主編單位：中國鐵道學(xué)會(huì)中國土木工程學(xué)會(huì)中鐵隧道局集團(tuán)有限公司中國鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司I 1一、盾構(gòu)/TBM隧道智能建造新興發(fā)展 (一)國家戰(zhàn)略驅(qū)動(dòng)智能化發(fā)展勢在必行 (二)隧道行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級需要智能化支撐 5(三)盾構(gòu)/TBM隧道建造技術(shù)發(fā)展突飛猛進(jìn) 8 (五)盾構(gòu)/TBM隧道建造技術(shù)代紀(jì)形成 二、新一代信息技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)深度賦能 (一)傳感器、5G、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) (五)機(jī)器人技術(shù) (六)云計(jì)算技術(shù) 22三、盾構(gòu)/TBM隧道建造智能技術(shù)取得突破 (一)智能感知競相深化 (二)智能設(shè)計(jì)有序推進(jìn) (三)智能預(yù)制邁向成熟 (四)智能掘進(jìn)快速發(fā)展 31I(六)智能構(gòu)筑持續(xù)進(jìn)步 (七)智能環(huán)控大勢所趨 (八)智能運(yùn)輸初顯效用 35 36四、面臨問題挑戰(zhàn)及對策 38 40 1當(dāng)今世界，人類正面臨國際政治格局加速演變、全球經(jīng)濟(jì)增長放緩、產(chǎn)業(yè)變革日新月異、新一代信息技術(shù)和工業(yè)技術(shù)快速發(fā)展等巨大機(jī)遇與挑戰(zhàn)，各行各業(yè)正經(jīng)歷著前所未有的變革與重塑。人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、5G網(wǎng)絡(luò)及機(jī)器人等新興技術(shù)，正快速與傳統(tǒng)行業(yè)深度融合，經(jīng)濟(jì)社會(huì)變革的磅礴大勢已將建筑業(yè)推到轉(zhuǎn)型升級的歷史關(guān)口。隧道工程[1]是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，近5年來中國年均建成隧道里程超4000千米，為鐵路、公路、地鐵、水利、能源、國防等事業(yè)發(fā)展提供了強(qiáng)力支撐。盾構(gòu)/TBM法作為高度機(jī)械化的隧道施工方法，相較其他隧道施工方法具法修建的占比已超過50%,而中國相應(yīng)占比不足15%,盾構(gòu)/TBM隧道在中國具有巨大的發(fā)展前景。本藍(lán)皮書從上承勘察初步設(shè)計(jì)、下接運(yùn)營維護(hù)的隧道智能建造關(guān)鍵環(huán)節(jié)，圍繞隧道工程的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與施工轉(zhuǎn)型，全面展能預(yù)制、智能掘進(jìn)、智能安裝、智能構(gòu)筑、智能環(huán)控、智能運(yùn)輸、智能管控”最新成果，并指明了其發(fā)展趨勢，旨在為行業(yè)內(nèi)外人士開展隧道智能建造研究與實(shí)踐提供參考和借鑒。2造追求的目標(biāo)，伴隨著新興技術(shù)的深度賦能，在“交通強(qiáng)國”、“水安全保障”、“能源安全”等戰(zhàn)略和“一帶一路”倡議的引導(dǎo)下，中國必將進(jìn)一步加快盾構(gòu)/TBM隧道智能建造技術(shù)全面深入發(fā)展，中國盾構(gòu)/TBM隧道智能建造已啟動(dòng)并蓄勢遠(yuǎn)航。我們期待與各方攜手共進(jìn)，發(fā)展隧道行業(yè)新質(zhì)生產(chǎn)力，為推動(dòng)隧道行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展、建設(shè)中國式現(xiàn)代化、構(gòu)建人類美好生活貢獻(xiàn)智慧和力量?！咀?】本藍(lán)皮書所指隧道工程包括交通隧道、輸水隧洞、地下能源洞庫工程。3近二十年來，中國隧道建造行業(yè)得到了快速發(fā)展，隧道總里程已達(dá)7萬千米，在建和在役隧道總規(guī)模世界第一。鉆爆法、沉管法、盾構(gòu)/TBM法在鐵路、公路等各類隧道建設(shè)中發(fā)揮巨大的作用。隨著人工智能、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)快速發(fā)展，盾構(gòu)/TBM隧道建造逐步走向數(shù)字化、智能化成為智能建造是落實(shí)黨中央重大決策部署的關(guān)鍵舉措。黨的十九大報(bào)告要求推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和實(shí)體經(jīng)濟(jì)深度融合。黨的二十大報(bào)告中指出，實(shí)施產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)再造工程和重大技術(shù)裝備攻關(guān)工程，支持專精特新企業(yè)發(fā)展，推動(dòng)制造業(yè)高端化、智能化、綠色化發(fā)展。黨的二十屆三中全會(huì)提出，健全因地制宜發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力體制機(jī)制。通過深化改革，讓傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)“煥發(fā)新機(jī)”,使傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)所蘊(yùn)含的新質(zhì)生產(chǎn)力有效釋放。