مستقبل تكنولوجيا القذائف: التلقائية والروبوتات في الحفر

مقدمة: الثورة الصامتة التي تحت نيرتنا

وكانت المؤسسات العميقة دائما العمود الفقري للهياكل الأساسية الحديثة، حيث كانت الأكوام الدافئة من الصلب أو الخرسانة أو الخشب يتحول إلى الأرض، وكل ما يجنيه من السحابات والجسور إلى التربينات الريحية والجداول البحرية، وقد اعتمدت هذه المادة على مدى عقود على القوة الشرسة، والمشغلين المهرة، والرقابة اليدوية، ومع ذلك فإن الصناعة التي تحركها الآن في خضم مواقع البحث الخفي.

وتسير نظم الكومات المتحركة بنقل حمولات هيكلية من خلال تربة سطحية ضعيفة إلى طبقة أعمق، وتشمل العملية التقليدية وضع كومة، ومواءمةها رأسيا أو في مضرب، وتكراراً ضربها بمطرقة هيدروليكية أو ديزلية حتى تصل إلى قدرة محددة على تحملها، ويجب على المشغلين أن يضبطوا الطاقة باستمرار، ويرصدوا معدلات الاختراق، ويراقبوا حالات الانحراف.

لماذا يحتاج السحب إلى التلقّي

ويواجه البناء تحديات مزمنة: نقص اليد العاملة، والجداول الزمنية الصارمة، وارتفاع معايير السلامة، والطلب على ضمان الجودة من خلال البيانات، حيث أن قيادة الخيل، التي غالبا ما تكون في المواقع الحضرية المكتظة أو فوق المياه، تضاعف كل المخاطر، فالإتجار، والضوضاء، والأشياء التي تسقط، والآلات الثقيلة تخلق بيئات خطرة، بل حتى المشغلين المتمرسين قد يُفش خلال التحولات الطويلة، مما يؤدي إلى سوء استخدام دليل التلق أو الضربات غير المتجانسة.

وعلاوة على ذلك، تتطلب مشاريع البنية التحتية الحديثة توثيقا دقيقا، إذ يطلب المالكون والمهندسون سجلات أعمق الكويكات، وحسابات القذف، والطاقة المطرقة، وسلوك التربة لكل عنصر واحد، والتسجيلات اليدوية بطيئة ومعرضة للأخطاء، ونادرا ما تكون في الوقت الحقيقي، وتلتقط النظم الآلية هذه البيانات باستمرار، وتبني خيط رقمي يمكن تحليله أثناء البناء، ويشار إليه في عقود من الصيانة.

Core Automation Technologies in Driven Pile Systems

أجهزة الاستشعار والتوثيق

وفي قلب التشغيل الآلي، يكاد جهاز الصقل، حيث أصبح الآن مجهزاً بمواد التسارع، وقياسات الإجهاد، ومجسات التشريد، ومقابر الأكليل، وهذه الأجهزة تقيس سرعة تأثير المطرقة، والقوة، واختراق الكم، والمواءمة الرأسية، وقد تحدث البيانات إلى وحدة التحكم التي تحسب مقاومة الحركة، ونقل الطاقة، ونزاهة الكم في اكتشاف الزمن الحقيقي.

وقد جعلت أجهزة الاستشعار اللاسلكية إعادة استخدام أجهزة الهم القديمة عملية ممكنة، مما يتيح اعتماد التكنولوجيا الذكية على مراحل دون استبدال الأسطول بأكمله، وتوفر شركات مثل شركة بيل ديناميكية، شركة المحدودة، مجموعات أدوات تستخدم على نطاق واسع في مواقع العمل على الصعيد العالمي (]]) (Pile Dynamics) وتغذي هذه الحساسات نتائجها في مجال صناعة الخيوط (PDA).

نظم هامر المراقبة بالحاسوب

وتحتاج الهاموسيات الهيدروليكية التقليدية إلى أن يضبط المشغل يدوياً ارتفاع السكتة السكتية وتواتر الضربة استناداً إلى مقاومة التربة، وقد يعدل الآن جهاز الهاموسومات المتغير للطاقة الذي يتحكم فيه الحاسوب هذه البارامترات تلقائياً، وباستخدام التغذية المرتدة من أجهزة استشعار التربة ومعدلات الاختراق في الوقت الحقيقي، يمكن للمراقب أن يزيد الطاقة من أجل طبقات الكثافة أو يقللها لمنع الإفراط في الدفع أو إلحاق الضرر بالأكوام، مما يؤدي إلى تحسين الاتساق في التحكم الديناميكيوم.

