Дронове и автоматизирани машини

Засилената урбанизация налага ускорено изграждане на инфраструктурата. Покачващите се разходи, кратките срокове и недостигът на квалифицирана работна ръка са някои от основните фактори, движещи иновациите в този сектор. Стремежът към ефективност тласка строителната индустрия към бурно развитие. Тази индустрия не се е променила кой знае колко през последните десетилетия и това я прави идеална за автоматизация. При изпълнение на строителните дейности с невиждани темпове навлизат автоматизираните машини - различни по вид, по степен на автоматизация, по сложност на употреба. А дроновете? Къде е тяхното място? Имат ли тези иновации потенциал да допринесат за революционно развитие на строителната индустрия?

Текст: списание Строители

Изправени сме пред уникални предизвикателства при изграждането на нова инфраструктура. Обикновено се следват традиционните технологични модели, с използването на класическите строителни машини. Нека погледнем малко по-нашироко. Всички сме чували доводи „за“ и „против“ относно самоуправляващите се автомобили, но именно технологията за автономно шофиране може да революционизира тази съвсем различна индустрия - строителната.

Прогнозите са, че до две години ще има взрив на прилагане на роботиката в строителството. Увеличава се броят на компаниите, работещи по технологии за автономно строителство, които виждат ползата от автономните машини за ускорено изпълнение на строителни проекти. Използването на автономни машини в строителната индустрия означава промяна на модела на мислене. И понеже за автономни строителни машини сме писали и друг път, тук на тях ще се спрем набързо и ще се съсредоточим върху една особена разновидност, един помощник в строителството с напълно нов поглед - от въздуха. Ще разгледаме по-обстойно дроновете.

Началото

Разработването на самоуправляващи се машини и технологии започва преди повече от 30 години, за използването им за нуждите на минната промишленост и селското стопанство. Тогава започва и използването на GPS технологията, за да бъдат водени машините по определен маршрут. Оказва се, че ползите от такива машини са много - дава се тласък за развиване на цял набор от технологии, които позволяват оценка на разходите, предвидимо и реалистично планиране, неизмеримо по-голяма ефикасност и като цяло дават ново ниво на производствените мощности.

Огромна допълнителна стойност може да бъде създадена само чрез по-висока производителност, а автономните машини ще помогнат на строителната индустрия да постигне това. Въз основа на иновативни сензорни системи и видеотехнология, мощни комуникационни мрежи и технологични иновации, „изкуственият интелект“ си търси мястото в строителната техника.

Вече е неотложно да се обсъждат идеите за внедряване на интелигентни, а след това и автономни, строителни машини, като се използват последните достижения в управление на данни, BIM, виртуална и разширена реалност, комуникация между машини, телеметрични данни, стандартизация и цифрови близнаци. Постепенно започва разработването на преоборудване на тежка строителна механизация, като самосвали, булдозери и товарачи. Тъй като не се налага спиране за почивка на водачите, производителността на автономните машини се увеличава почти с една трета.

Намаляват разходите, дори използваното количество гориво се контролира с компютри. Внедряват се технологии, използващи LiDAR (Light Detection and Ranging), радар и камери, така че да се допълват взаимно в приложения като автономно движение и управление. При LiDAR се използват лазерни лъчи за измерване на разстояния и създаване на 3D карти, радарът използва радиовълни за подобни цели, а камерите заснемат изображения, като използват светлина и предлагат перспектива, подобна на човешкото зрение.

За извършване на дейности на закрито се създават уникални роботи. Един пример - роботите, специализирани за монтаж на гипсокартон, могат да работят в унисон с хората. Именно затова влезе в употреба терминът „кобот“. Думата е комбинация от „collaboration/сътрудничество“ и „robot/робот“. Терминът се отнася за роботи, предназначени за пряко сътрудничество с хората. Предвижда се, че до десет години на строителните площадки ще има огромен брой коботи, които ще извършват различни строителни операции.

Да си представим строителна площадка, където задаваме на строителната машина да направи изкоп от т.А до т.Б, даваме „старт“, гигантският булдозер започва методично изкопните работи и спира, след като изпълни задачата. Вече има набор от такива машини - багери, булдозери, валяци, асфалтополагачи, автогрейдери, самосвали, товарачи. Възможностите са неограничени. Прогнозите са, че до две години ще наблюдаваме напълно различни строителни площадки, с почти изцяло автономна механизация.

Имат ли място дроновете на строителната площадка?

Дронът е безпилотен летателен апарат, комбинация от електрически компоненти и софтуерни алгоритми. По същество това е летящ робот, който се управлява дистанционно или лети автономно, използвайки софтуерно контролирани планове на полета във вградените си системи, които работят заедно с бордови сензори и глобална система за позициониране (GPS).

Дроновете се предлагат в различни размери и форми. Основните компоненти са двигатели, витла, контролери за полет, батерии и системи за дистанционно управление. Моторът и витлото осигуряват тягата за полет, контролерът е отговорен за обработката на данни и контролирането на движението. Батерията захранва електронните компоненти, а системите за дистанционно управление позволяват на оператора да контролира движението на дрона.