建筑業(yè)的智能建造帶來的不僅僅是一種技術(shù)手段的革新，更是一場深刻的生產(chǎn)力革命，通過智能建造提質(zhì)增效，能實(shí)現(xiàn)建筑業(yè)從勞動(dòng)密集型向技術(shù)密集型轉(zhuǎn)變、從粗放式向集約式升級。智能建造是落實(shí)國家高質(zhì)量發(fā)展要求的必然選擇。2020年住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、國家發(fā)展改革委、科技部等13部委聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于推動(dòng)智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導(dǎo)意見》明4確提出，要圍繞建筑業(yè)高質(zhì)量發(fā)展總體目標(biāo)，以大力發(fā)展建筑設(shè)計(jì)、生產(chǎn)加工、施工裝配、運(yùn)營等全產(chǎn)業(yè)鏈融合一體的智能建造產(chǎn)業(yè)體系。到2025年，中國智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的政策體系和產(chǎn)業(yè)體系基本建立，建筑產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)初步建立，推動(dòng)形成一批智能建造龍頭企業(yè)，打造“中國建造”升級版。到2035年，中國智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展取得顯著進(jìn)展，建筑工業(yè)化全面實(shí)現(xiàn)，邁入智能建造世界強(qiáng)國行列。因此，建筑行業(yè)智能化建造是高質(zhì)量發(fā)展的必然選擇。智能建造是推動(dòng)建筑業(yè)市場轉(zhuǎn)型升級的迫切需求。隨著市場環(huán)境和競爭模式的變化，建筑業(yè)轉(zhuǎn)型迫在眉睫，從傳統(tǒng)的勞動(dòng)密集型作業(yè)模式向機(jī)械化、智能化作業(yè)模式轉(zhuǎn)變，是科技進(jìn)步與行業(yè)發(fā)展相互交融的深刻變革。從建筑業(yè)從業(yè)人員結(jié)構(gòu)看，2016年到2023年，建筑業(yè)大齡從業(yè)者占比與年輕從業(yè)者占比呈明顯剪刀差，建筑工人的老齡化趨勢明顯；從專業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)看，即使在全國高校持續(xù)擴(kuò)招的大趨勢下，土木工程專業(yè)招生吸引力逐年下降，2020年到2024年，土木工程專業(yè)類的計(jì)劃人數(shù)占比從3.4%下降至2.92%。智能建造在安全質(zhì)量管控、效率效益提升、勞動(dòng)強(qiáng)度降低、產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新等方面都具有極強(qiáng)的優(yōu)勢，是建筑行業(yè)未來的發(fā)展趨勢，更是當(dāng)前建筑市場轉(zhuǎn)5201920202021202220230一圖2全國本科普通批土木類專業(yè)計(jì)劃招生人數(shù)中國隧道建設(shè)規(guī)模持續(xù)增長。2013年到2023年底，鐵路隧道運(yùn)營里程從8939千米增長至23508千米，平均年增長率約10.15%;公路隧道運(yùn)營里程從9606千米增長至30231.8千米，平均年增長率約12.15%;城市軌道交通運(yùn)營里程從2746千米增長至8668千米，平均年增長率約12.18%(數(shù)據(jù)來源：中國土木工程學(xué)會(huì)隧道及地下工程分會(huì)、交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)等)。60-0公路隧道運(yùn)營里程0圖3近10年中國隧道建設(shè)規(guī)模發(fā)展“一帶一路”倡議加速中國隧道行業(yè)走向國外。1998年，中國隧道施工企業(yè)進(jìn)入新加坡地鐵盾構(gòu)隧道建造市場；隨著2013年9月習(xí)近平主席提出共建“一帶一路”倡議，中國隧道行業(yè)大步伐進(jìn)入國外市場。2013年，承擔(dān)了全長19.2千米的“中亞第一長隧”卡姆奇克隧道建設(shè)，該隧道是絲綢之路重要國際運(yùn)輸走廊“中國一中亞一歐洲”的關(guān)鍵性工程。2015年，承建了全長約24千米的以色列特拉維夫輕軌紅線，該工程是以色列建國以來最大的政府特許基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目，全部采用中國盾構(gòu)施工裝備及技術(shù)；2017年，承建新加坡C885等多個(gè)地鐵項(xiàng)目，全面展示了中國盾構(gòu)隧道技術(shù)。2018年在歐洲參與建設(shè)首個(gè)地鐵工程——莫斯科地鐵第三換乘環(huán)線西南段項(xiàng)目。2021年，采用中國制造的世界最大直徑的TBM修建格魯吉亞南北公路古多里隧道，用時(shí)32個(gè)月完成8.86千米的隧道建設(shè)；2021年，承建孟加拉國首條水下隧道——卡納普里河底隧道，也是南亞首個(gè)采用盾構(gòu)法建設(shè)的水下大直徑隧道項(xiàng)目?！耙粠?一路”倡議為中國盾構(gòu)/TBM隧道建造技術(shù)在國外的全面拓展a)烏茲別克斯坦卡姆奇克隧道b)莫斯科地鐵第三換乘環(huán)線西南段c)格魯吉亞KK公路隧道d)孟加拉卡納普里河底隧道電、能源等領(lǐng)域，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)已累計(jì)建設(shè)隧道長度8708千米。國內(nèi)地鐵區(qū)間隧道建設(shè)盾構(gòu)法施工占比超過90%以上，水下隧道盾構(gòu)法施工占比超過70%。