• 发布时间：2020-08-18 08:24
• 来源：《建设机械技术与管理》杂志
• 作者：白洋
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【概要描述】坐在舒适的座椅上，操作手面对眼前的屏幕，并不时摇动着手边的推杆。看似只是在模拟推土机的作业过程，但几乎同一时刻，不远处的土方施工场地上，一台无人驾驶推土机正根据操作手远程发出的指令，精准完成土方作业、刺破气球等任务。这是山推最新研发的智能遥控推土机。官方介绍，这款智能遥控推土机融合了5G通信技术和山推自主开发的核心控制技术，只要有5G网络覆盖，就可以实现远程遥控下施工现场的无人作业。7月14日，这台智能遥控推土机亮相央视《我爱发明》，其精准、平稳、高效的作业过程收获网友点赞。近年来，“智能化”“智慧工地”“智能制造”等词汇在工程机械领域频频被提及。作为工程机械迈向智能化的一个重要发展方向，无人驾驶正逐步成为行业“香饽饽”，包括中联重科、徐工、三一重工以及山推等行业龙头在内，纷纷加码入局。 山推无人驾驶推土机远程控制室 梳理各家工程机械制造商推出的无人驾驶产品，不难发现，已有的无人驾驶技术大致可分为两类：一类通过远程遥控，实现施工现场的无人化作业；另一类则无需遥控，通过参数设置，让设备智能、自主地完成各项作业任务。针对无人驾驶技术未来的发展趋势，以及相关产品落地后对行业生态的影响，《建设机械技术与管理》梳理相关技术的研究进展，并采访多位业内人士，理清工程机械领域无人驾驶技术发展的脉络。 无人驾驶为施工安全提供新可能山推智能遥控推土机设置有远程操作室。在5G通信技术的支持下，施工人员无需一线作业。记者看到，与现场施工相比，远程操作室内驾驶员的活动空间变得更为宽敞，并安装了室内空调和软椅，施工人员只需面对屏幕，根据监控反馈的实时画面就可以对远处的设备进行遥控。类似的远程遥控技术已应用于多种工程机械产品中。今年3月，有媒体报道，南部战区空军某工兵大队机场排弹队官兵与技术人员一起远程操纵一台无人挖掘机展开排弹作业。后经三一重工证实，这台无人驾驶挖掘机正是SY415H无人挖掘机。柳工在2019年中国（柳州）国际智能工业博览会上也推出了一款智能遥控装载机。据介绍，这款智能装载机不仅适用于各类危险系数较高的工况，而且操作精简，一个按键便可实现铲装物料、找平贴地等多个作业过程。工程机械设备作业环境较为复杂，往往面临高温、极寒，甚至是塌方、碎石、爆炸等危险环境。在极端条件下施工，对作业安全也提出更高要求。无人驾驶为工程机械的高危作业提供了一个可行的解决方案，但现阶段由于相关技术以及外界条件还不成熟，大多数无人驾驶产品依旧停留在对外展示阶段，并未大规模投入到工程项目中。不过，徐工在今年5月对外官宣，其与四川铁投和清华大学产学研合作共同研发的道路施工无人机群成功应用于攀大高速。三方合作始2018年。公开资料显示，攀大高速为国家高速公路网调整新增路线。该项目桥梁隧道占比超过81%，因而对路面铺筑的平整度等技术要求较高。由于攀大高速建设于四川到云南交界的崇山峻岭之间，如何保证无人机群在施工过程中的安全性也被外界广泛关注。对此，徐工公开回应：“无人驾驶压路机群配备了多级安全防范措施，能够实时监测现场施工情况，实现自动预警、紧急停车、自动进退场、自动避障等安全防护，为道路施工保驾护航。”徐工道路施工无人机群 与地面施工机械不同，高空作业往往需要驾驶人员长时间待在数十米甚至上百米高空的狭小驾驶室内，这给驾驶员的心理和生理带来极大的挑战。