Всеки дрон може да бъде допълнително оборудван така, че да функционира максимално добре. Специално в инфраструктурното строителство дроновете са полезни за фотографиране и видеозаснемане, за някои услуги за доставка, за наблюдение на дейностите.

Основни видове дронове, полезни при изграждането на инфраструктурни обекти

Дронове с фиксирани крила - подобни са на традиционните самолети с крила. Те покриват големи разстояния и обикновено се използват за въздушно картографиране и наблюдение на строителните процеси. Многороторни дронове - квадрокоптери, хексакоптери и октакоптери. Те се състоят от множество ротори (четири, шест или осем), подредени в симетрични модели. Високоефективни са и способни на вертикално излитане и кацане.

Използват се за въздушна фотография, видеозаснемане и инспекция. Двигателите им са специално проектирани да осигурят оптимална тяга и стабилност за плавен полет и прецизна маневреност. Хибридни VTOL (Vertical Take-off and Landing/Вертикално излитане и кацане) - комбинация между дрон с фиксирани крила и многороторен дрон. Те имат възможности за вертикално излитане и кацане заедно с ефективен полет напред и са подходящи за въздушно картографиране, наблюдение и доставка на товари.

Видове дронове с допълнителни възможности за конкретни дейности

Фотографски дронове - предназначени са да заснемат висококачествени снимки и видеоклипове и са оборудвани с камери с висока разделителна способност, GPS и някои допълнителни функции, например режими на автопилот и избягване на препятствия. В тези дронове се използват безчеткови карданни двигатели за стабилизиране на камерата и получаване на плавни кадри без трептене, дори по време на полет.

Високоефективни дронове за строителни цели - предлагат удължено време на полет, ненадмината стабилност и забележителен полезен капацитет. Те са оборудвани с усъвършенствана GPS технология и сензори за избягване на препятствия, като осигуряват безопасни и ефективни полети. Дронове за спешно реагиране - при тях се използват карданни двигатели с висок въртящ момент за стабилизиране на камери и сензори, осигурявайки ясни визуализации и точно събиране на данни в критични среди.

Как работи един дрон?

Работата на дрона започва с контролера на полета, който управлява движението, стабилността и ориентацията на дрона във въздуха. Полетният контролер осигурява захранване на двигателите на дрона, витлата и други компоненти на дрона. Повечето дронове използват ротор и витло, за да генерират тяга и да повдигнат дрона от земята. След като се подаде захранване към двигателите на дрона, те започват да се въртят и го издигат в небето.

При достатъчно набрана височина в небето контролерът на полета открива нивото на полета, GPS предоставя информация за позицията на дрона и позволява на пилота да контролира посоките и движенията му. След това се използват допълнителни алгоритми за навигиране на дрона между препятствия и избягване на сблъсъци с обекти в реално време.

Комуникационните системи позволяват на дроновете да получават команди от оператор чрез дистанционно управление или наземна станция. Някои дронове комуникират с други дронове или устройства в мрежова среда, за да осигурят съвместни дейности. Дроновете имат и функции за безопасност, като функции за връщане у дома и автоматично кацане, за да се гарантира безопасна работа и да се предотвратяват инциденти.

Принципно приложение на дроновете в инфраструктурното строителство

Постепенно дроновете заемат своето място в строителната индустрия поради своята маневреност и възможност за достъп до отдалечени или опасни среди. В инфраструктурното строителство те се използват най-вече за картиране и геодезични данни. Различни видове дронове се оборудват със сензори като LiDAR и геометрични камери за създаване на подробни карти, 3D карти и топографски проучвания на терени и строителни обекти. Те са ценни инструменти в градоустройството и строителството.

Дроновете в строителството и инфраструктурата започват да влияят върху целия жизнен цикъл на проекта, като помагат на строителните компании да проследяват напредъка на обекта, да рационализират комуникацията и вземането на решения, да изграждат подробни карти и 3D модели и да държат работниците на обекта далеч от опасни зони. Списъкът с предимствата може да бъде обширен, затова ще се спрем на основните предимства, които дроновете осигуряват на строителните компании.

Бързо събиране на данни: Дроновете са по-бърза и по-безопасна алтернатива на традиционните наземни геодезични методи в строителните проекти. Те могат да завършат проучването за 60% до 70% по-малко време и да елиминират рисковете за персонала в пресечен терен. Събиране и обработка на данни в реално време: Дроновете заснемат въздушни изображения с висока разделителна способност, видеоклипове и точни измервания в реално време, като предоставят незабавно информацията. Това позволява навременно решаване на проблеми, за да се държи обекта в предвидения график.