同時(shí)，盾構(gòu)/TBM法隧道建造的工程隱蔽性缺陷更少，成型隧道結(jié)構(gòu)質(zhì)量更容易保障；施工擾動(dòng)更小，施工排污更少，施工環(huán)境影響更低；從隧道建造8全生命周期看，盾構(gòu)/TBM法隧道建造的工程綜合造價(jià)與效用更具優(yōu)勢。伴隨著機(jī)械化、自動(dòng)化的發(fā)展，近年來，國外隧道法的占比超過50%,中國不足15%,盾構(gòu)/TBM法將成為未來隧道修建主要工法，具有廣闊的應(yīng)用前景。隧道建造行業(yè)數(shù)智賦能具有迫切需求。隧道工程具有地質(zhì)的不確知性、理論的模糊性、過程的變異性、措施的時(shí)效性等四大特性，決定了隧道工程的不確定性，使得隧道建造的安全風(fēng)險(xiǎn)高、工程成本與建造效率難以準(zhǔn)確把控，隧道設(shè)計(jì)與施工具有復(fù)雜性與艱巨性。另一方面，隧道施工是在相對窄長狹小隧道行業(yè)常態(tài)化倡導(dǎo)的“動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)施工”更能說明隧道的不確定性，而智能化就是解決不確定問題的有力武器，在隧技術(shù)成為必然的發(fā)展趨勢。用手掘式盾構(gòu)修建疏水巷道，揭開了中國盾構(gòu)施工技術(shù)從無到隧道施工主要是依靠國外團(tuán)隊(duì)，天生橋二級水電站引水隧洞、萬家寨引黃入晉隧洞工程、引大入秦工程均是引進(jìn)國外設(shè)備和國外施工隊(duì)伍進(jìn)行建造。上世紀(jì)九十年代以后，中國盾構(gòu)/TBM9隧道建造技術(shù)進(jìn)入自主階段，特別是西康鐵路秦嶺隧道自主施工創(chuàng)造了TBM最高月進(jìn)尺531米，平均月進(jìn)尺310米的好成績，大幅提升了中國盾構(gòu)/TBM施工技術(shù)的自信心。進(jìn)入21世紀(jì)，使用多種類型盾構(gòu)/TBM(土壓平衡盾構(gòu)、泥水平衡盾構(gòu)、多模式盾構(gòu)、敞開式TBM、護(hù)盾式TBM)建造的隧道如雨后春筍般涌現(xiàn)，開挖斷面從2.5米(淮河能源張集礦北區(qū))到17.5米(濟(jì)南市黃崗路穿黃隧道),使用地域從陸地延伸至水域(武漢長江隧道、汕頭海灣隧道等);隧道斷面既有常規(guī)的圓形，也有馬蹄形、矩形等異形斷面(蒙華鐵路白城隧道為馬蹄形斷面，鄭州緯四路下穿中州大道隧道為矩形斷面)。從完全依靠國外團(tuán)隊(duì)建造到完全自主建造，中國已掌握了盾構(gòu)/TBM隧道施工技術(shù)，隧道建造技術(shù)水平進(jìn)入世界前列。a)淮河能源張集礦北區(qū)礦用TBMb)海太長江隧道c)武漢長江隧道d)蒙華鐵路白城隧道圖5典型盾構(gòu)/TBM隧道工程從國外引進(jìn)到聯(lián)合制造。盾構(gòu)始于英國，發(fā)展于日本、德國。早在20世紀(jì)60年代中國已經(jīng)開始盾構(gòu)研制之路，1965年中國制造出第一臺(tái)TBM,比國外晚了120年，由于基礎(chǔ)工業(yè)落后、技術(shù)差距大，裝備整機(jī)性能不足。1985年，為建設(shè)天生橋二級水電站引水隧洞工程，首次引進(jìn)美國羅賓斯公司制造的敞開式TBM,直徑為10.8米，中國開啟了全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)裝備引進(jìn)之路。隨后在西康鐵路秦嶺隧道引進(jìn)了德國維爾特TBM、在廣州地鐵3號線大漢區(qū)間引進(jìn)海瑞克復(fù)合盾構(gòu)等。2007年，為掌握先進(jìn)的盾構(gòu)/TBM裝備制造技術(shù)，依托廣深港獅子洋隧道、北京直徑線隧道等工程，中國與法國NFM開展裝備聯(lián)合研制，制造了6臺(tái)直徑11.18~11.8米盾構(gòu)，初步掌握了大直徑泥水盾構(gòu)制造技術(shù)。圖6國外引進(jìn)TBM圖7聯(lián)合研制泥水盾構(gòu)從自主制造到快速發(fā)展。為確保裝備自主可控，通過國家“863”計(jì)劃開展復(fù)合盾構(gòu)立項(xiàng)研究，至2008年研制國產(chǎn)首臺(tái)復(fù)合盾構(gòu)“中鐵一號”,成功應(yīng)用于天津地鐵3號線，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)自主研制從0到1的跨越，拉開國產(chǎn)盾構(gòu)的序幕。隨后通過國家863、973、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等系列重大科研項(xiàng)目支持，攻克了盾構(gòu)/TBM整機(jī)選型、刀盤刀具設(shè)計(jì)制造、2.6-8米主軸承制造等關(guān)鍵技術(shù)。依托吉林引松供水研制國產(chǎn)首臺(tái)TBM,依托汕頭蘇埃通道研制國產(chǎn)首臺(tái)超大直徑常壓換刀泥水盾構(gòu)，依托廣州地鐵7號線研制了三模盾構(gòu)，依托蒙華鐵路白城隧道研制首臺(tái)馬蹄形盾構(gòu)，依托深江鐵路珠江口隧道研制最大工作水壓(116千帕)的盾構(gòu)，依托崇太長江隧道研制國產(chǎn)首臺(tái)智能盾構(gòu)，依托海太長江隧道研制國產(chǎn)最大直徑(16.64米)盾構(gòu)。a)國產(chǎn)首臺(tái)復(fù)合盾構(gòu)b)國產(chǎn)首臺(tái)TBMc)國產(chǎn)首臺(tái)馬蹄形盾構(gòu)d)國產(chǎn)首臺(tái)超大直徑盾構(gòu)e)國產(chǎn)首臺(tái)三模盾構(gòu)f)國產(chǎn)水壓最大的泥水盾構(gòu)g)國產(chǎn)首臺(tái)具備自主掘進(jìn)盾構(gòu)h)國產(chǎn)最大直徑盾構(gòu)圖8典型國產(chǎn)盾構(gòu)/TBM裝備礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需求大幅增加，盾構(gòu)/TBM年生產(chǎn)數(shù)量在2015—2017年呈突破式增長，至2022年全年生產(chǎn)數(shù)量突破700臺(tái)，年市場銷售金額約243億元。