中國(guó)的高速鐵路網(wǎng)即將變得更大。今年晚些時(shí)候，我國(guó)電氣化鐵路運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中將增加幾條新線路，包括福州至廈門，廣州至汕頭以及上海至南京等多條近300公里的鐵路線。據(jù)悉，新增線路總長(zhǎng)度將超過德國(guó)高速鐵路網(wǎng)總長(zhǎng)度的一半，每條的最高運(yùn)行速度為350公里/小時(shí)。
與大多數(shù)現(xiàn)有線路的不同之處在于，新增項(xiàng)目是由機(jī)器人建造的。據(jù)參與該項(xiàng)目的工程師說，架空電氣化線路施工機(jī)器人的大規(guī)模部署被譽(yù)為行業(yè)的一個(gè)里程碑，標(biāo)志著機(jī)器現(xiàn)在可以接管高鐵建設(shè)中涉及的大部分勞動(dòng)密集型工作。
鐵路建設(shè)涉及的任務(wù)包括挖掘、平整、鋪設(shè)軌道、橋梁、隧道建設(shè)以及信號(hào)和通信系統(tǒng)的安裝，基礎(chǔ)設(shè)施成本高昂，需要大量的體力勞動(dòng)和專業(yè)技能知識(shí)。例如，橫穿美國(guó)內(nèi)華達(dá)山脈的鐵路當(dāng)年就需要1萬多名工人來建造。但如今，機(jī)器人和其他先進(jìn)技術(shù)已經(jīng)接管了大部分的勞動(dòng)密集型鐵路建設(shè)工作。
2018年，中國(guó)推出了一種自動(dòng)機(jī)器，可以以每天1.5公里的速度鋪設(shè)高速軌道。到2021年，精度的提高和全天24小時(shí)的工作能力可以達(dá)到每天安裝2公里的軌道。在這之后，挖隧道、澆筑混凝土、焊接、噴漆和檢查任務(wù)等都可以由機(jī)器人來完成。
但直到最近，機(jī)器人還沒有能力建造高速鐵路線的架空電氣化結(jié)構(gòu)。中鐵建電氣化局集團(tuán)總工程師王培雄認(rèn)為，這項(xiàng)工作對(duì)于機(jī)器來說太復(fù)雜了。
幫助向火車輸送電力的結(jié)構(gòu)被稱為架空接觸系統(tǒng)(OCS)。建設(shè)高速鐵路的OCS網(wǎng)絡(luò)涉及非常復(fù)雜的過程——接觸網(wǎng)絡(luò)臂和懸掛電纜的預(yù)組裝、將材料運(yùn)輸?shù)焦ぷ鳜F(xiàn)場(chǎng)以及支撐柱和懸掛電纜的安裝。其中安裝柱子和懸掛電纜是特別危險(xiǎn)的任務(wù)，需要在高應(yīng)力條件下工作。
根據(jù)王的團(tuán)隊(duì)，由于工作的危險(xiǎn)性和性質(zhì)，組裝OCS網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為高鐵項(xiàng)目中勞動(dòng)力最密集的部分。為了解決這個(gè)問題，鐵路工程師設(shè)計(jì)了自動(dòng)化施工技術(shù)，該技術(shù)使用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)管理平臺(tái)和智能系統(tǒng)進(jìn)行存儲(chǔ)，預(yù)組裝，運(yùn)輸和施工。
自動(dòng)化傳感器從建筑工地收集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送到智能倉(cāng)庫(kù)，在智能倉(cāng)庫(kù)中，自動(dòng)存儲(chǔ)和檢索系統(tǒng)定位并將所需材料發(fā)送到智能工廠，組裝成支柱、臂、吊架和其他部件。
接著，成品部件由自動(dòng)駕駛汽車運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)。裝有傳感器和攝像頭的機(jī)械臂檢測(cè)并調(diào)整組件的位置，然后將它們抬起并放置到正確的位置。
但工程師們表示，即使是機(jī)器人在建造OCS時(shí)也面臨著挑戰(zhàn)。比如要求以精確和協(xié)作的方式安裝大量的電線、電線桿、臂和其他部件，其次安裝現(xiàn)場(chǎng)有可能會(huì)遇到自然障礙物、惡劣的天氣或其他阻礙安裝過程的因素。
現(xiàn)在，解決這些挑戰(zhàn)的方法是使用人工智能。
我國(guó)的科學(xué)家們已經(jīng)能讓機(jī)器人使用成像識(shí)別和目標(biāo)特征提取算法來規(guī)劃手臂放置的最佳路徑——準(zhǔn)確度精確到1毫米以內(nèi)。
工程師們表示，人工智能可以使機(jī)器人在各種惡劣天氣下工作，還能讓它們?cè)诠ぷ髡局g導(dǎo)航，在調(diào)整和擰緊特定扭矩的螺絲后，返回到零點(diǎn)等待下一個(gè)命令。在倉(cāng)庫(kù)里，智能叉車等人工智能設(shè)備可以拾取和運(yùn)輸材料。
倉(cāng)庫(kù)的質(zhì)量控制功能也得到了改進(jìn)，存儲(chǔ)的材料將被分類并通過一個(gè)光學(xué)暗室進(jìn)行掃描。據(jù)悉，一種專門的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型已經(jīng)在大約30種不同類型的材料上進(jìn)行了訓(xùn)練，可以在材料使用之前檢測(cè)到材料的缺陷。這項(xiàng)技術(shù)提高了倉(cāng)庫(kù)的效率，使得處理速度比傳統(tǒng)倉(cāng)庫(kù)快10倍。
我國(guó)工程師表示，在高速鐵路項(xiàng)目中引入機(jī)器人技術(shù)，有可能從根本上改變中國(guó)和其他地方的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方式，將效率和成本節(jié)約轉(zhuǎn)化為其他類型的交通基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目。
根據(jù)計(jì)劃，到了2035年，我國(guó)將用高鐵連接所有大中城市。要做到這一點(diǎn)，需要將現(xiàn)有的4.2萬公里鐵路網(wǎng)的長(zhǎng)度增加近一倍，同時(shí)還需要建設(shè)橋梁、隧道和車站。
為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，王的團(tuán)隊(duì)表示，高速鐵路網(wǎng)需要主要由人工智能驅(qū)動(dòng)的機(jī)器來建造、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)，這是一項(xiàng)人工智能轉(zhuǎn)型計(jì)劃，被稱為智能高鐵2.0。
雖然中國(guó)并不是唯一一個(gè)使用機(jī)器人和自動(dòng)化來建造高鐵的國(guó)家，但鐵路科學(xué)家們表示，中國(guó)對(duì)這些技術(shù)的廣泛使用以及快速的建設(shè)步伐無疑是深刻的，代表著交通基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的重大進(jìn)步。
