مستقبل مركبات التشييد المستقلة في مشاريع الارتفاعات العالية

مقدمة

ويستمر السكان الحضريون في الارتفاع، والطلب على المباني الأطول، والكثافة التي تزيد إلى أقصى حد من الأراضي المحدودة، ويطرح البناء العالي تحديات فريدة: أماكن العمل المحصورة في المرتفعات القصوى، والسوقيات المعقدة للمواد والأفراد، ومتطلبات السلامة الصارمة، وأجهزة البناء المستقلة ذاتيا التي تعمل بأقل قدر من التدخل البشري أو بدونه باستخدام أجهزة الاستشعار، ونظام تحديد المواقع، والاستخبارات الصناعية التي تنشأ بسرعة كحل تحويلي.

رسوم مركبات التشييد المستقلة

تعزيز السلامة

فالتشييد هو أحد أخطر الصناعات، إذ أن المشاريع العالية المخاطر تنطوي على مخاطر من الشلالات والآلات الثقيلة والهيكل التصادمي، وتعالج المركبات المستقلة هذه المخاطر مباشرة عن طريق الحد من تعرض الإنسان للبيئات الخطرة، وتبقي الجرافات التي لا تحمل دوافعها، والمشروبات، والرافعات في مناطق شديدة الخطورة، مثل حواف الهوامش الطويلة أو قرب نظم القضاء على التربة التي لا يمكن التنبؤ بها، مع وجود عقبات أمام الاختراق الفعلي(أ).

زيادة الكفاءة

وعلى عكس العاملين في مجال تشغيل المواد البشرية، فإن الآلات المستقلة لا تتطلب راحة أو تغييرات في مسارها، ويمكنها العمل على مدار الساعة، مما يضغط بشدة على جداول المشاريع، وعلى سبيل المثال، يمكن لأسطول شاحنات النفايات المستقلة أن يحرك المواد المستخرجة على مدار الساعة، بينما تقوم المضخات الخرسانية التي تعمل على توجيه التدفق بالسماء بإنتاج صمامات دقيقة دون انقطاع، وهذه العملية المستمرة قيمة خاصة بالنسبة للمشاريع ذات النطاق العالي التي يحفظ فيها كل يوم من الجدول الزمني الأمثل للأموال.

الدقة والجودة

كما أن المباني المرتفعة التي تتطلب تسامحاً - خطأ في عدد قليل من سنتيمترات في الطابق السفلي يمكن أن تتحول إلى أخطاء هيكلية خطيرة، وعشرات من القصص أعلاه، وتزيد المركبات ذات المستوى الذاتي من القدرة على تطبيق نظام تحديد المواقع العالية الدقة (وتكون أحياناً ذات دقة عالية)، ووحدات قياس غير دقيقة، ومستشعرات متعددة لوضع أحزمة فولاذية، وأشكال محددة، وأسور مائل مثبتة ذات اتساق ملحوظ.

الوفورات في التكاليف

وفي حين أن المركبات المستقلة تتطلب استثمارات كبيرة في البداية، فإن الفوائد الطويلة الأجل من التكاليف باهظة، كما أن انخفاض نفقات العمل - سواء في عدد العمال اللازمين أو في الأجر الإضافي الفوري أو الكبير، وانخفاض عدد الحوادث التي تقل فيها أقساط التأمين والمطالبات بالتعويض عن العمال، وتقلل تكاليف المشروع التمويلي وتسمح باشغاله أو بيعه في وقت سابق، وعلاوة على ذلك، فإن النظم المستقلة تقلل من النفايات المادية عن طريق التشغيل الدقيق: انخفاض التكاليف المتعلقة بالاستخدامات، وانخفاض عدد المتحقق من مجموع تكاليف المشروعات، وانخفاض عدد المتحقق من ذلك.

الاستدامة والحد من الأثر البيئي

كما تساهم مركبات البناء المستقلة في ممارسات البناء المراعي للبيئة، كما أن الآليات المستقلة ذاتياً للكهرباء والمختلطة شائعة بشكل متزايد، مما يقلل من الانبعاثات في مواقع العمل الحضرية، ويقلل من استهلاك الوقود في الوقت الذي تخفض فيه المناولة المادية الدقيقة للنفايات، كما أن النظم المستقلة يمكن أن تيسر أيضاً عناصر البناء المجمّعة التي تقلل من الضجيج والغبار والحركة، وبالنسبة للمشاريع ذات المستويات العالية من الفوائد التنظيمية في المدن الكثيفة.

التكنولوجيات والابتكارات الحالية

الاستخبارات الفنية والتعلم الآتي

فالآي هي العقل الذي خلف مركبات البناء المستقلة، إذ أن بيانات عملية الخوارزميات التعليمية الماكنة من آلاف أجهزة الاستشعار للتعرف على الأنماط واتخاذ القرارات والتكيف مع الظروف الجديدة، مثلاً، يتعلم أحد الحفر المستقل أنجع نمط حفري لنوع معين من أنواع التربة، ويعدل نهجه مع تغير الظروف، وتحدد نظم الرؤية الحاسوبية العمال والعقبات والعناصر الهيكلية، مما يتيح الملاحة الآمنة.