應(yīng)用領(lǐng)域從傳統(tǒng)的交通、水利水備已經(jīng)出口海外約40個(gè)國家和地區(qū)，設(shè)備多項(xiàng)性能在海外客戶評價(jià)中名列前茅，積累了豐富的業(yè)績和國際行業(yè)認(rèn)可度，大國重器成為響當(dāng)當(dāng)?shù)摹爸袊放啤薄?2015年2016年2017年2018年2019年2020年2021年2022年2023年圖92015—2023年中國盾構(gòu)/TBM年生產(chǎn)總量盾構(gòu)/TBM隧道工廠化作業(yè)特點(diǎn)，是隧道建造新代紀(jì)形成的基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)件工廠化和工序模塊化是盾構(gòu)/TBM法施工中的重要特點(diǎn)。結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)從傳統(tǒng)的現(xiàn)場施工轉(zhuǎn)變?yōu)樵诠S內(nèi)進(jìn)行模具清理、噴涂脫模劑、混凝土澆筑、振搗、抹面、蒸養(yǎng)等工序自動(dòng)化，對于提高管片生產(chǎn)效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本具有重要意義。工序模塊化將施工中各個(gè)工序進(jìn)行拆分，與傳統(tǒng)隧道施工方法相比較，盾構(gòu)/TBM法具有施工工序標(biāo)準(zhǔn)化、裝備運(yùn)行自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，為隧道建造轉(zhuǎn)型升級提供了良好的基礎(chǔ)條件，推動(dòng)了隧道建造數(shù)智時(shí)代的到來。國外盾構(gòu)/TBM智能建造技術(shù)不斷發(fā)展，隧道數(shù)智建造時(shí)代已經(jīng)開啟。國外，隧道建造技術(shù)也在向智能建造方向發(fā)展，在隧道結(jié)構(gòu)拼裝方面，2015年法國布依格(BouyguesConstruction)團(tuán)隊(duì)研發(fā)了Atlas管片自動(dòng)拼裝系統(tǒng)，在英國高速鐵路二期(HS2)Chilterns隧道應(yīng)用驗(yàn)證顯示，其運(yùn)行過程中仍需人工監(jiān)控，最后的驗(yàn)收和檢查階段也需要人來完成，從自動(dòng)化到無人化的最后一步始終難以邁出；在智能掘進(jìn)系統(tǒng)研發(fā)方面，2016年，馬來西亞MMCGamuda公司開始研發(fā)A-TBM系統(tǒng)，搭載在“Betty"號和“Dorothy”號盾構(gòu)上，據(jù)報(bào)道在澳洲悉尼地鐵西線成功應(yīng)用?？傮w看，國外盾構(gòu)/TBM智能建造技術(shù)正處于不斷研究和發(fā)展中，隧道建造數(shù)智時(shí)代已經(jīng)開啟。a)Dobydo管片定位機(jī)器人b)Atlas管片自動(dòng)拼裝系統(tǒng)PlugGPlayTumelingControlCena)“Betty”號盾構(gòu)始發(fā)b)A-TBM系統(tǒng)架構(gòu)示意圖圖11馬來西亞MMCGamuda公司研發(fā)A-TBM系統(tǒng)專業(yè)人才培養(yǎng)體系正在形成，推動(dòng)了中國隧道建造新代紀(jì)發(fā)展。中國在智能建造24個(gè)試點(diǎn)城市支持有關(guān)單位啟動(dòng)建設(shè)39個(gè)智能建造科技創(chuàng)新平臺(tái)，其中國家級平臺(tái)2個(gè)、省部級平臺(tái)19個(gè)，頒布實(shí)施47項(xiàng)智能建造相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、定額和導(dǎo)則，內(nèi)容涉及建筑信息模型(BIM)、建筑機(jī)器人、智能建造項(xiàng)目評價(jià)等方面，其中建筑機(jī)器人補(bǔ)充定額已在6個(gè)城市落地實(shí)施。有99所高校開設(shè)智能建造專業(yè)或方向，2022年招生3562人，2023年招生5539人。一批大型建筑企業(yè)、大學(xué)、科研院所及裝備制造商等積極布局智能建造，建立研發(fā)平臺(tái)、儲(chǔ)備人才隊(duì)伍、實(shí)施項(xiàng)目研發(fā)，一些已在特定領(lǐng)域形成獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢。專業(yè)人才的體系培養(yǎng)，促進(jìn)了中國隧道建造數(shù)智時(shí)代的發(fā)展。中國盾構(gòu)/TBM隧道建造技術(shù)蓬勃發(fā)展，隧道建造代紀(jì)不不斷向前發(fā)展；在計(jì)算機(jī)技術(shù)和電液控制技術(shù)推動(dòng)下，盾構(gòu)/TBM隧道建造技術(shù)迅速邁入自動(dòng)化時(shí)代；隨著中國盾構(gòu)/TBM隧道建造核心裝備與施工關(guān)鍵技術(shù)取得重大突破，在新一代信息技術(shù)、高端裝備制造技術(shù)的驅(qū)動(dòng)下，盾構(gòu)/TBM隧道建造技術(shù)已跨入數(shù)智化時(shí)代?？傮w來講，中國盾構(gòu)/TBM隧道建造技術(shù)可以劃分為機(jī)械化、自動(dòng)化與智能化三個(gè)時(shí)代九個(gè)紀(jì)元，目前，盾構(gòu)/TBM隧道智能建造技術(shù)處于快速發(fā)展階段。時(shí)代開啟時(shí)代初創(chuàng)紀(jì)手掘式盾構(gòu)研制應(yīng)用，網(wǎng)斷面插刀盾構(gòu)研制應(yīng)用。阜新煤礦疏水巷道、上海打浦路越江公路隧道北京地鐵復(fù)-八1953年機(jī)械紀(jì)用。