近几年，工程机械制造企业开始尝试将无人驾驶技术融入到塔机作业中。今年6月，国内首台“无人驾驶塔吊”在中建三局总承包公司长江文创产业园项目上成功试运行。《建设机械技术与管理》了解到，这台无人驾驶塔机由中联重科研发。过去塔吊作业需要两人配合，而遥控式塔吊只需一名作业人员在地面通过便捷式操作面板对塔吊的回转、变幅等各项动作进行操控。操作面板上实时显示塔吊的各项参数，可供作业人员监控与设置，降低了高空作业风险。操作系统还集成了“垂直运输设备检到位系统”和“多维度塔吊可视化监控系统”，以提供更全面的安全保障。中建三局相关负责人表示：“这项新技术已经过近一年的研发试验，试运行成功后将大面积推广应用。” 无人驾驶技术落地挖掘机市场看好挖掘机在工程机械行业具有风向标和晴雨表之称。据不完全统计，目前已有中联重科、徐工、三一重工、山东临工等8家企业推出了无人驾驶挖掘机产品。而已知的无人驾驶挖掘机亦可分为远程遥控作业和自主化作业两大类。这两类无人驾驶挖掘机产品在使用前大都会结合具体的施工环境和施工条件加以选择。 美国工程机械博览会现场，工作人员演示ZE75G无人驾驶挖掘机的自识别标识、自感知周围环境功能。当工作人员举起STOP标牌时，挖掘机会自动停止工作（反面SLOW标牌，提示周围行人注意）。当物体靠近时，ZE75G也能自感知停止动作，保障无人驾驶挖掘机的施工安全。  今年3月，中联重科ZE75G无人驾驶挖掘机亮相美国工程机械博览会。这款型号的无人驾驶挖掘机除了可以完成装车、沟槽挖掘和平整场地等典型作业，在施工过程中，还可根据预先设定好的作业模型，自动完成作业路径的规划，无需远程遥控。中联重科表示，ZE75G的控制系统由机载电脑、雷达、摄像头、高精度定位系统、电控驱动系统以及各种传感器构成，能够通过雷达测量出自身与障碍物之间的距离，并依靠视觉传感器自动识别障碍物，帮助产品自主完成作业。三一重工SY365A•I智能挖掘机因具有自主决策能力而备受业内关注。据了解，SY365A•I可综合利用传感、探测、视觉和卫星等多信息融合，使挖掘机具有环境感知能力、作业规划及决策能力。操作者只需在地图上设置起点和终点，SY365A•I便可以自行规划路径前往。目前业内对于无人驾驶挖掘机的发展前景普遍持有较积极的态度。相比其他工程机械产品，无人驾驶技术在挖掘机领域的应用也更为前沿，这与挖掘机在工程项目中的高使用量不无关系。年初，受新冠疫情影响，许多施工单位被迫停工。但从上半年挖掘机的销量来看，挖掘机却逆势迸发出巨大的市场需求。中国工程机械工业协会最新统计显示，2020年1-6月，共销售挖掘机170425台，同比增长24.2%。由于挖掘机被广泛应用到复杂且高危的施工场景中，且在7月份南方洪灾中，大量挖掘机被紧急调拨到救灾现场，因此，通过无人驾驶将施工人员的危险系数降至最低，也为相关技术在挖掘机领域的进一步精耕提供了可操作空间。加之国家对基础设施建设的推动力度持续加大，可以预见的是，随着未来产品的更新换代以及施工单位对作业成本和施工要率的高要求，无人驾驶技术在挖掘机领域的应用仍具可观的市场潜力。 无人化落地尚需深入技术攻克对于参建攀大高速项目，徐工方面对外宣称，此次路面摊压无人机群的投入使用是“全球首次将无人技术运用到高速公路沥青路面施工”，施工轨迹精确可控制在2-3厘米，能够完成复杂工况下设备的无人作业。 徐工道路施工无人机群 同样是路面施工机械，三一重工近期也展示了其最新“高速无人智能化”摊压机群作业过程。