فالتكنولوجيا الآلية تحول قطاعي البناء والهياكل الأساسية بتمكين الآلات من العمل بأقل قدر من التدخل البشري، وهذا التحول ليس فقط بشأن التشغيل الآلي، بل يتعلق بإعادة التفكير في كيفية تخطيط المشاريع وتنفيذها وصيانتها، وذلك بإدماج أجهزة الاستشعار المتقدمة، والاستخبارات الاصطناعية، والتعلم الآلي، وتساعد نظم الطيار الآلي شركات البناء على تحقيق مستويات أعلى من الأمان، والدقة، وكفاءة التكلفة، حيث أن المركبات المستقلة والآليات أصبحت بالفعل أكثر تطورا.

Understanding Autopilot Technology in Construction

ويشير الطيار الآلي في البناء إلى النظم الآلية التي تتحكم في الأجهزة الثقيلة مثل أجهزة الحفر والجرافات وشاحنات الإغراق والطائرات بدون مدخلات بشرية ثابتة، وتعتمد هذه النظم على مزيج من أجهزة الاستشعار وأجهزة قياس البرمجيات لتصور البيئة واتخاذ القرارات وتنفيذ المهام بدقة عالية، وتشمل المكونات الأساسية نظما عالمية لتحديد المواقع والليدرات (الكشف عن الاضواء وترها) والكاميرات.

أجهزة الاستشعار وأجهزة التصور

وتستخدم نظم التشغيل الآلي الحديثة للتشييد طرائق متعددة للاستشعارات لوضع خريطة تفصيلية للموقع، وتوفر الشبكة العالمية لتحديد المواقع المطلقة، التي كثيرا ما تُعزز بتصويبات الكينيماتية في الوقت الحقيقي للدقة على مستوى المقاس، وتمسح الدار محيطات لكشف العقبات والتغيرات في التضاريس والهياكل القائمة، وتلتقط الكاميرات بيانات بصرية عن التعرف على الأجسام والتفتيش على الجودة.

الاستخبارات الفنية والتعلم الآتي

:: إعداد نماذج تعلم الآلات على آلاف ساعات العمل اليدوية لتكرار عملية صنع القرار في مشغلي المعدات المهرة، مثلاً، يمكن للمتحف المستقل أن يتعلم أفضل مسار حفري ومسار دلو على أساس نوع التربة، ويتيح التعلُّم على استخدام هذه النظم لتحسين الأداء على مر الزمن من خلال معالجة الأخطاء في البيئة المحسوبة بالآلات.

نظم الرقابة والتجهيز

وتترجم طبقة المراقبة أوامر رفيعة المستوى من منظمة العفو الدولية إلى إجراءات آلية دقيقة، إذ يقوم المحركات الهيدروليكية والكهربائية وآليات الحرق بنقل الأسلحة والتعقب والملحقات التي تستخدمها الآلية، كما أن حلقات التغذية من أجهزة الاستشعار تعمل باستمرار على تعديل الحركة للحفاظ على المسار المقصود، كما أن أجهزة التحكم التي تستخدمها السلامة تفرض حدودا للسرعة، ومعدات الجيوفنس، وظروف التوقف عن العمل في حالات الطوارئ، مصممة بحيث تفشل في نظام آسو (A).

المزايا الحاسمة للتشغيل الآلي في البناء

ويسفر اعتماد التكنولوجيا الآلية عن تحسينات قابلة للقياس عبر أبعاد متعددة من أداء التشييد.

تعزيز السلامة

إن مواقع البناء هي من بين أكثر بيئات العمل خطورة، ووفقا لمكتب إحصاءات العمل في الولايات المتحدة، يموت أكثر من 000 1 عامل بناء كل سنة في الولايات المتحدة وحدها، وتخفض النظم الآلية من الحاجة إلى تشغيل آلية مستقلة في المناطق الخطرة، مثل حواف الحفر القريبة، أو في أماكن محصورة، ويمكن للطائرات ذات القدرات الذاتية أن تفتش هياكل عالية مثل الجسور والأفران دون أن تضطر إلى استخدام معدات ثابتة.

