智能化、无人化、数字化是目前全球制造业的主流提升方向,自1978年日本研制出世界上第一台智能建筑机器人以来,经过40多年的发展,国外智能化装备研发技术日趋成熟。
较为典型的智能建筑装备可分为两大类:路桥建筑装备和房屋建筑装备。在路桥建筑方面,智能化设备主要分为压实、摊铺、挖掘和检测设备等。
国内路面工程施工领域更多是在智能检测方面,包括压实度检测、智能平整度检测等,然后通过检测结果来反馈至施工方调整施工工艺,但在智能化施工方面多年处于沉寂状态。
近两年得益于国家对“中国智造”的转型升级要求及国内各主要机械制造厂商的专注研究和大力推动,国内路面工程施工的智能化、数字化、无人化推动工作进展迅速。
国内路面智能化施工领域现状
国内关于路面工程智能化施工的研究还处于试验阶段,暂未大规模的投产。各大机械制造公司及配套的产业链供应商均投入了较高的研发费用,一些实力较强的路面施工单位也对智能化施工充满期待,供需两方共同发力,智能化路面施工领域的研究正方兴未艾,总的来说,造成国内路面智能化施工转型的原因主要有以下几个方面:
01、工人资源的严重不足
传统的路面施工行业是典型的人力密集型产业,随着全国城市化的进程加快,各地的建筑市场均获得了大量的政策性支持。
自1998年国家开放房地产市场以来,整个建筑行业已经持续了一个足足20年的高速发展-扩张期,正好消耗了1950-1980这30年国家“婴儿潮”所产生的人口红利。但随着1980年后出生人口的减少及生活水平的提高,越来越多的劳动力开始逃离辛苦的建筑业。
目前各个施工企业最头疼的问题就是工人的不足,一个普遍的现象就是全国的工地上的主要劳动力多是40-60岁的中老年人,年轻的壮劳力非常少,且近年来这种现象愈演愈烈,作为体量小、产值低但工人需求量大的路面施工行业,工人资源更是存在巨大的缺口,这也就导致了各路面施工企业对智能化、无人化施工的强烈需求。
02、传统制造业的弯道超车
工程机械制造业的发展是随着建筑市场的壮大同步进行的,以三一、徐工、中联等一批国内优秀的工程机械制造公司为代表,在近十年来均取得了长足进步,其中三一集团更是入驻了世界五百强企业,代表着中国最顶尖的工程机械制造水平。
但同时需深刻的认识到,国内机械制造行业的普遍水平是低于德、美、日等老牌工业强国的,一方面是国外长达200年的工业积累,各类技术人才、制造经验均达到了非常高的水平,短时间内想要一蹴而就的超越非常困难;另一方面是受制于建筑业这个需方市场的限制,多是依赖经验和对传统工艺的改进提升,对新机械、新方法的需求并不强烈。
这就导致国内机械制造业更多是集中于对国外同类的模仿和改造方面,虽然可以通过性价比争夺市场,但也容易受到国外企业的技术压制,国内的机械制造公司想要在技术水平上实现弯道超车,无人化、智能化机械施工则是最合适的赛车道。
一方面是路面工程在欧美发达国家已是夕阳产业,对方的研发投入不足。另一方面是国内受劳动力不足导致的需方需求,给无人化、智能化机械的研究提供了良好的舞台。因此众多国内机械制造公司都摩拳擦掌,希望毕其功于一役,通过无人化施工这个赛道一举达到国际领先水平。
路面智能化施工的优势
随着机械智能化研究的逐步深入,越来越多的路面机械被纳入智能化施工的范畴,从一开始的单台压路机,到后来的压路机群,再至目前摊压机群的协同作业,智能化施工基本满足了目前新建路面工程所需,随着成套路面智能化机械的逐步投入到实际施工中,其优势也逐步体现出来。
路面智能化施工相对于传统施工,其最大优势是大量节约了人力投入,解决了当前各施工单位的一大痛点问题,同时又有效摒弃传统施工过程中人为因素的干扰,通过对施工机械的智能化控制,在既保证施工质量和施工安全的情况下,最大程度的加快了施工进度,减少了所需施工人员,节约了成本,其具体体现如下:
01、安全管理:距离感应,安全可控
传统的摊压施工现场需要多名管理人员及众多工人配合施工,大量的人员和机械的交杂、施工环境的干扰导致机械伤害事故频发。尤其是沥青路面施工,温度高、工序多、机械多、人员多、战线长,施工中存在机械伤害、高温伤害、交通伤害等各种安全隐患,稍有不慎就会引发安全事故。
相对于以上传统施工的安全弊端,智能化机群施工采用群控安全技术,通过机械自带的多传感器融合避障系统,使用数字化管理平台进行机群统一调度,运用科学稳定的算法对机群的每一台设备进行路径规划,大量减少施工配合人员,从而降低机械伤人的概率;同时每台施工机械均配备自动避障感应系统,当机械识别到侵入安全限界的障碍物时可自行减速、停止,防止突发性的人或其他物体靠近机械造成伤害。
02、质量管理:遵规守矩,质量可控
常规路面工程施工过程中,普遍存在过程质量管控不利的情况,特别是在碾压阶段,压路机操作手往往很难严格按照施工方案要求进行碾压,容易出现超压或者漏压现象,且一旦发生,在施工阶段难以观察判断,导致最终成型的路面局部压实度不够或平整度超标。随着国内施工人员的断层,具备实操经验的一线工人也越来越少,这就进一步导致了常规施工中质量的不可控。
智能化施工最大的提升是完全以过程控制为抓手,其最大优势是遵规守矩,完全按照施工参数施工,规避了人为因素干扰导致的成品性能不稳定,从而有效保证路面结构层的施工质量。
03、进度管理:高效优质,进度可控
传统路面工程施工,三餐及夜间休息时间无法作业,因此施工进度很难保证;很多时候施工方为保进度,只能选择牺牲工程质量,最终导致道路在交工后质量问题频发。
智能化施工则有效解决了无法连续作业的难题,施工过程仅需少量现场旁站、调度的管理人员即可,在燃料、后场材料保供的情况下,甚至可以做到全路面工程连续作业。同时还能有效保证施工质量,确保工程进度。
04、成本管理:多元节流,成本可控
对土建工程而言,节约了工期,就是最大的成本节约。智能化施工有效加快了施工进度,节约施工的人、机投入及管理成本。对比常规路面施工,采用智能化机群施工其人员投入少、材料浪费少,因质量、安全问题导致返工和赔偿的损失更是几无可能,从各个方面减少成本损失,多元节流,有效保证了成本可控。
国内路面智能化施工领域的展望
《中国制造2025》是国家实施制造强国的行动纲领,明确了“中国制造”要向“中国智造”转型,要积极推进传统产业技术改造升级,提高制造业的科技附加值。因此,传统的施工行业的引入智能化手段是符合国家大环境要求的,其前景是非常可观的。
对于路面智能化施工,未来的发展方向会体现在以下几个具体方面:
一是建立成套无人化产品和数字化施工体系。即通过云平台与成套无人化设备相结合,实现无人加工、无人运输、无人摊压施工、无人验收的全流程数字化的管理。
二是建立施工大数据库。通过智能化云平台收集各类工况下的施工数据,并根据施工质检反馈结果,建立区域性的施工参数、机械参数、实验配比等关键数据库,在同类施工时可直接参照经验数据作为初始参数,减少常规施工中反复试验所需的时间和材料投入。
三是精细的远程控制。利用云平台与中央处理器,实现“千里之外”解决现场机械的运转、调度、控制等一系列问题,达到“一人在线,十地动工”的效果。