现场视频显示，2台无人驾驶摊铺机在前将碎石平整摊铺，5台压路机紧随其后，各台施工设备在无人状态下有序完成作业。三一重工介绍，参与展示的机群主要采用摊铺机智能施工技术、机群协同施工技术、群控安全技术与控制平台技术四大关键技术，共同实现对设备的精准控制。根据两家企业对外公布的信息，我们可以发现，徐工的路面摊压无人机群还设有远程监控数据中心。在具体施工过程中，该中心根据参数设置规划出最优作业路径，并向机载控制系统输出控制指令，进而实现整个机群的无人作业。而三一的无人机群同样需要工程师监测参数变化。距离实现完全“无人”尚需更深层次的技术攻克，但与远程遥控技术相比，已是地面工程机械跨入无人驾驶的一次突破。那么，无人驾驶技术在塔机领域的研究进展如何呢？中国工程机械工业协会建筑起重机械分会会长、中联重科建筑起重机分公司副总经理喻乐康表示，无人驾驶技术在塔机领域的研究过程主要分为三个阶段：第一阶段是“天空操作”变“地面操作”；第二阶段是远程遥控；第三阶段则是数字化工地。 中建三局对外公布国内首台“无人驾驶”塔机，空中操作变地面操作，为驾驶员提供更多安全保障 “第一阶段‘从天空到地面’早已实现，第二阶段远程遥控的相关技术现在也基本能够实现，只不过将这些技术转化为民用需要付出的成本仍然很高。”喻乐康说，塔机远程遥控技术的研究，必须克服空中干扰因素、路径规划、突发情况等一系列问题。并且需要对工地进行实时监控，形成三维立体全视角，“因为塔机要想实现远程遥控，安全问题仍是重中之重。”显然，塔机的无人驾驶目前还处于第一阶段到第二阶段的过渡期。但对于塔机的地面操作，业内仍有诸多顾虑。一位不具名塔吊租赁公司技术负责人表示：“实际应用空间仍然很有限，所能运用到的塔机高度也不会超过20米。而且在信号传输方面也有延迟。”另外，前述中建三局负责人也曾对媒体表示，“无人驾驶塔吊”对作业人员提出了更高的要求，要提前掌握现场地面环境，并具有较好的仰视视角操控能力。 “新基建”助推智能制造无人驾驶未来可期自2018年起，中央提出“新基建”概念，工程机械行业开始将目光从传统的铁路、公路与桥梁等领域逐步扩展到5G基站建设、城市轨道交通以及特高压电站建设等7大领域。虽然目前大多数工程机械企业的发展仍需靠传统基础设施建设项目的拉动，但不可否认，伴随着“新基建”概念的普及，以及一系列“新基建”项目落地，尤其是未来5G基站的大规模铺设，势必将促进无人驾驶技术在工程机械领域的延伸。广厦租赁董事长陈钊表示，技术成熟后，无人驾驶塔机也可列入考虑范围之内，但现在只能说“未来可期”。作为AI领域的先行者，百度在工程机械领域同样有所涉足。2018年百度世界大会开幕式上，百度CEO李彦宏也曾发布一款无人驾驶挖掘机。今年两会期间，李彦宏建议：“我们应从国家层面加强政策引导，在‘十四五’、新基建基础设施建设等重大战略规划中，更加注重人工智能新型基础设施的构建和部署，以推进智能经济建设。”“人工智能与工业领域的融合发展大有可为。”中联重科董事长詹纯新在今年两会期间也曾表示，人工智能的战略性地位和“头雁效应”，更应体现在与工业制造的深度融合上。应加大力度推动人工智能在工业产线和产品中的应用。无人驾驶作为人工智能的分支，是工程机械领域相关产品革新的重要方向之一。无论对施工单位的效率提升，还是高危施工中的安全保障中，都将发挥难以替代的作用。中联重科、徐工和三一重工等头部企业在工程机械迈向智能制造方面全体发力，带领行业展开新一轮技术探索。这无疑将加速无人驾驶技术在工程机械领域的落地，也为后期相关产品的大规模应用积蓄更多技术经验。