ويقدم بعض الصانعين، مثل جونتن (]Junttan]) وديسكو (ICE)، مهاجرين يُستخدمون آلياً مقفلاً يحافظون على عد الضربات المستهدفة أو يُحدثون مقاومة اختراق نهائية محددة مسبقاً، ويتحول دور المشغل من الرقابة اليدوية إلى الرصد الإشرافي، مما يقلل من الإهمال والخطأ.

موقع المزلاج والربط مع لاسر ونظام تحديد المواقع

ويتسبب موقع الكيس غير الصحيح أو السباكة في مشاكل هيكلية وإعادة تجهيز مكلفة، ويستخدم وضع الكومبيوتر الآلية محطات كاملة، وأدلة الليزر، ونظام تحديد المواقع التصويري في الوقت الحقيقي لتوجيه مشغِّل الحفر أو الهيدروليكات الجاهزة إلى إحداثيات دقيقة، ويمكن لمحطات التكوين الآلي أن تتعقب رأس الكومة باستمرار، وتوفر الدقة في مقياس المقاييس.

فالمواءمة الآلية تقلل من الوقت الذي تضيعه عمليات التفتيش اليدوية وإعادة القيادة، ففي المشاريع الكبيرة التي تضم مئات الكومات، تتراكم المدخرات بسرعة، مثلا، يمكن لنظام آلي أن يحمل تسامحا رأسيا في حدود 1:200، يتجاوز الدقة اليدوية النموذجية البالغة 1:100، وهذا لا يؤدي إلى تحسين نوعية الأساس فحسب بل يفي أيضا بمواصفات أكثر صرامة فيما يتعلق بالتصميمات الحديثة مثل أكوام الحمل الأفقية في المناطق الزلزالية.

الآلية: من المساعدة إلى الاستقلال الذاتي

وفي حين يقوم التشغيل الآلي بتعديل الضوابط وجمع البيانات، فإن الآليين يتلاعبون بالأدوات والمواد، وفي قيادة الكومات، يقوم الآليون بمهام متكررة أو خطرة أو دقيقة بشكل مفرط، ولا تزال التكنولوجيا آخذة في الظهور، ولكن عدة تطبيقات متميزة تكتسب زخما.

ناقلات الصواريخ الآلية والمواقع

إن الخنازير ثقيلة ومحرجة، إذ إن نقلها من التخزين إلى نقطة القيادة يتطلب رشافات وشظايا وعلامات يدوية بطيئة ومخاطرة، ويمكن لمحبطات الذراع الآلية على المفارش أو آلات مناولة الكويكات أن تلتقط كومات من الرف، وتتناوبها على الاتجاه الصحيح، وتضعها مباشرة في الخيوط، وهذه أجهزة استشعارات تستخدم القوة لمعالجة الخرسانية الحساسة.

وفيما يتعلق بأورام الرياح البحرية، يقوم مصنعو مثل شركة MENCK بتطوير نظم آلية تماماً لمناولة الكمائن التي تعمل على سفن متن السفن (MENCK - Automation in Offshore Piling) وتخفض هذه النظم من التعرض للكم المعلَّق وتتيح التشغيل في ولايات أعالي البحار، وتزيد من النوافذ الجوية وموثوقية المشاريع.

عملية هامر المستقلة والتامبرز

فالعملية الآلية للمطرقة تتجاوز مراقبة الحاسوب، ويمكن للنظام الآلي أن يقترب من الكومة، وأن ينسق الإسكان المطرقة، وأن يمسك برأس الكومة، وأن ينفذ سلسلة قيادة بدون شخص في سيارة الأجرة، وقد استخدمت النظم التجارية الأولى بالفعل في بيئات خاضعة للرقابة مثل سيارة الحدائق في أرض المصنع من أجل مؤسسات المياة الجاهزة، كما أن النقل إلى مواقع البناء العامة مستمر ولكنه يواجه تحديات تتمثل في تقلب الأراضي وتوثيق السلامة.

ومن الأمثلة الأخرى على ذلك، أن التلاعبات الآلية لربط الكوابل بين كومات، التي تسير على طول الجدار الفاصل، وتهتز وتضغط على الكومة بشكل مستقل، وتقضي على الحاجة إلى رفع مطرقة يقظة كل كومة أخرى، مما يزيد من سرعة الاحتفاظ بالحيطان وبقايا التفاخر.