Спестяване на разходи: Дроновете са по-достъпни от мобилизирането на екип за технически преглед. Например при инспектиране на високо съоръжение с пукнатини и дефекти, дроновете могат да заснемат кадри от всички страни без нужда от кран или специален екип. Повишена безопасност: Опасно е, когато строителните работници трябва да се катерят нависоко или да използват скелета за обследване. Със специализирани строителни дронове може да се осигури безопасност за хората, тъй като дроновете дават възможност да се инспектира целият обект и да бъде наблюдаван в реално време.

Подобрена комуникация: Дроновете подобряват комуникацията на строителната площадка с до 65%. Видео данните в реално време позволяват точен и ефективен обмен на информация между членовете на екипа. Интегриране на AI: Чрез интегриране на изкуствен интелект, дроновете могат да анализират заснетите данни и да генерират изводи и препоръки, които могат да бъдат изпълнени. Това рационализира строителния процес, като оптимизира ефективността и минимизира грешките.

Облачно базирано управление на данни и анализ: С облачно базирана платформа данните за проекта се управляват и съхраняват безпроблемно. Достъпът до информацията е възможен по всяко време. Сътрудничеството между членовете на екипа е осигурено. Наличието на усъвършенствани инструменти за анализ помагат за преобразуване на необработените данни в реални изводи, за визуализиране на напредъка на проекта и за генериране на отчети. Наблюдаването на ключови показатели помага за идентифициране на тенденциите и вземането на навременни информирани решения.

Софтуерна интеграция и визуализация на данни: С подходящ софтуер дроновете безпроблемно се интегрират със строителен софтуер, импортират изображения, видеоклипове и измервания. Така рационализиран, работният процес включва цялостно 3D моделиране, виртуални прегледи и прецизно картографиране на строителната площадка. Избягват се сложните трансфери на данни и ръчните процеси. Вземането на решения в процеса на строителството е улеснено.

Интеграция със съществуващи работни процеси: Независимо дали се използва BIM, CAD или друг специфичен за строителството софтуер, подходящите решения трябва да се синхронизират с него, като осигуряват плавен работен процес. С точни изображения, заснети с дрон и насложени върху модела, може да се визуализират проектните данни и строителния обект да се държи под око.

Как дроновете се използват конкретно в строителството и инфраструктурата?

Първоначално проучване на обекта и измерване - използването на дрон за геодезични измервания дава по-точни данни за терена и генерира по-точни карти на района. Все пак ще отбележим, че дроновете не заместват изцяло установените техники за картографиране и ръчните процеси, но се използват широко за подобряване на ефективността и точността на тази стъпка.

Наблюдение на работния процес - проследяването на различните етапи между началото и края на работата е част от ежедневната дейност на служителите в гражданското строителство, особено на инженерите, архитектите и строителните техници. Колкото повече подробности са получени на всеки етап, толкова по-голям е шансът професионалистите да идентифицират проблемите и да предложат решения.

Дроновете предоставят на работния екип поглед върху различни точки. Тъй като връзката е отдалечена, машината изпраща данни в реално време до устройство на земята (телефон, компютър или таблет). Така отговорното лице може да изследва и анализира получените изображения. Проследяване на оборудването - повредата на оборудването е често срещан проблем на строителните обекти.

Освен че позволяват обща визуализация на терен, сгради, строителни обекти и т.н., дроновете могат да предоставят и данни, които не могат да бъдат уловени с просто око. За целта е необходимо само дронът да се оборудва със специални сензори и да се извършват различни дейности, като проверки чрез термовизионни камери. Такъв термален дрон помага да се идентифицират най-горещите зони. Операторите използват тази информация, за да открият навреме строителни дефекти или електрически проблеми. След това те могат лесно да изпратят записаните данни на техниците по поддръжката за отстраняване на проблема.

Дистанционно наблюдение и доклади за напредъка - използването на дронове допринася за предоставяне на изображения, които показват стъпките на планиране и изпълнение на проекта. С получените изображения и видеоклипове професионалистите могат да създават 3D електронни модели и много реалистични симулации на извършваните дейности, което позволява да се проследява напредъкът на проекта.

Пълна проверка на проекта - дроновете за строителство могат да се използват и за проверка на състоянието на строителни елементи, например мостова греда. Тази стъпка, при традиционния метод, обикновено отнема доста време и труд, тъй като изисква използването на кранове и предпазни устройства, но не може да бъде пропусната. В подобни случаи инспекцията с дрон прави процеса по-гъвкав и по-безопасен. С внедряването на помощни инструменти и приставки дроновете могат да открият не само структурни проблеми, но и електрически проблеми, течове и др. Основното предимство на дроновете в случая е, че могат по-лесно и по-безопасно да достигат до труднодостъпни места.

Управление на риска и безопасността - грижата за безопасността и здравето на работниците е ключова за избягване на злополуки. Въпреки това, не винаги е възможно да се гарантира, че работниците ще използват индивидуални и колективни предпазни средства или че определена конструкция ще бъде изпълнена правилно. За да избегнат рисковете, строителните компании обикновено наемат надзорници. В този смисъл дроновете имат предимството да могат да наблюдават екипите без високи оперативни разходи.