据前瞻产业研究院的报告预计，从2023年至2028年，我国塔吊行业的产销量年复合增长率将达到9.5%，而租赁市场的规模将达到12%。这预示着塔吊在工程建设中需求越来越大。同时，住建部发布的《建筑产业现代化发展纲要》中明确提出，到2025年，我国装配式建筑占新建建筑比例达到50%以上，在政策的促进下我国装配式建筑会进一步发展，进而带动对大型塔吊的需求。

据中国工程机械工业协会统计，预计到2030年我国塔吊司机的需求将达到250万人以上。但是，随着人口老龄化的加剧，建筑业从业人员将逐步下降；另一方面，塔吊司机作为高危行业，导致大部分年轻人对这种高风险、高强度且工作环境恶劣的工作兴趣较低，从业人数难以满足实际需求，从而导致人力成本的不断上升。

图1  东土智能塔吊工作流程

传统的塔吊操作方式容易受到人为因素的影响，存在一定的安全风险。比如司机可能存在不熟悉作业流程、不遵守操作规范、野蛮施工或冒险蛮干的情况，从而导致塔吊事故时有发生，2023年9月份四川某项目甚至发生了一起塔吊造成的6人死亡、5人重伤的重大安全事故，教训相当惨痛。并且人工操作塔吊作业难以实现路径优化与多塔协同，导致吊装效率低下，工期延长。

随着建筑行业的产业升级，其对安全、效率和环保的要求不断提高，塔吊作为施工现场的重要设备，其智能化需求越来越迫切。

科技发展推动了技术创新，物联网、大数据和人工智能等新技术的发展，为塔吊智能化提供了技术支持，使得塔吊可以实现更高级别的自动化和智能化。

基于以上背景，东土智能塔吊解决方案应运而生。

东土智能塔吊解决方案可应用在多种工况环境中，例如施工现场多塔协作、动态障碍物干扰或极端天气（如低温、强风）影响设备稳定性等复杂的作业环境；需实现吊装路径自动规划、物料精准定位、避障与防碰撞实时响应等精准作业的场合；需涵盖物料识别、吊装决策、执行控制到运维管理的闭环全流程自动化的作业。

 环境模型构建

通过塔机大臂的旋转扫描（特意扫描结合边工作边扫描）获取激光雷达点云数据，摄像头图像，经过点云拼接（SLAM点云匹配）、点云降噪（离群点去除）、点云地面去除、点云聚类（提取障碍物）和障碍物外包围盒处理，形成塔吊工作范围的环境数字化模型，作为自动驾驶过程中的路径规划和自动避障的地图基础。

吊运任务起吊及落钩点定位

通过手持任务调度器完成。手持任务调度器中设计有RTK模块，结合RTK服务提供商的CORS服务，对手持任务调度器进行高精度的定位，定位精度可以达到厘米级。

手持任务调度器获取到自身的定位信息后，在呼叫服务时，携带定位信息给智能塔吊自动驾驶控制器的吊运任务管理系统，利用该定位数据结合环境数字建模地图数据，可以进行吊运任务的安全路径规划。

图2  吊运任务起吊及落钩点定位

安全路径规划

利用建好的塔吊作业环境数字模型（地图），计算出本次吊运起吊-落钩两点与大臂所形成的扇形3D空间中的最高点，在这个最高点之上的安全距离形成的安全运行平面，在该平面中进行变幅和回转的双轴运动控制的路径规划。

动态避障

利用安装在小车下方的激光雷达和摄像头，结合AI算法，对吊钩和吊物进行目标识别，并对吊钩与吊物与周边物体进行动态距离计算，当距离小于设定的安全距离时，采取减速或停止的动作，保证运行安全；增强在吊钩上加装毫米波和超声波雷达，实时地探测吊钩的周边（水平为主）障碍物状况。

东土智能塔吊系统在实际操作使用时可满足多种工艺要求。例如系统开机自检中央控制器、控制信号处理器、网络通信系统和负载传感器、角度传感器和风速传感器的运行可靠性与测量精度；系统根据系统操作员的吊物起吊点、卸料点的信息，通过分析吊钩空间位置实时信息，自动进行最优路径规划和自动避障；

在塔机进行无人驾驶时，如吊钩运行路径上出现障碍物，系统实现自动报警和自动避障；

在手动控制塔机时，如吊钩运行路径上出现障碍物，系统能自动报警、显示障碍距离，并提醒系统操作员采取相应处理措施；

系统操作人员能通过系统的手持任务调度器了解塔机实时运行状态并进行控制操作。

东土智能塔吊解决方案的突出特点有：

产品定位理念从提高安全系数上破局，进而实现少人化无人化；

通过智能传感、视觉识别、定位和路径规划等智能手段与塔机控制相结合方式，实现一定条件下自动控制，进而实现远程自动驾驶，一人（“无人”）多机，多塔机分派任务智能调度工作；

形成了基于共同作用理论的临界高度设计技术、核心筒竖向支撑结构及支护结构一体化创新设计体系等成果，总结出系列有助提升现场施工功效及施工质量的方法，研发出更为精准高效的智能化监控工具及手段，解决上下同步施工的关键性问题，推动了上下同步施工技术的进步与推广应用。

东土智能塔吊解决方案为用户解决了难点问题有：

不需要爬塔：塔吊无人驾驶系统可以通过自动化控制系统进行操作，不需要人工操作员在现场。自动化系统能够根据预设的程序和参数，准确地控制塔机的动作，提高了工作的效率和准确性；

避免沟通造成的失误：主流程不需要人操作，自动驾驶，减少人员操作和环境因素，比如驾驶情况不明、疲劳驾驶、光线不利或信号终端传递信号不明确等导致的风险。

精准速度控制：智能系统通过速度、力矩和重量的限制关系，通过算法自动调速。

群塔防碰撞：系统获取群塔相对位置，提前预测碰撞可能性，智能系统控制减速、停止和反向。

东土智能塔吊解决方案为用户带来了价值提升有：

东土为建筑工地打造实时智能化调度与控制现场机械设备的控制系统，推出了具备自动化无人驾系统的智能塔吊，已在广东、山西、陕西、江苏和湖北等现场真塔得到应用检验；

通过替代传统塔吊的人工操作，节省了对吊装工人的需求，进而减少了工资和相关费用。单台节省30%的人工成本；

精确的吊装和高度的自动化降低了误吊和事故发生的可能性，从而减少了设备损坏和材料浪费，节约了5%施工；通过智能调度和优化的吊装路径，无人塔吊能够加快吊装速度，工程可在更短时间内完成，提升施工效率15%；

无人塔吊能够实时记录作业数据，为后续的施工优化和决策提供依据。