الذكاء الاصطناعي في معدات الإنشاءات: أسلوب جديد للبناء

عادةً، عندما نفكر في معدات البناء والآليات الثقيلة، نتخيل أشخاصًا يشغّلون هذه الآلات القوية يدويًا. لكن مع انتشار الذكاء الاصطناعي، أصبحت كثير من مركبات البناء مؤتمتة للحد من المخاطر وتحسين السلامة وزيادة الكفاءة. وأصبحت المركبات ذاتية القيادة والتحكم عن بُعد أكثر شيوعًا في قطاع البناء.

فعلى سبيل المثال، طورت Volvo مؤخرًا الشاحنة القلابة TA15، وهي مركبة ذاتية القيادة بالكامل صُممت خصيصًا لنقل المواد الثقيلة مثل الرمل والحصى والأنقاض من مواقع البناء وإليها. ووفقًا لوزارة العمل الأمريكية، يحتل قطاع البناء المرتبة الثالثة من حيث معدل الإصابات المميتة. ويمكننا الحد بدرجة كبيرة من هذه الوفيات وتحسين تدابير السلامة من خلال دمج الذكاء الاصطناعي في قطاع البناء. سنستعرض في هذا المقال كيف يعزز الذكاء الاصطناعي معدات البناء بجعلها أذكى وأكثر أمانًا وكفاءة، مع دفع عجلة الابتكار في قطاع البناء.

فهم كيفية دمج الذكاء الاصطناعي في معدات البناء#

قد تتعرض معدات ومركبات البناء للحوادث بسبب بيئات العمل غير المتوقعة والأخطاء البشرية. لكن الأنظمة المدعومة بالذكاء الاصطناعي يمكن أن تساعد الإدارة على معالجة مخاطر مكان العمل بفاعلية والحد من هذه الأخطاء. ويمكن أيضًا استخدام الذكاء الاصطناعي في معدات البناء لتحسين تشغيل المعدات ومراقبة أداء الآلات وأتمتة جداول الصيانة.

إليك نظرة عن كثب على التقنيات الأساسية التي تتيح هذه الابتكارات:

• الرؤية الحاسوبية: تستطيع الآلات تحليل البيانات المرئية في الوقت الفعلي باستخدام نماذج متقدمة مثل Ultralytics YOLOv8، ما يساعد على مراقبة مواقع البناء وتتبع المخزون وضمان ارتداء العمال معدات السلامة وتتبع الحضور عبر التعرف على الوجوه.
• إنترنت الأشياء (IoT): يربط إنترنت الأشياء الأجهزة، ما يتيح لها مشاركة البيانات. وتراقب الأجهزة الذكية القابلة للارتداء صحة العمال، بينما تنبه مستشعرات القرب والسلامة العمال إلى المخاطر وتُخطر الإدارة عندما تحتاج المعدات إلى صيانة.
• التحليلات التنبؤية: تستخدم التحليلات التنبؤية البيانات التاريخية وتعلّم الآلة للتنبؤ بالأحداث المستقبلية، وتحديد المشكلات المحتملة، والمساعدة على تحسين الجداول الزمنية. كما يمكنها التنبؤ بأحوال الطقس للحد من التعطيلات في مواقع العمل.

الشكل 1. استخدام Ultralytics YOLOv8 وتقدير الوضعية لمراقبة العمال.

تطبيقات الرؤية الحاسوبية في الآليات الثقيلة#

تغيّر الرؤية الحاسوبية طريقة تشغيل الآليات الثقيلة في مواقع البناء، إذ توفر حلولًا جديدة ومبتكرة. فلنستعرض بعض التطبيقات الشيقة التي تبرز إمكانات تحليل الصور والفيديو في معدات البناء.

الذكاء الاصطناعي وموازين الشاحنات غير المأهولة#

ميزان الشاحنات هو ميزان يُستخدم لقياس وزن المركبات الثقيلة. وله أهمية بالغة في قطاع البناء لضمان امتثال المركبات لحدود الوزن الآمن أثناء النقل. وتقليديًا، تعتمد هذه العملية على موظف في كشك يسجل يدويًا تفاصيل مثل أوقات دخول المركبات وخروجها وأرقام تسجيلها وأوزان حمولاتها. لكن هذا الأسلوب اليدوي قد يكون بطيئًا ومعرضًا للأخطاء البشرية ويفتقر إلى الشفافية.

يمكن لموازين الشاحنات غير المأهولة أن تساعد على تحسين الدقة وتقليل الأخطاء البشرية وتسريع العملية وتوفير مراقبة وشفافية في الوقت الفعلي لعمليات أكثر أمانًا وكفاءة. وتستخدم هذه الموازين أجهزة مدمجة مع الذكاء الاصطناعي، مثل المستشعرات والكاميرات وشاشات LED والتوجيه الصوتي المؤتمت، لتبسيط العملية بأكملها. وعندما تقترب الشاحنة من نقطة الدخول، تكتشف الكاميرات المزودة بتقنية التعرف التلقائي على لوحات المركبات (ANPR) المركبة وتتحقق من تسجيلها. وإذا كان التسجيل ساريًا، يسمح النظام للمركبة بدخول منصة الوزن.