上海市南站過江電纜隧道1987年自動(dòng)化時(shí)代引進(jìn)紀(jì)術(shù)，進(jìn)應(yīng)用。天生橋二級水電站引1985年研發(fā)紀(jì)天津地鐵3號線、吉2008年多元紀(jì)多類型多模式盾構(gòu)/TBM研制應(yīng)用。蒙華鐵路白城隧道(首臺(tái)馬蹄形盾 (首臺(tái)超大常壓泥水盾構(gòu))、廣州地鐵7號線(首臺(tái)三模盾2014年數(shù)智化時(shí)代數(shù)聯(lián)紀(jì)工程多要素群組互聯(lián)，輔建成行業(yè)工程大數(shù)據(jù)平臺(tái)，輔助掘進(jìn)系統(tǒng)在上海機(jī)場聯(lián)絡(luò)線工程應(yīng)用。2016年數(shù)智紀(jì)I形成“智能感知、智能設(shè)計(jì)、智能預(yù)制、智能掘進(jìn)、智能安裝、智能構(gòu)智能掘進(jìn)I-在崇太長江隧道成功應(yīng)用。2024年數(shù)智紀(jì)Ⅱ感知-決策-運(yùn)算-執(zhí)行全系統(tǒng)協(xié)同，自監(jiān)測-自診斷-建成行業(yè)“隧道云”。隧道基礎(chǔ)通用大模型應(yīng)用，隧道建造生成式人工發(fā)布"隧道"大模備注：表中“J”、“Z”、“SZ”分別為機(jī)械化時(shí)代、自動(dòng)化時(shí)代、數(shù)智化時(shí)代的簡稱代號。二、新一代信息技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)深度賦能中國的新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)和機(jī)器人產(chǎn)業(yè)在技術(shù)創(chuàng)新、總體規(guī)模效益等方面均取得顯著的進(jìn)展和成就，為隧道行業(yè)深度賦能奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)方面，已建成全球規(guī)模最大的5G網(wǎng)絡(luò)，在人工智能、量子信息、高性能計(jì)算等前沿技術(shù)研發(fā)中處于全球領(lǐng)先地位，市場規(guī)模已達(dá)26.8萬億元。在機(jī)器人產(chǎn)業(yè)方面，不斷突破多元信息融合感知、人機(jī)自然交互等前沿技術(shù)，減速器、控制器、伺服系統(tǒng)等關(guān)鍵部件的國產(chǎn)化進(jìn)程加速，已連續(xù)11年成為全球最大的工業(yè)機(jī)器人市場，近三年新增裝機(jī)量占全球一半以上。(一)傳感器、5G、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)傳感技術(shù)促進(jìn)隧道建造智能感知。近年來，中國智能傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，其普遍具備的高精度測量、高分辨率識(shí)別、高度環(huán)境適應(yīng)性、高度運(yùn)行可靠性等優(yōu)勢特性。地質(zhì)探測、激光雷達(dá)掃描、沉降監(jiān)測、正射影像技術(shù)、測繪航空攝影及攝影測量與遙感等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)、環(huán)境全面感知探測。壓力、位移、流量、精準(zhǔn)定位等高精度工業(yè)傳感器，助推隧道裝備等多資源要素動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)感知。5G通訊技術(shù)解決隧道建造狹小空間數(shù)據(jù)傳輸難題。5G技術(shù)作為第五代移動(dòng)通信技術(shù)，是目前移動(dòng)通信領(lǐng)域中最先進(jìn)的隧道建造臨時(shí)性強(qiáng)、場地分布分散、隧道空間狹小，5G技術(shù)保障了盾構(gòu)/TBM隧道工程工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)信號傳輸問題。物聯(lián)網(wǎng)提供隧道智能建造工業(yè)互聯(lián)基礎(chǔ)。物聯(lián)網(wǎng)是把集成化的智能感知器件與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)融為一體，實(shí)現(xiàn)對客觀世界的全面感知、信息傳輸、數(shù)據(jù)的智能化處理，是連接物理世界、具有感知功能、實(shí)時(shí)可靠的物理網(wǎng)絡(luò)體系。國內(nèi)施工企業(yè)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)企業(yè)級盾構(gòu)/TBM信息化工程管理系統(tǒng)，隧道掘進(jìn)機(jī)及智能運(yùn)維全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研發(fā)集“智能監(jiān)控、綜合分程大數(shù)據(jù)管理應(yīng)用平臺(tái)，有力推動(dòng)隧道智能建造技術(shù)發(fā)展。(二)大數(shù)據(jù)技術(shù)中國大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。中國大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，融合應(yīng)用不斷深化，增強(qiáng)了對經(jīng)濟(jì)社會(huì)的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)作用。