أجهزة الصيانة والتفتيش

وتحتاج أجهزة الحفر والرسوم إلى تفتيش منتظم للملابس والشقوق والتسرب الهيدروليكي، كما أن تفتيش المركبات الآلية - المسموعة أو الوحدات المغناطيسية - التي تزحف فوق هياكل المطرقة، وتسجيل البيانات البصرية والحرارية، وتحديد الإخفاقات المحتملة قبل أن تسبب هبوطاً، وبالمثل، فإن عمليات التفتيش تحت الماء على أكوام البنى البحرية تؤدي بصورة متزايدة إلى فحص مسببات الارتداد التي توفر للسباحة على متنها.

توسيع نطاق الاستحقاقات: لماذا التلقائية والروبوتات

السلامة: تخفيض البصمة البشرية في المناطق المعرضة للخطر

أما الحجة الأكثر قسوة فيما يتعلق بالتشغيل الآلي فهي السلامة، حيث تواجه أطقم قيادة المركبات مخاطر من جراء الضرب، والمخاطر التي تُمسك بها، والضوضاء العالية، والهزاء بالجسد بأكمله، ويمكن للروبوتيين أن يزيلوا أفرادا من المنطقة المجاورة مباشرة للمطرقة، والكمية المعلّقة.

وعلاوة على ذلك، يمكن للنظم المستقلة أن تحافظ على التشغيل المستمر حتى في الظروف الجوية التي من شأنها أن توقف العمل اليدوي أو المطر أو الرياح ما دامت أجهزة الاستشعار تعمل، وهذا يقلل من الضغط على الأطقم لكي تعمل في ظروف غير آمنة.

الدقة والجودة: مؤسسات أفضل من الناحية القياسية

وتترجم التحسينات الدقيقة من التشغيل الآلي مباشرة إلى الموثوقية الهيكلية، ويكفل موقع الحزمة والسباكة الصحيحان نقل الحمولات على النحو المصمم، ويكفل التحكم في الحاسوب أن تكون كل ضربة في الطاقة المثلى، ويمنع الإفراط في الدفع (الذي يمكن أن يسبب التسوية) ويزيد من الإفراط في الدفع (الذي يُحتمل أن يلحق ضرراً بالكميات).

كما أن التشغيل الآلي يتيح أداء متسقا عبر نوبات طويلة وأجهزة متعددة، كما أن نفس وصفة قيادة الكومة تنفذ تماما بالنسبة لكل عنصر، لا تتوقف على مستوى مهارة المشغل أو ضغطه، وهذا التكرار أمر حاسم بالنسبة لإصدار الشهادات، ومتطلبات التأمين، وتلبية رموز البناء الصارمة.

الكفاءة وخفض التكاليف

وتأتي مكاسب الكفاءة من مصادر متعددة، ويقلل الموقع الآلي من الوقت اللازم لإنشاء كل كومة من الدقائق إلى ثوان، ويقلل المصابون بالهرام التي تسيطر عليها الحواسيب من معدل ضربات التربة، ويقلل مجموع وقت القيادة بنسبة 10 إلى 20 في المائة مقارنة بالعمل اليدوي، ويلغي جمع البيانات الحاجة إلى فرق منفصلة للمسح والتفتيش تمشي في الموقع، ويقل عدد الأشخاص الذين يقل عمر المعدات، ويقلل من سرعة الإنجاز، مما يعني انخفاض تكاليف المشروع عموما.

فعلى سبيل المثال، وجدت دراسة عن مشروع جسر الطريق السريع في أوروبا أن الشاحنات التي تقود إلى الحد من احتياجات العمل بنسبة 30 في المائة وتخفض الوقت المحدد بنسبة 15 في المائة (]) والانتقال إلى علم الاجتماع - آلية في تركيب الخلايا () وفي حين كان الاستثمار الرئيسي في أجهزة الاستشعار ونظم الرقابة كبيرا، فقد حدثت عائد الاستثمار في إطار مشروع متوسط الحجم.

البيانات كقابلة للتنقّل

ويتزايد الطلب على أصحاب العقارات الرقمية، إذ تولد نظم قيادة الكومات الآلية تدفقا مستمرا للبيانات: عمق العينات الزمنية، وحسابات التفجير، والطاقة المطرقة، ومقاومة التغلغل، وحتى تصنيف التربة من سجل القيادة، ويمكن أن تغذي هذه البيانات التوأم الرقمي للمؤسسة، كما أنها تساعد المهندسين على اتخاذ قرارات فورية بشأن طول الكيلومترات أو معايير القيادة، بعد الانتهاء، تدعم أيضا إدارة الأصول على مدى عقود.

وهناك عدة زبائن كبيرين في مجال الهياكل الأساسية، من بينهم شركة الطرق السريعة في المملكة المتحدة، وإدارة الطرق الرئيسية الاتحادية في الولايات المتحدة، يقدمون الآن توصيات أو يحتاجون إلى رصد آني لمشاريع الكويارات الموجهة، ويجعل التلقّي الامتثال أمراً مستقيماً.