الشكل 2. ميزان شاحنات غير مأهول.

بعد ذلك، تقيس مستشعرات الوزن أثناء الحركة المدعومة بإنترنت الأشياء وزن الشاحنة أثناء تحركها، وتنبه السائق عند الضرورة إلى التوقف في الموضع الصحيح لضمان دقة الوزن. وتُحلل بيانات الوزن وتُقارن بالحدود المحددة مسبقًا، وإذا كان وزن الشاحنة ضمن تلك الحدود، يُوجَّه السائق إلى بوابة الخروج. وعند المخرج، يعيد نظام ANPR التحقق من المركبة لضمان مطابقتها للمركبة التي دخلت، بينما تراقب الكاميرات المدعومة بالرؤية الحاسوبية العملية بحثًا عن أي مخالفات. وينبه النظام المشرفين ويتخذ الإجراءات التصحيحية المناسبة عند حدوث مشكلات، مثل زيادة وزن الحمولة أو وجود سلوك غير طبيعي من السائق.

مراقبة نعاس السائقين باستخدام الذكاء الاصطناعي#

يُظهر استطلاع أجرته وزارة النقل الأمريكية أن الشاحنات هي أكثر وسائل نقل البضائع شيوعًا. وغالبًا ما يقود سائقو الشاحنات لمسافات طويلة، بما في ذلك الرحلات الليلية. وينطبق ذلك أيضًا على قطاع البناء، حيث تُعد الشاحنات ضرورية لنقل الآليات الثقيلة والمواد بين المواقع، وأحيانًا لمسافات شاسعة. وقد تؤدي القيادة ليلًا إلى الإرهاق وزيادة خطر وقوع الحوادث. وتُظهر الدراسات أن نعاس السائقين يتسبب في 21% من الحوادث المميتة.

لمعالجة هذه المشكلة، يستخدم مصنعو الشاحنات الرؤية الحاسوبية لمراقبة نعاس السائقين. ويمكن استخدام تقنيات الرؤية الحاسوبية، مثل التعرف على الوجوه وتقدير الوضعية واكتشاف الكائنات، لمراقبة حركة عيني السائق وموضع رأسه وتعابير وجهه. فعلى سبيل المثال، إذا انطبقت جفونا السائق بما يتجاوز نطاقًا محددًا، يستطيع النظام اكتشاف ذلك وإطلاق إنذار لتنبيهه. وتُستخدم أنظمة اكتشاف نعاس السائقين على نطاق واسع في شاحنات Tata وغيرها من شركات صناعة السيارات.

الشكل 3. مراقبة نعاس السائق باستخدام الرؤية الحاسوبية.

مركبات البناء ذاتية القيادة والذكاء الاصطناعي#

قد تكون ظروف العمل في مواقع البناء قاسية، ولا سيما في درجات الحرارة القصوى. فعلى سبيل المثال، يواجه العمال في مواقع الحفر غالبًا حرارة شديدة تؤثر في قدرتهم على العمل بكفاءة، وتتطلب استراحات متكررة لشرب الماء والراحة. وللحد من فترات التوقف في هذه الظروف، يطور الباحثون مركبات بناء ذاتية القيادة مثل الجرافات والرافعات.

تُجهز هذه الآلات ذاتية القيادة بكاميرات عالية الدقة وتقنية الرؤية الحاسوبية التي تحلل التضاريس وتقيّم عوامل مثل الانحدار والتربة الرخوة والمناطق غير المستوية. وتستخدم اكتشاف الكائنات للتعرف على الأشخاص والمعدات، ما يعزز السلامة بإيقافها تلقائيًا عند اكتشاف عائق. وقد طور باحثون من جامعة هواتشونغ للعلوم والتكنولوجيا (HUST)، بالتعاون مع Shantui، مؤخرًا جرافة ذاتية القيادة يمكنها العمل في درجات حرارة قصوى تصل إلى -10°C.

الشكل 4. مثال على جرافة ذاتية القيادة (المصدر: constructionworld.in).

تحسين استهلاك الوقود في الآليات الثقيلة#

يُعد تحسين استهلاك الوقود أمرًا حيويًا لشركات الإنشاءات، لكن تطبيق ممارسات كفاءة استهلاك الوقود قد يكون صعبًا. ومع تقلب أسعار الوقود وتشغيل سائقين متعددين لمركبات الإنشاءات، تصبح إدارة استهلاك الوقود يدويًا أمرًا معقدًا. ويمكن استخدام أنظمة إدارة الوقود المدعومة بالذكاء الاصطناعي لتحسين العملية وخفض استهلاك الوقود.

تُدرَّب أنظمة إدارة الوقود المدعومة بالذكاء الاصطناعي هذه على مجموعات بيانات ضخمة لتحسين استخدام الوقود، وذلك من خلال إنشاء خيارات متعددة للمسارات والتوصية بالمسار الأكثر كفاءة في استهلاك الوقود. كما يمكن دمجها مع وحدة التحكم في محرك المركبة (ECU) لتقديم توصيات فورية بشأن تبديل التروس. ومن خلال اتباع هذه التوصيات المدعومة بالذكاء الاصطناعي، يمكن تحسين أنماط قيادة السائقين المختلفين، ما يؤدي إلى زيادة كفاءة استهلاك الوقود.