نظم الاستشعار: ليدار، رادار، كاميرا

وتعتمد المركبات المستقلة على مجموعة من أجهزة الاستشعار لادراك محيطها، وتضع " ليدار " (الكشف عن الطول والارتشاء) خرائط مفصلة للموقع ذات الأبعاد الثلاثة للتحليق والتبصير، وهي تشكل أداء قويا في الغبار أو الضباب أو في ظروف ضيقة من حيث الضبط، وتدعم أجهزة التصوير ذات الاستبانة العالية مهام التعبئة من قبيل إشارات القراءة، وتحديد العمال، وفحصهم.

مركبة إلى كل مركبة (V2X)

ولكي تعمل الأساطيل المستقلة في وئام، فإنها تحتاج إلى التواصل مع بعضها البعض، وكذلك مع الهياكل الأساسية للمواقع والعمال البشريين، وتتيح تكنولوجيا V2X تبادل البيانات في الوقت الحقيقي على الاتصالات القصيرة المدى المكرَّسة أو الشبكات الخلوية (C-V2X) ويمكن للشاحنات الخرسانية أن تنسق مع مضخة مستقلة لضمان استمرار تدفقها، ويمكن للمكثفات أن تحذر الجرافات من المناطق التي تعمل فيها.

نظم كراين وسرقة مستقلة

وتتجه مرافئ البرج إلى العمود الفقري للتشييد العالي، وتتقدم آليتها بسرعة، ويمكن برمجة الرافعات المستقلة لرفعها وتعبئة مواقعها استناداً إلى بيانات شركة BIM، مع رصد أجهزة الاستشعار على متن السفن للشحنات، وسرعة الرياح، والإجهاد الهيكلي، بل يمكن لبعض النظم أن تؤدي مواد متحركة أعمى إلى طابقين لا يظهران بعد أمام المشغلين، وذلك بالاعتماد على توجيهات دقيقة بشأن التعبئة الذاتية.

النقل المادي واللوجستي

إن نقل أطنان من الصلب والخرسانة وغيرها من المواد إلى السماء يشكل تحديا لوجستيا، إذ أن الناقلين للمواد ذات العجلات والمتعقبين على حد سواء كانوا يتنقلون في مناطق التسليم والمصاعد (أو المهوسون) وأحواض تحميلها على حد أدنى من التدخل البشري، وبعض النماذج تستخدم رموزا ذاتية الارتفاع أو بطاقات السحب من أجل تحديد الحمولات وتسليطها تلقائيا إلى الطابق الصحيح.

التحديات والنظر في المسألة

الأطر التنظيمية والقانونية

وتقييد اعتماد مركبات البناء المستقلة باللوائح التي تختلف اختلافا كبيرا حسب الولاية القضائية، إذ يفتقر العديد من البلدان إلى قواعد واضحة للأجهزة المستقلة في الطرق العامة أو بالقرب من العمال، وعلى سبيل المثال، فإن نقل شاحنات النفايات ذاتية الدفع بين أحد المحجرات وموقع مرتفع يتطلب نقل قوانين المرور المحلية التي كانت مكتوبة لسائقي البشر، ولا تزال المسؤولية في حالة وقوع حادث ما تشكل منطقة رمادية: هل يقوم المصنع أو مدير الموقع أو البرنامج الحاسوبي بوضع معايير للبناء؟

السلامة والاعتماد في البيئات الدينامية

فمواقع البناء غير منظمة ولا يمكن التنبؤ بها، فخلافا لطابق المصنع، فإن مشروع كبير يغيّر باستمرار المخططات، والظروف الجوية، والأفراد، ويجب أن تواكب النظم المستقلة الطين، والثلج، والحطام، والهياكل المؤقتة التي قد لا تظهر على أي خريطة رقمية، كما أن عدم وجود تصورات الاستشعار أو صنع القرار يمكن أن تترتب عليه آثار كارثية.

متطلبات الهياكل الأساسية

وتعتمد المركبات المستقلة على الربط الشبكي والكهرباء والهياكل الأساسية المادية الموثوقة، وكثيرا ما تكون للمواقع المرتفعة تغطية محدودة من الخلايا، لا سيما على المستويات الدنيا حيث توجد إشارات عالية من الصلب والخرسانة، ويجب تركيب شبكات مستقلة ذاتيا أو ذاتية، مما يزيد من التكلفة والتعقيد، وقد لا يمكن الاعتماد على النظام العالمي لتحديد المواقع في المناطق الحضرية، وبالتالي قد تحتاج المركبات إلى هياكل أساسية إضافية للتبني المحلي، مثل محطات البث ذات المقاييس أو المحركات الأرضية.