大數(shù)據(jù)技術(shù)產(chǎn)品水平持續(xù)提升，大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)類技術(shù)供應(yīng)商數(shù)量、產(chǎn)品功能、大規(guī)模部署能力和自主研發(fā)能力持續(xù)進(jìn)步；大數(shù)據(jù)行業(yè)應(yīng)用不斷深化，電力、鐵路、交通、石化等實(shí)體經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域龍頭企業(yè)不斷完善自身大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)，持續(xù)加強(qiáng)數(shù)據(jù)治理，構(gòu)建起以數(shù)據(jù)為核心驅(qū)動(dòng)力的創(chuàng)新能力。隧道工程大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)正在形成。隧道工程大數(shù)據(jù)系統(tǒng)功能融合分析和多場景應(yīng)用在內(nèi)的完整架構(gòu)。隧道施工信息感知手段形成體系，傳感測量設(shè)備在隧道建造裝備、地質(zhì)、環(huán)境、結(jié)構(gòu)大量部署，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備狀態(tài)、運(yùn)行環(huán)境、地質(zhì)條件、建造質(zhì)量全方位的監(jiān)測。(三)人工智能技術(shù)人工智能(AI)技術(shù)深刻變革產(chǎn)業(yè)新質(zhì)生產(chǎn)力形成。AI技自然語言處理、智能控制與決策為突破，以人工智能架構(gòu)與系統(tǒng)、人工智能開發(fā)工具、人工智能框架和智能芯片等為工具及平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)“AI+”產(chǎn)業(yè)賦能。當(dāng)今世界，AI技術(shù)正深刻改變工業(yè)改革，賦能裝備生產(chǎn)自動(dòng)化、預(yù)測性維護(hù)、個(gè)性化服務(wù)、決策支持等，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級與經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整。隧道建造已經(jīng)站在轉(zhuǎn)型關(guān)口，AI賦能必將推動(dòng)隧道建造新質(zhì)生產(chǎn)力形成。AI技術(shù)已經(jīng)推動(dòng)隧道建造快速發(fā)展。AI技術(shù)驅(qū)動(dòng)的施工管理系統(tǒng)通過分析施工數(shù)據(jù)，自動(dòng)調(diào)整施工計(jì)劃、優(yōu)化人力資源分配，不僅提高作業(yè)效率，也有效縮短工期、節(jié)約費(fèi)用。利用傳感器和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，施工現(xiàn)場的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)被及時(shí)收集和分實(shí)時(shí)監(jiān)控施工裝備運(yùn)行數(shù)據(jù)，對設(shè)備故障和異常及時(shí)預(yù)警，保障設(shè)備長期穩(wěn)定運(yùn)行。利用深度學(xué)習(xí)算法的AI監(jiān)測系統(tǒng)分析施工現(xiàn)場的監(jiān)控視頻，能夠迅速識(shí)別違規(guī)操作并及時(shí)發(fā)出警報(bào)，保障工人的安全和施工環(huán)境的穩(wěn)定。(四)BIM+GIS技術(shù)BIM+GIS助推“空天地隧”一體化多維場景字地模、影像、規(guī)劃、鉆孔等大場測繪地質(zhì)信息模型、線路、隧道等BIM模型，實(shí)現(xiàn)隧道與各類數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交互，提升項(xiàng)目工可、初設(shè)及施工階段中的方案比選決策效率，直接關(guān)聯(lián)經(jīng)濟(jì)屬性，實(shí)現(xiàn)隧道設(shè)計(jì)與投資協(xié)同控制。構(gòu)建全階段多專業(yè)設(shè)計(jì)閉合環(huán)，支撐隧道建造正向設(shè)計(jì)。以BIM模型+GIS球坐標(biāo)驅(qū)動(dòng)，全過程場景交互，隧道構(gòu)建定向驅(qū)動(dòng)、參數(shù)化建模、結(jié)構(gòu)分析計(jì)算、繪圖算量一站式同步集成設(shè)計(jì)等貫通隧道設(shè)計(jì)全流程，構(gòu)成完整的設(shè)計(jì)閉環(huán)。以全新三維為內(nèi)核，多專業(yè)協(xié)同平縱橫設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)構(gòu)參數(shù)、內(nèi)部構(gòu)件、智能交切硐室及襯砌、打破洞內(nèi)低效壁壘驅(qū)動(dòng)機(jī)電高效優(yōu)化時(shí)序場景匹配設(shè)計(jì)與隧道設(shè)計(jì)/運(yùn)維全面協(xié)同。根據(jù)BIM模型及現(xiàn)狀地形地貌模型，添加隧道建設(shè)進(jìn)度，完成建設(shè)全周期時(shí)序模擬，導(dǎo)入監(jiān)測數(shù)據(jù)，整合“時(shí)空人”維度下的關(guān)鍵工序及控制節(jié)點(diǎn)，支撐設(shè)計(jì)優(yōu)化?；谀Ｐ偷鬃?，優(yōu)化構(gòu)建隧道運(yùn)維機(jī)電布局與后期維護(hù)，助力隧道項(xiàng)目高品質(zhì)工程建造。(五)機(jī)器人技術(shù)機(jī)器人技術(shù)的快速發(fā)展加快了各行業(yè)的應(yīng)用。機(jī)器人技術(shù)的目標(biāo)是設(shè)計(jì)可以幫助和協(xié)助人類的機(jī)器，可以替代人類并復(fù)制人類行為，特別在一些危險(xiǎn)、繁重環(huán)境，機(jī)器人具有廣泛優(yōu)越性。