En la obra de la nueva línea de la autopista Rongwu en Hebei, China, las flotas de rodillos no tripulados planifican automáticamente las rutas de compactación según parámetros preestablecidos para completar la compactación de la base y la superficie de la carretera. Este conjunto de soluciones técnicas de construcción inteligente para todo el ciclo de vida de autopistas, desarrollado conjuntamente por la Universidad de Tsinghua, la Universidad de Tianjin y la Universidad de Tecnología de Hebei, integra sensores de Internet de las Cosas, posicionamiento por satélite, algoritmos de inteligencia artificial y tecnologías avanzadas de inspección. Logra una cobertura de trayectoria de compactación del 100 % y una mejora del 50 % en la uniformidad. Ya se ha aplicado en la construcción inteligente y el mantenimiento de más de 20 carreteras en la región de Pekín-Tianjín-Hebei, ahorrando decenas de millones de yuanes en costos. Recientemente, este logro fue reportado en profundidad por medios como el Beijing Youth Daily, marcando el inicio oficial de la infraestructura de transporte de China en una nueva etapa de "no tripulación, digitalización e inteligencia".

Tres grandes "obstáculos" de la construcción tradicional

Como arteria principal de la infraestructura de transporte, la calidad de construcción de las autopistas afecta directamente la seguridad de viaje de miles de millones de personas y el desarrollo económico. Sin embargo, la construcción tradicional enfrenta tres problemas principales:

Control no inteligente durante la construcción: Dependencia excesiva de la operación manual de maquinaria, condiciones de trabajo duras y propensión a errores como compactación insuficiente o deficiente;

Inspección imprecisa durante la aceptación: El muestreo tradicional con núcleos es destructivo y solo refleja indicadores de puntos aislados, con una representatividad gravemente insuficiente;

Evaluación inadecuada durante el servicio: Falta de métodos eficientes de evaluación dinámica para la evolución del rendimiento a largo plazo y los riesgos potenciales de la carretera.

El profesor Wang Rui de la Universidad de Tsinghua admitió: "Originalmente, ninguno de nosotros tres provenía del campo de la inteligencia artificial". Fue precisamente este coraje interdisciplinario para enfrentar desafíos lo que llevó al equipo a incursionar en la IA desde la ingeniería geotécnica y la construcción inteligente, superando paso a paso tecnologías clave completas que van desde la coordinación autónoma de una sola máquina a nivel básico, el seguimiento de trayectoria de alta precisión, hasta la gestión de operaciones coordinadas no tripuladas de flotas, la inspección inteligente de calidad de ingeniería, la gestión en plataforma en la nube y las estrategias de seguridad del sistema.

Cuatro pasos en ciclo cerrado para iniciar la "fabricación inteligente con máquinas"

Para abordar estos problemas, los equipos de las tres regiones desarrollaron un sistema técnico de construcción inteligente para todo el ciclo de vida que cubre las etapas de construcción, aceptación y servicio, formando un ciclo inteligente completo de "percepción-análisis-decisión-ejecución", dotando a la autopista de un "cerebro inteligente" desde su "nacimiento" hasta su "servicio".

Etapa de construcción: "Percepción inteligente": Dotar a los rodillos de un "cerebro"

Durante la etapa de construcción, el equipo estableció un sistema de percepción inteligente de la calidad de construcción de autopistas, instalando sensores de vibración, temperatura y cámaras en la maquinaria de compactación, y utilizando algoritmos de inteligencia artificial generativa para evaluar la calidad de la compactación. "Este rodillo no tripulado necesita tener su propio 'cerebro'; la maquinaria autónoma puede planificar de forma independiente la ruta de compactación y ajustar los parámetros de construcción en tiempo real, sin intervención humana", explicó Wang Rui.

En la verificación práctica, la compactación evaluada inicialmente mediante el modelo algorítmico fue del 93,8 %, mientras que la medición posterior con el método de arena fue del 94 %, con un error mínimo, lo que demuestra la alta fiabilidad de la evaluación por IA. En comparación con la construcción manual tradicional, esta tecnología logra una cobertura de trayectoria de compactación del 100 %, mejora la uniformidad de la compactación en un 50 % y elimina por completo los fenómenos de compactación insuficiente o deficiente.

Etapa de aceptación: "Inspección no destructiva": El vehículo de inspección "ve de un vistazo"

Durante la etapa de aceptación, el equipo desarrolló vehículos de inspección. Estos vehículos pueden completar la inspección de calidad de construcción utilizando datos multimodales como señales de vibración e imágenes en tiempo real. "Conducir el vehículo de inspección a lo largo de la carretera construida permite ver de un vistazo dónde no se ha alcanzado la densidad requerida". Este método de inspección no destructivo no solo mejora la eficiencia de la aceptación, sino que también permite un control de calidad integral.

Etapa de servicio: "Inspección continua": Impulsada por datos físicos y digitales

Durante la etapa de servicio, el equipo integró datos de monitoreo satelital con datos de reconocimiento de imágenes de los vehículos de inspección para establecer un modelo de identificación y evaluación inteligente impulsado por datos físicos y digitales, capaz de detectar peligros en la carretera de manera oportuna. Con este sistema, los administradores de carreteras pueden conocer en tiempo real los cambios en el estado estructural de la superficie, haciendo posible "detectar enfermedades potenciales antes de que ocurran".