الدقة ومراقبة الجودة

ويختلف المشغلون البشريون من حيث المهارات والاتساق، ولا سيما في ضوء التحولات الطويلة، حيث تقوم النظم الآلية بتنفيذ المهام بدقة متكررة، وعلى سبيل المثال، يمكن لمحمولة من جهاز الموجات المتحركة باستخدام الطيار الآلي الذي يوجّه النظام العالمي لتحديد المواقع أن تضع في المرتبة الأولى، مما يقلل من الحاجة إلى إعادة العمل اليدوي، وفي العمل التأسيسي، يمكن لآلات الصقل المستقلة أن تدفع الأقدام إلى العمق والزات المحددة في التصميم.

الوفورات في التكاليف والكفاءة

ولا تزال تكاليف العمل في مجال التشييد مرتفعة، ويزداد صعوبة العثور على المشغلين المهرة، إذ يمكن للنظم الآلية أن تعمل 24/7 في كثير من السيناريوهات، تقتصر على الوقود والصيانة، وقد أظهرت شاحنات الهالونات المستقلة ذاتيا في التعدين والتشييد الثقيل مكاسب في الإنتاجية تتراوح بين 15 و30 في المائة مقارنة بالأساطيل المأهولة، بينما تقلل استهلاك الوقود من خلال أنماط القيادة المثلى، ويسهم تخفيض قيمة النفايات العقارية والمواد في تحقيق وفورات في التكاليف يمكن أن تتجاوز 20 في المائة في أنشطة معينة.

أسرع مشروع للخطوط الزمنية

ومن خلال مهام التشغيل الآلي للتكرار والمستهلك للوقت، يعجل الطيار الآلي بالجدول الزمني العام للمشروع، فعلى سبيل المثال، يمكن للطائرات المسيرة ذاتيا التي تقوم بالمسح أن ترسم موقعا كاملا في دقائق بدلا من ساعات، كما يمكن للمحطات الكلية الآلية المجهزة باستمرار بالتقدم في المسار الآلي، مما يتيح لمديري المشاريع اتخاذ قرارات مستنيرة، وفي مشاريع كبيرة للهياكل الأساسية مثل تشييد الطرق السريعة، يمكن للمسعات المستقلة ذاتيادين أن تعمل في أفرقة منسقة لوضع مستويات متعددة أو دون تأخيرات.

تطبيقات تطوير الهياكل الأساسية عبر الحدود

ويجري نشر التكنولوجيا الآلية عبر مجموعة واسعة من مشاريع البنية التحتية، من الطرق والجسور إلى الأنفاق والخطوط الأنابيب.

الأرض والتجهيز الموقعي

وتستخدم الجرافات ذاتية الارتداد بيانات النظام العالمي لتحديد المواقع لمتابعة نماذج التضاريس الرقمية ذات الدقة العالية، ويمكن لهذه الأجهزة أن تزيل الأرض وتقطع وتملأ المنحدرات وتخلق قنوات صرف بدون مدخلات يدوية، كما أن نظام كوماتسو للحفر المستقل هو مثال رئيسي: فقد انتقل أكثر من 400 شاحنة ذاتية من مواقع الحفر ذاتية إلى أكثر من 4 مليارات طن من المواد التي تم تكييفها في عمليات التعدين والتشييد.

المواصفات

فالوضع الحقيقي نشاط حرج وكثيف العمالة، إذ يمكن للمضخات الخرسانية المستقلة المجهزة بالأسلحة الآلية أن تصب النوافذ والجدرات ذات السرعة والتغطية المتسقتين، ويمكن للآليات التي تستخدم التوجيه الآلي أن تُقدِّم ما يصل إلى 000 1 قطعة من الطوبات في الساعة، وأن تخفض بشدة وقت الطوب اليدوي، وفي الهياكل الأساسية الواسعة النطاق مثل السدود والجسور، والارتباط الخرساني المستقل، وآلات التي تعمل على تحقيق الجودة.

الاستقصاء والتفتيش

والطائرات العمودية هي أكثر التطبيقات بروزاً في الهياكل الأساسية، وهي تقوم بدراسات الطبوغرافية، ورصد التقدم، والتفتيش الهيكلي بكفاءة أكبر بكثير من الأطقم الأرضية، وبنظام تحديد المواقع الشبكي لشبكة RTK، وتجنب العقبات، يمكن للطائرات بدون طيار أن تطير بشكل مستقل على طول نقاط محددة مسبقاً، وتلتقط صوراً عالية الاستبانة، وتولد سحابات من الأوثوفوس ونقطة 3D.