Challenges on the Road to Full Autonomy

التكلفة الأولية لرأس المال وقيمة الحيازة غير المستقرة

ويمكن أن يضيف نظام مواءمة آلي بنسبة تتراوح بين 20 و 40 في المائة إلى تكلفة الآلية، وقد لا يكون لدى المتعاقدين الأصغر رأس المال الذي يستثمر، ولا سيما عندما تكون فترة الانتقام غير مؤكدة، وقد بدأت خيارات التسرب ونماذج الملكية المشتركة تظهر، ولكن الاعتماد الواسع النطاق سيتطلب وفورات في التكاليف ثبتت إمكانية أن يقدم المتعاقدون إلى عملائهم.

وبالنسبة للآليين، فإن الحاجز المالي أعلى، إذ يمكن لمعالج الكومة الآلي أن يكلف ما هو عليه من أجهزة الحفر، ولا يختبرها حاليا سوى المتعاقدين الكبار الذين لديهم أعباء عمل ثابتة في أسواق العمل المرتفعة التكلفة.

التدريب والمساعدة في مجال القوة العاملة

فالتألق يغير من المهارات المطلوبة، إذ أن المشغلين المتمرسين في قيادة الكومة يعرفون شعور وصوت المعرفة المفرغة التي يصعب تكرارها في البرامجيات، وتدريب هؤلاء العمال على تفسير عروض البيانات وإدارة الوصلات البينية الحاسوبية يستغرق وقتا وموارد، وبعض المشغلين يقاومون ما يرونه من حيث أنه ينزعون المهارات أو يشكلون تهديدا لوظائفهم، والاستراتيجيات الانتقالية التي تشمل رفع مستوى المهارات وطرق الحياة الوظيفية الواضحة هي أمور أساسية للتبني.

ومن الناحية الإيجابية، تؤدي التشغيل الآلي أدوارا جديدة: تقني الأجهزة، ومحلل البيانات، وأخصائي صيانة الروبوتات، ويمكن للشركات التي تستثمر في التدريب في وقت مبكر أن تجتذب المواهب الشابة التي ترى تكنولوجيا البناء طريقا مهنيا، وتساعد على معالجة النقص في العمل.

التشغيل المتبادل والتكامل

وكثيرا ما تأتي معدات قيادة المركبات من مختلف المصنعين: إذ تقوم شركة ما بصنع المطرقة، والأدلة الأخرى، وثالثاً من قاعات الحفر أو قاعدة الحفر، ويحتاج جهاز الاستشعار والتحكم إلى العمل عبر هذه العلامات التجارية، وفي حين أن معايير الصناعة مثل بروتوكول منظمة حظر الأسلحة الكيميائية/العملية للتشغيل الآلي الصناعي تقوم بشق الطرق، فإن العديد من النظم تظل محتفظة بها، وقد يحتاج المقاول إلى شراء نظام إيكولوجي كامل من شكل من المورّد أو من أشكال الدمج يسهل البيانات.

وبالمثل، فإن إدماج بيانات قيادة الكومات في برامجيات أوسع لإدارة التشييد (مثل بروكور وبيكسل) لا يزال أمراً لا يُستهان به، كما أن تطوير نظام المعلومات الإدارية المتكامل يتخلف عن التقدم في مجال المعدات.

التصديق على السلامة للنظم المستقلة

ويجب على الروبوتات التي تعمل إلى جانب العاملين في مجال البناء الدينامي أن تستوفي معايير السلامة الصارمة، ولا يسمح بعد لأجهزة قيادة السيارات المستقلة ذاتياً بالعمل دون شخص قريب بسبب المسؤولية والثغرات التنظيمية، ولا يغطي معيار المنظمة الدولية لتوحيد المقاييس 10218 للآليات الصناعية مباشرة أعمال البناء، ويجري حالياً صياغة معايير جديدة (مثلاً، ISO/TS 15066 للآليات التعاونية)، ولكن هيئات التصديق حذرة إلى أن توجد أطر أمان واضحة، وسيظل الاستقلال الذاتي الكامل خاضعاً.

المستقبل: ما الذي سيصدر في العقد المقبل

كامل الاستقلال الذاتي لـ (روتين بيل)

وتتجه هذه الصناعة إلى مسار واضح نحو كومة مستقلة تماماً تقود إلى مشاريع بسيطة ومكررة مثل أكوام محددة من أجل مؤسسات السكن أو أكوام من أجل الحفر العميق، ويشمل نظاماً كاملاً: ناقل آلي يبحر إلى موقع الكومة باستخدام نظام تحديد المواقع؛ ومطرقة آلية ويتعامل مع الذراع التي تلتقط ويشغل الكومة؛ وقيادة آلية تعمل في الوقت الحقيقي.