Mecanismo de colaboración: Investigación unificada en Pekín-Tianjín-Hebei

El avance técnico de este proyecto proviene del mecanismo de innovación colaborativa en el campo de la investigación básica entre las tres regiones de Pekín, Tianjín y Hebei. Durante el período del "XIV Plan Quinquenal", el programa especial de cooperación de la Fundación de Ciencias Naturales de Pekín-Tianjín-Hebei invirtió 108 millones de yuanes, financió 180 proyectos de cooperación y promovió una estrecha colaboración entre más de 540 equipos de investigación. Este proyecto se basa precisamente en esta financiación especial, con la colaboración del profesor Wang Rui de la Universidad de Tsinghua, el profesor Zhou Haizuo de la Universidad de Tianjin y la profesora Wang Xuefei de la Universidad de Tecnología de Hebei, aprovechando sus respectivas ventajas en ingeniería geotécnica y construcción inteligente para superar juntos el "último kilómetro" desde la investigación básica hasta la aplicación industrial.

La Universidad de Tecnología de Hebei proporcionó aproximadamente 2000 metros cuadrados de espacio experimental. "En el campo experimental, exploramos paso a paso la digitalización inteligente y el desarrollo no tripulado, tanto en hardware como en software", explicó Wang Xuefei. El equipo de Zhou Haizuo proporcionó apoyo con equipos de monitoreo a largo plazo. La complementariedad de recursos entre las tres regiones redujo los costos de inversión de cada equipo individual.

La "respuesta contundente" de más de 20 autopistas

Este plan técnico de colaboración "laboratorio-línea de obra" se ha aplicado con éxito en la construcción inteligente y el mantenimiento de más de 20 carreteras en la región de Pekín-Tianjín-Hebei, incluyendo las autopistas Jingjintang, Tangcheng, Rongwu, Jincang, Yanchong de Pekín y Miguan, formando una plataforma de gestión de macrodatos de red de carreteras que abarca las tres regiones.

En la construcción de la nueva línea de la autopista Rongwu, se utilizó tecnología de pavimentación inteligente en toda la línea, ahorrando decenas de millones de yuanes en costos durante la construcción y más de decenas de millones de yuanes en costos de operación y mantenimiento durante la operación. El equipo implementó una transformación de construcción inteligente de todo el proceso, desde la capa base estabilizada con cemento hasta la capa superficial, en un tramo de demostración cerca de la salida de Dawanggu de la autopista Jingjintang.

La mayor ventaja de la construcción inteligente de carreteras es la estabilidad y la uniformidad. El equipo de investigación realizó pruebas comparativas en el campo experimental, mostrando dos conjuntos de datos de trayectoria a expertos sin revelar cuál era de construcción manual y cuál de construcción no tripulada. "Todos podían distinguirlo de un vistazo". La trayectoria de los rodillos operados manualmente era sinuosa y la velocidad variable; mientras que la trayectoria de los rodillos no tripulados era estable, con alta cobertura y datos de compactación más uniformes.

Los trabajadores de construcción pueden escanear un código QR con su teléfono móvil para ver en tiempo real la posición de cada rodillo, el número de pasadas y los datos de calidad de compactación, logrando una gestión visual de todo el proceso en el sitio de construcción.

De la "colaboración hombre-máquina" a la "fabricación inteligente con máquinas"

Las amplias perspectivas de aplicación de este plan técnico son alentadoras:

"Actualización digital e inteligente" de la nueva construcción y mantenimiento de autopistas en todo el país

Actualmente, múltiples proyectos importantes, como la ampliación y renovación de la autopista Shanmei en Guangdong y la autopista Xingang de Wuhan en Hubei, ya han adoptado tecnología de pavimentación no tripulada a gran escala. Con la promoción de soluciones de construcción inteligente en todo el país, la construcción de autopistas pasará de la "estrategia de mano de obra intensiva" a una nueva etapa de "fabricación inteligente con máquinas" centrada en alta precisión, alta eficiencia y alta calidad.

"Sustitución no tripulada" en entornos extremos de gran altitud y frío intenso

En grandes proyectos en áreas con condiciones adversas como gran altitud y frío intenso, la construcción tradicional enfrenta desafíos severos como la hipoxia y el frío extremo. La construcción inteligente puede superar estas dificultades. Las flotas de rodillos no tripulados pueden operar de forma autónoma en entornos extremos, eliminando por completo la restricción de "limitaciones para el trabajo manual".

Nuevo paradigma de gestión del ciclo de vida completo

Este plan no solo es efectivo durante la etapa de construcción, sino que también continúa desempeñando un papel en las etapas de aceptación y servicio, transformando el mantenimiento de carreteras de una respuesta pasiva a una alerta temprana activa. En el futuro, el control de la trayectoria de compactación de flotas integrado con el posicionamiento de alta precisión de BeiDou puede controlar la precisión dentro de 2-3 cm, reduciendo los costos de mano de obra en aplicaciones a gran escala en un 62 %. Combinado con tecnologías como la planificación de rutas, algoritmos de IA y gestión de riesgos, los beneficios serán extremadamente considerables.

Nuevo referente en equipos de construcción inteligente

Combinado con los avances recientes en la construcción inteligente de autopistas en varias regiones del país, incluido el premio provincial de progreso científico y tecnológico por la tecnología de pavimentación no tripulada en Fujian y el inicio de la construcción con flotas de drones en toda la línea de la autopista Dongxing en Jiangsu, los equipos de construcción inteligente se están convirtiendo en una fuerza central para remodelar el panorama competitivo de la industria. Este plan de construcción inteligente para todo el ciclo de vida, centrado en el equipo de Wang Rui, tiene el potencial de convertirse en el "referente chino" para la actualización inteligente de la infraestructura de transporte.