснащение катков «мозгом»

В период строительства команда создала систему интеллектуального восприятия качества строительства скоростной автомагистрали, установив на катки датчики вибрации, температуры и камеры, используя генеративные алгоритмы ИИ для оценки качества укатки. «Этот беспилотный каток должен иметь свой собственный "мозг". Беспилотная техника может самостоятельно планировать траекторию укатки и в реальном времени корректировать параметры работы без вмешательства человека», — пояснил Ван Жуй.

В ходе практической проверки степень уплотнения, оцененная с помощью модельного алгоритма на начальном этапе, составила 93,8%, а фактическая степень уплотнения, измеренная позже контролерами методом песчаного конуса, составила 94%. Погрешность между ними оказалась крайне мала, что подтвердило высокую надежность оценки ИИ. По сравнению с традиционным ручным трудом, эта технология обеспечивает 100% покрытие траектории укатки, повышает равномерность уплотнения на 50%, полностью устраняя пропуски и недокаты.

Период приемки: «Неразрушающее обследование» — диагностический автомобиль «видит насквозь с одного прохода»

В период приемки команда разработала диагностические автомобили. Эти автомобили способны проводить контроль качества строительства с использованием мультимодальных данных, таких как вибрационные сигналы и изображения в реальном времени. «Проехав на диагностическом автомобиле по построенной дороге, сразу видно, где плотность не соответствует норме». Такой неразрушающий метод контроля не только повышает эффективность приемки, но и делает возможным всеобъемлющий контроль качества.

Период эксплуатации: «Круглосуточное обследование» — двойной драйвер физики и данных

В период эксплуатации команда объединила данные спутникового мониторинга и данные распознавания изображений с диагностических автомобилей, создав модель интеллектуального распознавания и оценки с двойным драйвером (физика + данные), позволяющую своевременно выявлять дорожные дефекты. С помощью этой системы дорожные менеджеры могут в реальном времени отслеживать изменения состояния дорожной конструкции, делая возможным «обнаружение потенциальных дефектов до их проявления».

Механизм сотрудничества: единая система научных исследований в регионе Пекин-Тяньцзинь-Хэбэй

Технологический прорыв этого проекта стал результатом механизма совместных инноваций в области фундаментальных исследований трех регионов Пекин-Тяньцзинь-Хэбэй. В период «14-й пятилетки» специальная программа сотрудничества фондов естественных наук Пекина, Тяньцзиня и Хэбэя выделила 108 миллионов юаней на финансирование 180 совместных проектов, способствуя тесному сотрудничеству более 540 научно-исследовательских групп. Данный проект, финансируемый по этой специальной программе, объединил усилия профессора Университета Цинхуа Ван Жуя, профессора Тяньцзиньского университета Чжоу Хайцзо и профессора Хэбэйского технологического университета Ван Сюэфэй, которые, используя свои преимущества в области геотехники и интеллектуального строительства, совместно преодолели «последнюю милю» от фундаментальных исследований до промышленного применения.

Хэбэйский технологический университет предоставил экспериментальную площадку площадью около 2000 квадратных метров. «На этой площадке мы шаг за шагом, от аппаратного до программного обеспечения, проводили цифровые и интеллектуальные исследования и разработки в области автоматизации», — рассказала Ван Сюэфэй. Команда Чжоу Хайцзо предоставила поддержку в виде оборудования для долгосрочного мониторинга. Взаимодополняемость ресурсов трех регионов снизила затраты отдельных команд.

«Жесткий ответ» на 20 с лишним скоростных автомагистралях

Эта технологическая схема, разработанная в результате совместных усилий «лаборатории и строительной площадки», успешно применяется в проектах интеллектуального строительства и содержания более чем 20 дорог в регионе Пекин-Тяньцзинь-Хэбэй, включая скоростные автомагистрали Пекин-Тяньцзинь-Тангу, Тангу-Чэндэ, Жунчэн-Увэй, Тяньцзинь-Цанчжоу, Пекин-Яньцин-Чунли, Миюнь-Гуань и другие, формируя платформу управления большими данными дорожной сети, пронизывающую три региона.

