飛天有神舟，潛海有蛟龍，追風(fēng)有高鐵，入地有盾構(gòu)。盾構(gòu)機(jī)作為建設(shè)隧道的“掘進(jìn)神器”，猶如在黑暗中開車，復(fù)雜的環(huán)境讓它步履維艱，面臨施工風(fēng)險(xiǎn)、質(zhì)量、效率等多方面隱患。而如今，重達(dá)上千噸的盾構(gòu)機(jī)將有望通過“人工智能”，自動(dòng)挖掘出一條條地鐵、公路隧道。

近日，上海市科委重點(diǎn)扶持項(xiàng)目《遠(yuǎn)程控制的自動(dòng)掘進(jìn)智能盾構(gòu)研發(fā)》通過了朱合華院士領(lǐng)銜的專家組的綜合績效評(píng)價(jià)，研究成果總體達(dá)到國際領(lǐng)先水平，意味著盾構(gòu)施工新一輪技術(shù)革命拉開序幕，逐步邁入盾構(gòu)隧道“智造”新時(shí)代。

“智慧”良方重塑行業(yè)格局

目前，盾構(gòu)法隧道建造技術(shù)取得了長足發(fā)展，已形成了一套全面的技術(shù)體系，積累了不少經(jīng)驗(yàn)。但管理方法還是較為傳統(tǒng)，人為因素影響大，工程風(fēng)險(xiǎn)與質(zhì)量隱患依然較大。

近年來，新一代信息技術(shù)的進(jìn)步為盾構(gòu)法隧道建造向數(shù)字化、智能化方向發(fā)展提供了“加速度”，國家和地方政府也出臺(tái)了多項(xiàng)政策推動(dòng)建造產(chǎn)業(yè)體系智能化升級(jí)。在上海市科委的支持下，上海隧道工程有限公司聯(lián)合上海大學(xué)、上海航天衛(wèi)星應(yīng)用有限公司等單位，開展了《遠(yuǎn)程控制的自動(dòng)掘進(jìn)智能盾構(gòu)研發(fā)》的科技攻關(guān)。

作為中國盾構(gòu)法隧道的先行者——上海隧道憑借半個(gè)多世紀(jì)的工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)和海量數(shù)據(jù)積累，在研發(fā)應(yīng)用“超級(jí)大腦——盾構(gòu)管控系統(tǒng)平臺(tái)”的基礎(chǔ)上，率先在行業(yè)內(nèi)制造了首臺(tái)智能盾構(gòu)。該盾構(gòu)可以在精準(zhǔn)感知施工信息的基礎(chǔ)上，快速判斷自身狀態(tài)并認(rèn)知周邊環(huán)境，自動(dòng)對(duì)盾構(gòu)機(jī)發(fā)出指令，實(shí)現(xiàn)地下工程更適應(yīng)、更快速、更安全的智慧化無人掘進(jìn)！

“核芯”控制啟航智能盾構(gòu)

技術(shù)轉(zhuǎn)型升級(jí)是行業(yè)發(fā)展的源動(dòng)力。面向盾構(gòu)自動(dòng)化、智能化的發(fā)展需求，一直致力于技術(shù)創(chuàng)新的上海隧道清晰感知行業(yè)變革觸角，在從“質(zhì)”變到“智”變的過程中，走出了一條屬于自己的智能盾構(gòu)之路。從“知識(shí)”驅(qū)動(dòng)到“知識(shí) 管理”驅(qū)動(dòng)，再轉(zhuǎn)型為“知識(shí) 數(shù)據(jù)”雙驅(qū)動(dòng)，有互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、5G 網(wǎng)絡(luò)等新一代信息技術(shù)的催生因素，更有公司多年來的科研思考和技術(shù)沉淀。

1992年，開發(fā)“知識(shí)”驅(qū)動(dòng)的“盾構(gòu)法隧道施工專家系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)穿越敏感建筑物的安全性預(yù)測。

2003年，開發(fā)“知識(shí) 管理”驅(qū)動(dòng)的“盾構(gòu)法隧道信息化施工管理系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)穿越敏感建筑物的沉降動(dòng)態(tài)預(yù)測，并提出盾構(gòu)施工關(guān)鍵控制參數(shù)。

2015年，創(chuàng)建“盾構(gòu)法隧道施工管控平臺(tái)”，形成了“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)管控 數(shù)據(jù)分析輔助決策”管理模式，全面實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)施工管控和盾構(gòu)設(shè)備管控。

目前，盾構(gòu)管控平臺(tái)已實(shí)現(xiàn)近500公里隧道建設(shè)的全方位管控，集聚了超過10T的海量數(shù)據(jù)資產(chǎn)，形成了“抽屜里的數(shù)據(jù)庫”。

依托盾構(gòu)管控平臺(tái)的海量數(shù)據(jù)，上海隧道率先在行業(yè)內(nèi)提出了智能盾構(gòu)這一招“先手棋”，將大數(shù)據(jù)、5G網(wǎng)絡(luò)和人工智能等多種數(shù)字技術(shù)與傳統(tǒng)盾構(gòu)設(shè)計(jì)、制造和施工技術(shù)全面融合。

研發(fā)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了基于人類行為理論的多層級(jí)盾構(gòu)自主掘進(jìn)智能控制體系，提出了一種數(shù)-圖-數(shù)多重轉(zhuǎn)換的異常發(fā)現(xiàn)算法，創(chuàng)建了盾構(gòu)掘進(jìn)環(huán)境辨識(shí)、盾構(gòu)機(jī)立體位姿規(guī)劃與控制、地面變形規(guī)劃與自適應(yīng)控制和多參量協(xié)同控制等系列智能模型，為盾構(gòu)自動(dòng)掘進(jìn)時(shí)周邊環(huán)境的安全控制和隧道軸線的精準(zhǔn)控制提供了智能“核芯”。

2020年，上海隧道將“超級(jí)大腦”植入了“掘進(jìn)神器”，研制了首臺(tái)具有自主決策和自動(dòng)掘進(jìn)能力的智能盾構(gòu)——“智馭號(hào)”，可在自動(dòng)巡航和遠(yuǎn)程控制兩種模式間切換，確保掘進(jìn)的可靠性和穩(wěn)定性，開展了紹興、南京、鄭州、上海等多個(gè)城市軌道交通區(qū)間隧道的示范應(yīng)用，完成了384m連續(xù)無人工干預(yù)的盾構(gòu)自主掘進(jìn)，隧道軸線偏差±30mm，地面隆沉控制在-20mm～ 7mm，明顯高于國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的控制指標(biāo)。

智能建造”點(diǎn)亮”城市未來

隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代的到來，隧道施工企業(yè)面臨的不僅是科研技術(shù)發(fā)展的全新挑戰(zhàn)，更是破局、落子的重大機(jī)遇。在國家交通強(qiáng)國建設(shè)等頂層設(shè)計(jì)的戰(zhàn)略統(tǒng)籌下，培育隧道產(chǎn)業(yè)新業(yè)態(tài)、新模式，用活、用深、用透上海隧道多年積累的海量數(shù)據(jù)資產(chǎn)，用企業(yè)技術(shù)發(fā)展推動(dòng)行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，相信未來的智能化道路，道阻且長，行則將至，但行則不輟，未來可期。