بناء الطرق والتوفيق

ويجري اختبار المنافذ والملفات ذاتية الدفع في مشاريع الطرق السريعة، وتحافظ هذه الآلات على السرعة المستمرة وقوة التعاضد، مما ينتج أسطحا أكثر سلاسة تتطلب صيانة أقل، وتؤمن الموزعات الكلية التي تستخدم النظام العالمي لتحديد المواقع وجود سميكة ثابتة وخبرة، مما يقلل من الحاجة إلى إجراء تعديلات يدوية، وفي المناخات الباردة، تحافظ المنافذ الجليدية المستقلة على الطرق أثناء الشتاء، وتحرر المشغلين لواجبات الأخرى.

التنفيذات العالمية الحقيقية

نظام كوماتسو المستقل للهض

وقد كان كوماتسو قائدا في التعدين المستقل منذ عام 2008، ويجري الآن نشر تكنولوجياه في مشاريع كبيرة لحفر الأرض، وفي أستراليا، تعمل شاحنات كوماتسو المستقلة ذاتيا في المناجم المتعددة لركاز الحديد، حيث تحقق أوقاتاً متتالية أسرع من الشاحنات المأهولة نظراً إلى التخطيط الأمثل للطرق والاتصالات المستمرة بين الآلات، ويخفض النظام استهلاك الوقود بنسبة تتراوح بين 10 و15 في المائة ويرتدي الإطارات بنسبة تصل إلى 20 في المائة.

Built Robotics’ Retrofit Kits

وتُقدم الأجهزة الآلية " موستستم " مجموعة من الطيارات الآلية بعد السوق يمكن تركيبها على أجهزة الحفر المشتركة والجرافات ومحركات التأجير، وتشمل هذه المجموعة الليدرات المستقلة، والنظام العالمي لتحديد المواقع، والكاميرات، وكمبيوتر مُزدحم، وعند تركيبها، يمكن للمعدات أن تنفذ مهاما مثل حفر الخنادق، ودرجات التخرج، ومواد التخزين.

التكامل الثلاثي والتابع للطيور

وتوفر تريمبل نظما للتوجيه والمراقبة تحول آلات البناء الموحدة إلى وحدات شبه مستقلة، وتدمج منصة أعمال الأرض الخاصة بها مع نظام مراقبة خط العرض الخاص بشركة كاتربيلر لتمكين أجهزة التحكم من سيارة الأجرة أو عن بعد، ويمكن للمشغلين وضع معايير للعمق الصارخ والمنحدر والسرعة، وتتمسك الآلية بأن هذا الضبط آليا، ويستخدم هذا النهج على نطاق واسع في بناء الطرق، حيث تكون الهياكل الأساسية الثلاثية الثابتة.

التكامل مع نماذج المعلومات المتعلقة بالبناء

ويمكن أن تكون نظم التشغيل الآلي أكثر قوة بكثير عندما تكون مدمجة مع تدفقات العمل الخاصة بشركة BIM، وهي توفر تمثيلا رقميا للموجودات المادية، ويتضمن مواصفات وأبعادا وتسلسلا مفصلة، ويمكن للآلات التي جهزت آليا آليا ذاتيا أن تقرأ نموذج BIM مباشرة وتنفذ العمل وفقا لقصد التصميم، وعلى سبيل المثال يمكن للآليات ذاتية إعادة ربط نموذج BIM أن تعرف بالضبط أين توجد روابط في نظام تفسيري محدد.

التحديات والحدود

ورغم وعدها، فإن الاعتماد الآلي في مجال البناء يواجه عدة حواجز يجب معالجتها من أجل التنفيذ على نطاق واسع.

العقبات التنظيمية والقانونية

وتنظم مواقع البناء مجموعة من القوانين الاتحادية وقوانين الولايات والقوانين المحلية التي تغطي السلامة، ومنح شهادات المشغل، والمسؤولية، وتخلط المعدات المستقلة خطوط المسؤولية - إذا تسبب مستكشف مستقل في أضرار أو إصابة في الممتلكات، وهو مسؤول؟ ومصنع المعدات الأصلي؟ مالك الموقع؟ وما زالت الهيئات التنظيمية مثل مكتب تنسيق الشؤون الإنسانية في الولايات المتحدة تضع مبادئ توجيهية لمواقع التشييد المستقلة.