الشكل 5. تزويد شاحنة بالوقود.

مزايا الذكاء الاصطناعي وعيوبه في معدات الإنشاءات#

توفر معدات الإنشاءات المدمجة بالذكاء الاصطناعي مجموعة من المزايا، بدءًا من اتخاذ القرارات القائمة على البيانات ووصولًا إلى المراقبة الفورية. إليك بعض الفوائد الرئيسية:

• إطالة عمر المعدات: تزيد المراقبة المنتظمة والصيانة في الوقت المناسب من عمر الآلات.
• تقليل فترات التوقف: تقلل العمليات المؤتمتة والصيانة التنبؤية من فترات توقف المعدات.
• تحسين اتخاذ القرارات: توفر رؤى مستندة إلى البيانات، ما يتيح إدارة الموارد والعمليات بذكاء أكبر.

ومع ذلك، رغم تزايد اعتماد الذكاء الاصطناعي في الإنشاءات، لا تزال هناك بعض التحديات التي ينبغي أخذها في الحسبان:

• ارتفاع الاستثمار الأولي: رغم أن الذكاء الاصطناعي قد يحقق وفورات على المدى الطويل، فإن تكلفة تطبيق هذه الأنظمة الأولية كبيرة، وقد تشكل عائقًا أمام الشركات الأصغر.
• مخاوف الخصوصية: نظرًا إلى اعتماد الذكاء الاصطناعي بدرجة كبيرة على البيانات، فمن الضروري ضمان تخزين هذه المعلومات وحمايتها بأمان لتجنب الوصول غير المصرح به.
• العمالة الماهرة: يتطلب دمج الذكاء الاصطناعي في معدات الإنشاءات تدريبًا متخصصًا، وقد يشكل تعليم العاملين كيفية استخدام هذه التقنيات تحديًا كبيرًا، لا سيما في ظل جداول العمل المكثفة.

أثر مركبات الإنشاءات المدعومة بالذكاء الاصطناعي#

تتبنى صناعة الإنشاءات الذكاء الاصطناعي بسرعة، وتقود شركات مثل Caterpillar وDaimler هذا التوجه من خلال تطوير شاحنات ذاتية القيادة. في عام 2019، كشفت Daimler عن نموذج أولي عامل لشاحنتها ذاتية القيادة، ومن المتوقع طرحه في السوق بحلول عام 2027. وتُسهم شاحنة النقل ذاتية القيادة 797F من Caterpillar بالفعل في زيادة كفاءة عمليات التعدين. وتستخدم شركات كبرى مثل BHP Group وRio Tinto وBarrick Gold شاحنة 797F على مدار الساعة، مع الإبلاغ عن عدم وقوع إصابات في مكان العمل. وبالمثل، تزعم TuSimple، وهي شركة صينية للشاحنات ذاتية القيادة، أن شاحناتها أكثر كفاءة في استهلاك الوقود بنسبة 11% من الشاحنات التي يقودها السائقون يدويًا. وفي يونيو 2023، أكملت TuSimple بنجاح رحلة لمسافة 39 ميلًا دون سائق على طريق عام مفتوح في الصين.

مع استمرار الشاحنات ذاتية القيادة في إحداث أثر إيجابي في صناعة الإنشاءات، يُتوقع أن ينمو السوق بمعدل نمو سنوي مركب (CAGR) يبلغ 10%. ومع تحسّن السلامة وكفاءة استهلاك الوقود بفضل معدات الإنشاءات المدعومة بالذكاء الاصطناعي، تتجه الشركات نحو بيئات عمل أكثر أمانًا واستدامة.

آفاق الذكاء الاصطناعي في مركبات الإنشاءات#

يُحدث الذكاء الاصطناعي تحولًا كبيرًا في صناعة الإنشاءات، ويجعل الآلات الثقيلة أكثر ذكاءً وأمانًا وكفاءة. فمن المركبات ذاتية القيادة إلى أنظمة الذكاء الاصطناعي التي تحسّن استهلاك الوقود وتراقب مواقع الإنشاءات في الوقت الفعلي، تساعد هذه التقنيات على تقليل الأخطاء وتوفير المال. ورغم وجود تحديات، مثل تكلفة تطبيق الذكاء الاصطناعي وتدريب العاملين، فإن فوائده كبيرة. ومع دفع الذكاء الاصطناعي عجلة الابتكار، يُتوقع أن يكون مستقبل الإنشاءات أكثر إنتاجية واستدامة وابتكارًا من أي وقت مضى.

هل يثير الذكاء الاصطناعي فضولك؟ تفقّد مستودع GitHub، وانضم إلى مجتمعنا للتواصل مع المهتمين بالتقنية. تعرّف على المزيد حول تطبيقات الذكاء الاصطناعي في مجالات مثل القيادة الذاتية والتصنيع.