當(dāng)前，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)主要集中在了日本和歐洲。在日本，它的關(guān)鍵部件如減速器遙遙領(lǐng)先，并且已經(jīng)形成了很強(qiáng)的技術(shù)壁壘；德國的工業(yè)機(jī)器人原材料、本體零部件具有很大的優(yōu)勢；在中國，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)還處于穩(wěn)步追趕階段，但各行各業(yè)應(yīng)用勢頭正盛。機(jī)器人是隧道智能建造裝備的重要組成部分。盾構(gòu)/TBM隧道智能建造，裝備智能化是關(guān)鍵。對于自動(dòng)檢測與環(huán)境感知方面，需要高精度位移、激光測距、避障、接近開關(guān)、限位開關(guān)等檢測元件，測量并校驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)，構(gòu)建位置與環(huán)境關(guān)系模型。對于重載伺服位移反饋控制方面，需要根據(jù)控制指令，實(shí)現(xiàn)伺服油缸、伺服馬達(dá)等執(zhí)行元件高精度控制，多自由度柔性結(jié)構(gòu)關(guān)節(jié)靈活運(yùn)動(dòng)，多系統(tǒng)要素協(xié)同。機(jī)器人技術(shù)將貫穿盾構(gòu)/TBM隧道智能建造全部環(huán)節(jié)，比如倉內(nèi)檢測機(jī)器人、刀具更換機(jī)器人、管片安裝機(jī)器人等技術(shù)亟待突破。(六)云計(jì)算技術(shù)中國超級計(jì)算機(jī)已達(dá)到世界先進(jìn)水平。超級計(jì)算機(jī)得到快速發(fā)展，“天河一號”、“天河二號”、太湖之光等最新成果夯實(shí)了中國信息產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)。分布式集群存儲(chǔ)計(jì)算，已經(jīng)深入中處理與應(yīng)用發(fā)布，具備良好的硬件基礎(chǔ)。云計(jì)算體系提供“隧道”大模型構(gòu)建條件。云計(jì)算正在成為信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略重點(diǎn)，中國云計(jì)算市場規(guī)模位居全球第二，僅次于美國?！?024年云計(jì)算白皮書》顯示，2023年中國云計(jì)算市場規(guī)模達(dá)到6165億元，同比增長35.5%,依然保持著較高的增長活力。云計(jì)算是分布式計(jì)算的一種，提高了資源利用效率和靈活性，高性能云計(jì)算為盾構(gòu)/TBM隧道智能建造大模型構(gòu)建提供了條件。三、盾構(gòu)/TBM隧道建造智能技術(shù)取得突破隨著中國信息技術(shù)發(fā)展，2010年以來一些大型國企構(gòu)建盾年，隧道掘進(jìn)機(jī)及智能運(yùn)維全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(前身為“盾構(gòu)及掘進(jìn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室"),基于分布式集群架構(gòu)，創(chuàng)建行態(tài)、結(jié)構(gòu)等多方面，當(dāng)前數(shù)據(jù)存儲(chǔ)已超700個(gè)隧道工程，奠定行業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)，隧道智能建造開啟了新篇章。圖12盾構(gòu)/TBM工程大數(shù)據(jù)中心經(jīng)歷多年攻關(guān)，突破了工程多要素?cái)?shù)據(jù)交互融合治理、云端關(guān)鍵參數(shù)預(yù)測、邊緣互饋算法、模糊控制等技術(shù)，逐步形成了以盾構(gòu)/TBM工程大數(shù)據(jù)為支撐，包含“智能感知、智能設(shè)計(jì)、智能預(yù)制、智能掘進(jìn)、智能安裝、智能構(gòu)筑、智能環(huán)控、智能運(yùn)輸、智能管控”為一體的盾構(gòu)/TBM隧道智能建造技術(shù)盾構(gòu)/TBM隧道智能建造高度依賴于智能感知技術(shù)，隨著地質(zhì)雷達(dá)、激法極化、微震監(jiān)測、HSP地質(zhì)預(yù)報(bào)等探測設(shè)備在盾構(gòu)/TBM裝備集成搭載，以及隧道結(jié)構(gòu)的無損檢測、光纖監(jiān)測、自動(dòng)化變形監(jiān)測的現(xiàn)場應(yīng)用，目前各種感知技術(shù)的智能化都在深化發(fā)展。在國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“智能互聯(lián)裝備的網(wǎng)感知總體解決方案，推動(dòng)了盾構(gòu)/TBM隧道智能感知的互聯(lián)互通應(yīng)用。地質(zhì)感知技術(shù)取得創(chuàng)新突破。高分辨率衛(wèi)星遙感影像、無天、地”三位一體綜合應(yīng)用。合成孔徑雷達(dá)(SAR)成像技術(shù)，具備全天候、高分辨率成像、地表穿透以及大范圍監(jiān)測能力，對基礎(chǔ)設(shè)施形變、沉降等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測。研發(fā)搭載HSP探測、高密度電法、激發(fā)極化法技術(shù)，開展裝備集成式應(yīng)用。利用巖渣圖像地質(zhì)識(shí)別、盾構(gòu)/TBM掘進(jìn)參數(shù)地質(zhì)反演技術(shù)也取PHM技術(shù)逐步推廣應(yīng)用。