وتوجد نماذج أولية في المختبرات ويجري اختبارها في الحقول الخاضعة للرقابة، وفي غضون خمس إلى عشر سنوات، يتوقع أن يرى عروضا تجارية لتطبيقات الكيمياء.

ألف - عملية الـ درفين

وستأخذ الاستخبارات الفلكية الآلية إلى المستوى التالي، ويمكن لنماذج التعلم الماكنة التي تم تدريبها على آلاف سجلات قيادة الكويكات أن تتنبأ بأماكن الطاقة المطرقة المثلى لظروف التربة غير المرئية، ويمكنها أن تكتشف أنماطاً خفية في بيانات الاهتزاز تشير إلى رفض الكويكب أو الفشل الوشيك، كما يمكن للمنظمة أن تفضّل ترتيب دفع الكواميس لتقليل تدخلات في نزوح التربة والحد من التحركات الجانبية في أكوالاً.

وقد طور الباحثون في جامعة كامبريدج شبكات عصبية تنبأ بالقدرات على القذف (]]Géotechnique - Machine Learning for Piles). ويعمل الشركاء التجاريون على دمج هذه النماذج في نظم مراقبة الوقت الحقيقي.

شبكة الإنترنت للأمور (IoT) ووصلات الأسطول

وتُعد أجهزة الحفر المتحركة على موقع البناء (IoT) حيث تبلغ كل آلة موقعها ومركزها واحتياجاتها من الصيانة وبيانات الحزم الحالية إلى منصة سحابية مركزية، ويرى مديرو المشاريع لوحة حية من جميع الأكوام التي تم تركيبها، مع درجات عالية من الجودة مرمزة باللون، ويُعلمون مطرقة الصيانة الافتراضية بأنها تحتاج إلى خدمة قبل فشلها، وهذه القدرة على الاتصال تقلل من وقتها وتحسن التنسيق مع مواقع أخرى.

وسيتيح إدماج بيانات قيادة الكويمة مع نماذج BIM كشف الاصطدام وإعداد التقارير الآلية، ويمكن للمختصين الحصول على توأم رقمي من المؤسسة يشمل كل ضربة من كل مطرقة.

التكيف مع البناء المستدام

ويمكن أن يساعد التلقائية على جعل عملية القذف أكثر استدامة، كما أن التحكم في الضبطيات يقلل من الاستخدام المفرط للمواد - لا توجد كميات إضافية من الكويكات مدفوعة دون داع، وانخفاض استهلاك الوقود من عمليات المطرقة المثلى يقلل من انبعاثات الكربون، وتدخل أجهزة الحفر الآلي الكهربائية والمختلطة السوق، ويقلل من العادم الديزل في المواقع الحضرية، ويمكن أن تدعم البيانات المستمدة من المنشآت الآلية تقييمات دورة الحياة بالنسبة لرخص البناء الخضراء مثل السائل المتحركة.

وعلاوة على ذلك، يمكن للنظم الآلية أن تقود بسهولة أكبر كومات في المناطق الحساسة بيئياً عن طريق التقليل إلى أدنى حد من اضطراب الموقع، ومن المرجح أن يؤدي الجمع بين أهداف التشغيل الآلي والبناء الأخضر إلى تسريع الاستثمار.

الاستنتاج: مؤسسة الغد

إن صناعة الوصل في كومة من الوصلات في مرحلة تحول، فالالتقاط الآلي والروبوتات ليست خيالا علميا؛ فهي توزع اليوم على مشاريع في جميع أنحاء العالم، من جسور الطرق السريعة في أوروبا إلى مزارع الريح البحرية في آسيا، ولا بد من تجاهلها، ولا سيما مع تطور التكنولوجيا ومعايير الصناعة.

وفي المستقبل، قد تصبح صمامات السيارات المستقلة تماماً شائعة كما هو الحال اليوم مع الجرافة التي توجهها الشبكة العالمية لتحديد المواقع، ويكتسب المتعاقدون الذين يستثمرون في وقت مبكر من هذه التكنولوجيات مزايا تنافسية، بينما ينتظون المخاطر التي تتخلف في سوق بناء سريعة التكوين، وستكون أسس مدننا المقبلة أقوى وأكثر أماناً وأذكى، وسيقودهم آلات تتعلم وتكيف وتبلغ عن كل تفاصيل عملها.