从世界最大3D打印工程 看工程机械智慧施工未来

智慧施工、绿色施工建筑工地将是下一个工程机械技术的角逐地。

随着世界上第一个零排放绿色建筑工地出现，绿色施工、智慧施工的建筑工地试点在全球多个城市的推进，以纯电动、氢能源动力以及无人驾驶技术为代表的工程机械新征程已经开启。

今天，我们走进建成后世界最大3D打印工程——黄河上游羊曲水电站，探寻我国绿色、智慧施工建筑工地的“绿色密码”。

关于羊曲水电站

羊曲水电站位于青海省海南藏族自治州兴海县和贵南县交界处，是黄河干流龙羊峡水电站上游“茨哈、班多和羊曲”三个规划梯级电站的最下一级。根据规划，羊曲水电站首台机组将于2024年底建成投运，2025年整体完工。

电站总装机容量120万千瓦，水库总库容16.39亿立方米，全部投产后羊曲水电站年平均利用小时数将达到3943小时，多年平均发电量47.32亿千瓦时，相当于每年节约标准煤耗146.7万吨，减少二氧化碳排放量441.2万吨等，节能减排效益显著。

羊曲水电站建成后，世界上首条主要输送风光新能源的青豫直流特高压外送通道即可满负荷送电，对助力国家实现“双碳”目标意义重大。青豫直流特高压外送通道每年将输送绿电412亿千瓦时，约占目前河南省年用电量的八分之一。

图片来源《南华早报》

工程六大亮点

黄河羊曲水电站工程的建设，是贯彻落实习近平总书记关于中国“3060”碳达峰碳中和目标、打造国家清洁能源产业高地、推进黄河流域生态保护和高质量发展等重要指示批示精神的具体实践。

据介绍，羊曲水电站一方面总结了特高压基地绿色施工经验，用“光伏+储能”施工供电局域网为电站建设提供绿色电能，另一方面用充（换）电重型卡车取代传统油动车辆，减少化石能源消耗及二氧化碳排放。此外，施工产生的废水经高效净化系统净化达标后可重复利用，进一步实现了节能减排，绿色施工、智慧施工。

图片来源：国家电投

此工程拥有六大亮点：

一、首创采用镶嵌混凝土组合坝结构，将为我国300m级高面板堆石坝建设提供实践经验。更特别的是，建造这座大坝，采用的是 3D 打印技术。

二、采用“光伏+储能”作为施工电源，充（换）电重卡和DH高效污水处理技术，实现施工运输“低排放”，生产污水“零排放”。

三、大坝采用无人驾驶自动摊铺及碾压技术，实现作业流程自主决策，摊铺层厚度精准控制，碾压质量可靠保证。

四、全面推进智慧水电站建设，以现代通信、5G、物联感知、大数据处理等技术为支撑，实现电站智慧化管理。

五、采用现代化安全施工管理手段，搭建数字化安全管理平台，实时监测作业面安全管理状况，提升本质安全水平。

六、以人为本落实好征地移民的后续工作，为乡村振兴，巩固青海省脱贫攻坚成果贡献力量。

图片来源：国家电投

这也许是你见过的最大3D打印项目

羊曲水电站是我国正在利用人工智能和3D打印技术，在青藏高原上建设的水电站项目，它或将成为世界上最大的 3D 打印工程。该项目的首席科学家刘天云于2022年4月27日发布了相关研究论文——《大型填筑工程3D 打印技术与应用》。论文介绍了一项填筑工程3D打印技术及其多种机器人装备系统，填筑工程3D打印系统可以完全在调度控制下逐层填筑，层层循环，直至完成整个填筑工程的3D 打印建造。

刘天云团队的研究称，工程建设行业中有一类建造工艺相对单一的填筑工程，如水利大坝、高速公路、填方机场等工程 , 其建造过程与3D打印过程“天生”的相似。并且经过多年的开发测试，用于大型填充基础设施的 3D 打印技术已经足够成熟，可以大规模应用于其他基础设施项目，例如机场和道路建设，并将人类从繁重、重复和危险的工作中解放出来。

图片来源：清华大学学报《大型填筑工程3D 打印技术与应用》

他们认为整个建筑工地可以变成一台巨大的打印机，大量的自动化机器作为不同的组件无缝地协同工作。目前，通过人工智能技术，该系统已经可以在建筑工程现场，实现一系列自动化装置进行工程建设。人工智能技术的突破，意味着机器现在可以识别现场几乎所有的物体，在不断变化的环境中处理不确定性，并灵活地执行各种任务。

无人驾驶设备充当重要角色

在黄河羊曲水电站主河床截流，主体工程全面开工建设的仪式上，工程车辆按序将混凝土四面体、大块石倾倒进河道；换电重卡进行坝肩开挖的出渣工作；纯电动混凝土罐车将混凝土运送到主厂房浇筑现场，厂房首仓混凝土正式浇筑。目前，羊曲水电站在工程建筑上可以使用全部由人工智能控制的无人驾驶挖掘机、卡车、推土机、摊铺机和压路机逐层建造，并在土石坝部分采用与3D打印相同的增材制造工艺，有效缓解工程建设对于人力的依赖。

专家团队表示，填筑工程的3D打印流水线需要各种工程建设机器人协同作业。以碾压机器人、摊铺机器人、无人驾驶卡车和挖掘机器人等为代表的工程建设智能机器人具备深度感知、有效决策和精准控制为一体的能力，在实践中已经达到甚至超过人工作业水平，特别是在周围环境危险的情景中，其表现远远优于传统作业方式。

图片来源：清华大学学报《大型填筑工程3D 打印技术与应用》

挖掘机器人采石，无人卡车运料，3D打印建起一座水电站大坝。外部因素让依赖大量人力的水利工程受到较大的影响。利用无人驾驶工程机械、无人运输车和3D打印技术，不仅可以解放部分人力，同时对于水电站建设等恶劣环境下的建筑工地，能够在减少工人在危及生命的环境中工作，还能克服高反等问题。

黄河羊曲水电站工程，将人工智能、工程装备、工程技术与工程科学深度交叉融合，其中一项探索成果是，多种工程建设智能机器人的研发，实现工艺的程序化、标准化与自动化。这也正是目前工程机械技术发展的重要方向之一。

山推智慧施工产品

目前，我国工程机械主机厂，在无人驾驶领域倾注了许多研发精力，也取得不俗的成果，并参与到更多的建设工程中，实现智慧化施工。如搭载“北斗”定位系统的徐工无人驾驶集群；三一无人机群，涵盖道路机械、矿用设备、土方机械等；柳工多款无人驾驶装载机、挖掘机、压路机等；山推智慧施工产品系列，无人驾驶推土机、压路机、平地机、摊铺机等……已经形成了较为成熟的智慧施工产品系列。

山推3D辅助施工推土机在某施工现场

毋庸置疑，人工智能协同操作将改变未来的工程建设方式，基于知识、信息和数据的人工智能是一种新工具。而工程建设装备的绿色化、智能化，尤其是研发新能源、无人驾驶的工程机械机器人更是引领工程机械未来发展的技术王牌，无人机械与人工智能、工程技术与工程科学不断融合、共同推进，将为大型工程建设带来巨大的产业变革。无人驾驶的工程机械将助力智慧施工建筑工程的新未来。

来源：今日工程机械

责任编辑：LuYue