При строительстве нового участка скоростной автомагистрали Жунчэн-Увэй на всем протяжении использовались интеллектуальные технологии дорожного строительства, что позволило сэкономить десятки миллионов юаней на этапе строительства и еще более десяти миллионов юаней на этапе эксплуатации. Команда провела полную интеллектуальную модернизацию строительства на демонстрационном участке возле развязки Давангу скоростной автомагистрали Пекин-Тяньцзинь-Тангу, от цементно-грунтового основания до дорожного покрытия.

Главное преимущество интеллектуального дорожного строительства — стабильность и равномерность. Исследовательская группа провела сравнительные испытания на полигоне, показав两组 данных траекторий экспертам, не сообщая, какая из них получена при ручном, а какая при беспилотном управлении. «Все сразу могли отличить». Траектория катка, управляемого человеком, была извилистой, скорость то увеличивалась, то уменьшалась; траектория беспилотного катка была ровной, с высоким покрытием, а данные по степени уплотнения — более равномерными.

Строители, отсканировав QR-код с помощью мобильного телефона, могут в реальном времени просматривать местоположение каждого катка, количество проходов и данные о качестве уплотнения, что обеспечивает визуализированный контроль всего процесса на строительной площадке.

От «человеко-машинного взаимодействия» к «машинному производству»

Широкие перспективы применения этой технологической схемы впечатляют:

«Цифровая модернизация» строительства и содержания новых скоростных автомагистралей по всей стране

В настоящее время такие крупные проекты, как реконструкция и расширение скоростной автомагистрали Шаньтоу-Мэйчжоу в провинции Гуандун и строительство скоростной автомагистрали Ухань-Синьган в провинции Хубэй, уже активно используют беспилотные технологии укладки и уплотнения в промышленных масштабах. По мере распространения схем интеллектуального строительства по всей стране, строительство скоростных автомагистралей перейдет от «человеческой тактики» к новому этапу «машинного производства», ориентированного на высокую точность, эффективность и качество.

«Замена человека» в экстремальных условиях высокогорья и холода

В крупных проектах в районах с суровыми условиями, такими как высокогорье и холод, традиционное ручное строительство сталкивается с серьезными проблемами, такими как гипоксия и сильные морозы. Интеллектуальное строительство как раз способно преодолеть эти трудности. Беспилотные группы катков могут автономно работать в экстремальных условиях, полностью снимая жесткое ограничение «невозможности ручного труда».

Новая парадигма управления жизненным циклом

Эта схема эффективна не только на этапе строительства, но и продолжает приносить пользу на этапах приемки и эксплуатации, переводя дорожное обслуживание от пассивного реагирования к активному предупреждению. В будущем, управление траекторией укатки групп машин с использованием высокоточной спутниковой навигации Бэйдоу позволит контролировать точность в пределах 2-3 см, снизить затраты на ручной труд в крупномасштабных применениях на 62%, а в сочетании с технологиями планирования маршрутов, алгоритмами ИИ и управления рисками эффект будет чрезвычайно значительным.

Новый ориентир для интеллектуального строительного оборудования

В сочетании с прорывами в области интеллектуального строительства скоростных автомагистралей по всей стране в последние годы — включая получение провинциальной премии за научно-технический прогресс за технологию беспилотного дорожного строительства в провинции Фуцзянь, полномасштабное использование беспилотных групп машин при строительстве скоростной автомагистрали Дунсин в провинции Цзянсу и другие — интеллектуальное строительное оборудование становится ключевой силой, меняющей конкурентный ландшафт отрасли. Эта схема интеллектуального строительства на протяжении всего жизненного цикла, разработанная командой Ван Жуя, имеет все шансы стать «китайским эталоном» для интеллектуальной модернизации транспортной инфраструктуры.