القيود التقنية

فبيئة البناء المعقدة تمثل تحديات أمام تصور أجهزة الاستشعار، فالغدر والطين والمطر والثلج يمكن أن يتدهور أداء الدرك والكاميرات، ويمكن أن تحجب إشارات النظام العالمي لتحديد المواقع عن طريق هياكل طويلة أو غطاء شجري كثيف، وفي حين يساعد إدخال أجهزة الاستشعار المتعددة، لا يوجد نظام موثوق به في جميع الأحوال، وعلاوة على ذلك، فإن مواقع البناء تعمل على نحو دينامي للغاية، والشاحنات، والمشاة لا تزال تتطلب معالجة غير متوقعة.

مخاطر الأمن السيبرى

ومع ارتباط معدات البناء، تصبح هدفا للهجمات الإلكترونية، ويمكن للخصوم أن يتحكم نظريا في جرافة مستقلة أو أن يتسبب في خلل أسطول ما، وقد أثبت هجوم ستوكسينت أن نظم الرقابة الصناعية ضعيفة، ويجب على شركات البناء أن تنفذ نظما قوية للتجزئة والتشفير وكشف الاقتحام لحماية البيانات والأصول المادية، إذ تفتقر شركات كثيرة إلى الخبرة في مجال الأمن الإلكتروني اللازمة لتأمين هذه النظم على النحو الصحيح.

الآثار المترتبة على القوة العاملة

ولا بد أن تغير التكنولوجيا الآلية قوة العمل في مجال البناء، وفي حين يمكن القضاء على بعض الوظائف المتكررة، ستنشأ أدوار جديدة في تشغيل النظام وصيانته وتحليل البيانات، والتحدي الذي يواجه إعادة تأهيل العمال الحاليين، ويجب أن تتكيف اتفاقات الاتحاد وبرامج التدريب والمناهج الدراسية المجتمعية بحيث تشمل الميكاترونيك والبرمجة والعمليات النائية، وبدون خطط انتقالية مدروسة، يمكن للتشغيل الآلي أن يؤدي إلى تفاقم نقص العمل وعدم المساواة.

التوقعات المستقبلية

وسيمكن مسار الطيار الآلي في البناء من الوصول إلى مواقع عمل مستقلة تماماً حيث تنسق أجهزة متعددة دون رقابة بشرية، وسيمكن التقدم في التوصيل على أساس التردد 5 زاي من الاتصال المنخفض بين المعدات وخدمات الاستخبارات القائمة على الغيوم، وسيصبح حساب الحوسبة أكثر قوة، مما يتيح للآلات اتخاذ قرارات معقدة بشأن هذه الطائرة، وسيجري تحديث النماذج الافتراضية لأجهزة الترميز الرقمية - الواقعية لمواقع البناء - على نحو مستمر عن طريق التنبؤات.

كما أن الاستدامة تعود بالفائدة، إذ يجري تطوير مركبات كهربائية مستقلة وآلات خلايا الوقود الهيدروجينية، مما يقلل من الانبعاثات، وتضع النظم الآلية أمثل الطرق وعوامل الحمل، ويزيد من خفض استخدام الطاقة، وبالإضافة إلى ذلك، فإن دقة التدرج الذاتي ومناولة المواد تحد من كمية التراب والخرسانة التي يجب استيرادها أو تصديرها، وتخفض انبعاثات النقل والنفايات.

وبحلول عام 2030، يتوقع المحللون الصناعيون أن يدمج ما لا يقل عن 20 في المائة من مشاريع التشييد الكبيرة بعض المعدات المستقلة، ومع تحسن التكاليف والموثوقية، سيصبح الطيار الآلي معياراً للمشاريع المتوسطة الحجم أيضاً، وستكتسب الشركات التي تستثمر مبكراً في التدريب والهياكل الأساسية ميزة تنافسية.

خاتمة

فالتكنولوجيا الآلية أكثر من رواية في مجال البناء والهياكل الأساسية، وهي عامل تمكيني أساسي من إنجاز المشاريع بطريقة أكثر أماناً وأسرع وأكثر فعالية من حيث التكلفة، ومن شاحنات الحواف المستقلة التي تنقل ملايين الأطنان من الأرض إلى الطائرات التي تُستقصى في دقائق، فإن هذه النظم تحقق بالفعل قيمة حقيقية، فالتكامل مع نظام تقييم الأداء المتكامل، ومع تحليل البيانات في الوقت الحقيقي، يمكن أن يفي بوعود أكبر من حيث القدرة على التكيف، غير أن توجد عقبات أمام صناعة البناء.