التكيف والتدريب في مجال القوة العاملة

فالمركبات المستقلة لن تلغي الحاجة إلى عمال البناء المهرة، ولكنها ستغير أدوار العمل، وأصبح العاملون مديرين للأسطول؛ وأصبح العمال منسقين للتكنولوجيا، ومن الضروري أن يرتفع مستوى المهارات وإعادة المهارات، ويجب على العمال فهم كيفية رصد النظم المستقلة، والتدخل بأمان عند الحاجة، والمحافظة على المعدات المتطورة، كما أن شراء العمال وإقامة الشراكات التدريبية بين المصنعين والمدارس التجارية أمران بالغا الأهمية، ويمكن أن يؤدي رد فعل التغيير إلى إبطاء عملية التبني، لا سيما في ثقافات البناء التقليدية.

الشواغل المتعلقة بالأمن السيبرى

:: إنشاء أجهزة بناء للشبكات، مما يؤدي إلى ظهور ناقلات هجومية جديدة، ويمكن للجهات الفاعلة في ماليشية أن تختطف نظريا رافعة مستقلة، أو تغير طرق المواد، أو تعطيل نظام التنسيق، مما قد يتسبب في حدوث أضرار مادية أو إصابات أو تأخيرات في المشاريع، ويجب أن يُبنى الأمن السيبرى في تصميم نظم مستقلة من الأرض، مع وضع معايير للتشفير والتوثيق، كما أن هناك حاجة إلى إجراء مراجعة أمنية منتظمة، وإلى تحسين استقلالية.

التوقعات المستقبلية

مواقع التشييد المستقلة

وفي العقد القادم، يمكننا أن نتوقع أن نرى أول مشاريع عالية المستوى تبنى بالكامل تقريبا آلية مستقلة، ومن المرجح أن يكون المتبنون المبكرون في مناطق ذات تكاليف عمالية مرتفعة، ولوائح أمان قوية، وهياكل أساسية رقمية متقدمة، مثل سنغافورة واليابان وأجزاء من أوروبا، وفي الولايات المتحدة، فإن المشاريع في كاليفورنيا وتكساس ستختبر بالفعل مركبات مستقلة في مؤسسات ذاتية عالية، والرؤية النهائية هي موقع يتم فيه تنسيق المواد والمعدات والبشر بمنطقة مركزية.

التكامل مع مبادرة " بيم " و " التوأم الرقمي "

إن مركبات البناء المستقلة ذاتيا هي أقوى من غيرها عندما تكون مرتبطة ارتباطاً وثيقاً بالنموذج الرقمي للمبنى، حيث أن نموذج المعلومات البناءية يوفر مخططاً مفصلاً من ثلاثة دال يمكن أن تنفذه آلات مستقلة مباشرة، ويمكن للوقود الرقمية - التكرارات الافتراضية من الموقع - ترجيح النظام المركزي لمقارنة التقدم الفعلي بالخطة، وتعديل مسارات العمل على الفور، مثلاً، إذا ما تأخر وقت التبني الرقمي.

التنمية الحضرية المستدامة

ومع تسارع وتيرة التحضر، يجب أن تبنى المدن بسرعة وعلى نحو مستدام، ويمكن لمركبات البناء المستقلة أن تساعد على تحقيق الأهداف المناخية عن طريق خفض الانبعاثات والنفايات والازدحام وقدرتها على العمل في الليل، مع انخفاض الضوضاء وعدم وجود انبعاثات ذاتية (إذا كانت كهربائية)، مما يجعلها مثالية لتهيئة الظروف الحضرية الكثيفة، كما أنها تيسر بناء المباني الخضراء التي تسمح بتشديد المظاريف، وتحسن عملية التبنّي المواد، وذلك بفضل سرعة التبنّيّيّن.

الجدول الزمني والتبني

ومن المتوقع أن يتسارع الاعتماد الكلي لمركبات البناء المستقلة في المشاريع العالية المستوى في أواخر عام 2020، وأن يصبح مندمجاً في عام 2030، ومن أهمها إطلاق شهادات موحدة للسلامة، وانخفاض تكاليف الاستشعار، وإتاحة وصلة ميسورة لخمسة جي في مواقع البناء، مع أن المعتمدين المبكرين سيكتسبون مزايا تنافسية، ولكن الاستخدام الواسع النطاق يتطلب التغلب على التحديات المبينة أعلاه.

خاتمة

إن إدماج مركبات البناء المستقلة في المشاريع ذات النشوة العالية يمثل قفزة كبيرة إلى الأمام بالنسبة لصناعة البناء، ومن خلال تعزيز السلامة والكفاءة والدقيق والاستدامة، تعالج هذه الآلات أكثر التحديات إلحاحا في التنمية الحضرية الرأسية، وفي حين أن العقبات ما زالت قائمة على التنظيم والتقني والثقافة - التقدم المحرز في مجال الصناعة التحويلية والمجسِّسات والوصلات تجعل من الضروري مواصلة الاستثمار والنشر في العالم أضيق نطاقاً، ومع تزايد عدد المصانع الخضراء في المستقبل.