采用故障預(yù)測與健康管理PHM (PrognosticsandHealthManagement)技術(shù)，采集主驅(qū)動(dòng)等核心部件油液質(zhì)量、溫度狀態(tài)、振動(dòng)信號等數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)傳輸?shù)椒鶆?dòng)監(jiān)測系統(tǒng)幅動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)服督記錄圖譜分析陽主面研制隧道結(jié)構(gòu)感知檢測機(jī)器人。研發(fā)隧道智能綜合檢測車，采用模塊化設(shè)計(jì)理念，搭載汽車底盤、軌道平板車等載體，集成基于機(jī)器視覺技術(shù)的隧道結(jié)構(gòu)機(jī)器視覺智能監(jiān)測系統(tǒng)。具備隧道襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)部病害，表觀病害，幾何空間形變一體化智能檢測與隧道結(jié)構(gòu)豎向位移、水平位移、凈空收斂變形實(shí)時(shí)監(jiān)測等功能。在隧道工程建造施工、竣工驗(yàn)收、運(yùn)營期等多階段質(zhì)量檢測推廣應(yīng)用?！皠?dòng)態(tài)設(shè)計(jì)”是隧道行業(yè)的重要特點(diǎn)，以BIM+GIS為數(shù)據(jù)道工程BIM協(xié)同智能設(shè)計(jì)軟件，穩(wěn)步推進(jìn)隧道工程智能設(shè)計(jì)示范應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)成果的數(shù)字化交付，及各參與方全專業(yè)之間數(shù)據(jù)高效共享，開創(chuàng)了“一圖掌全域、一模用到底”新局面，借助智能感知的大量有效數(shù)據(jù)，穩(wěn)步推進(jìn)隧道工程智能動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)示范應(yīng)用，使得設(shè)計(jì)質(zhì)量和效益得到有效提升。自主研發(fā)數(shù)字化智能化設(shè)計(jì)軟件。創(chuàng)新應(yīng)用模塊化三維設(shè)計(jì)理念，研發(fā)企業(yè)級隧道工程BIM協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)，自主開發(fā)盾構(gòu)/TBM隧道綜合設(shè)計(jì)系統(tǒng)，包含隧道洞口、隧道豎井/斜井選址三維場景方案設(shè)計(jì)、隧道地質(zhì)設(shè)計(jì)等；研發(fā)盾構(gòu)管片設(shè)計(jì)及預(yù)埋槽道排布設(shè)計(jì)系統(tǒng)，包含預(yù)埋槽道管片拼裝算法分析數(shù)字化、智能化設(shè)計(jì)軟件等，搭載到云平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)全專業(yè)協(xié)同、全過程控制、全參數(shù)化智能設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)技術(shù)在工程建造設(shè)計(jì)/施工集成應(yīng)用，形成了盾構(gòu)/TBM隧道結(jié)構(gòu)參數(shù)化、數(shù)字化設(shè)計(jì)一鍵成圖、工程量自動(dòng)統(tǒng)計(jì)數(shù)字化提取技術(shù)，與盾構(gòu)隧道管片輕量化設(shè)計(jì)、新型管片接頭設(shè)計(jì)、智能拼裝技術(shù)。實(shí)現(xiàn)隧道工程建造設(shè)計(jì)/施工數(shù)據(jù)共享和信息化管理。在高速鐵路、軌道交通等隧道建造應(yīng)用，大幅提升設(shè)計(jì)三維模型圖三維模型圖E時(shí)N分塊設(shè)計(jì)界面圖135隧道管片智能設(shè)計(jì)建模在新興技術(shù)帶動(dòng)下，傳統(tǒng)隧道預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)件(管片、底部弧形件、中隔墻等，以下簡稱“構(gòu)件”)生產(chǎn)向自動(dòng)化、數(shù)智化方向發(fā)展。通過數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)各類數(shù)控加工設(shè)備，推進(jìn)構(gòu)件生產(chǎn)過程標(biāo)準(zhǔn)化和精細(xì)化，實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件工廠生產(chǎn)線智能化升隧道構(gòu)件鋼筋骨架全流程生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化。結(jié)合傳感器、機(jī)器視覺、BIM、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生等技術(shù)，研制預(yù)制混凝土構(gòu)件鋼筋骨架加工成套機(jī)器人、鋼筋自動(dòng)剪切生產(chǎn)線、智能鋼筋彎箍機(jī)、自動(dòng)機(jī)械手臂、自動(dòng)階梯上料傳送輥道等智能設(shè)備，實(shí)現(xiàn)鋼筋智能上料、智能傳輸、智能彎曲與彎弧，形成預(yù)制混凝土構(gòu)件智能生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)體系。圖16構(gòu)件鋼筋骨架標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)建成隧道構(gòu)件綠色智能生產(chǎn)線。研制“模具開合-清理-噴道構(gòu)件蒸養(yǎng)，建立構(gòu)件“出窯自噴淋+水質(zhì)自監(jiān)測”日常28天標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)機(jī)制，形成了管片綠色流水生產(chǎn)線，保障管片PC構(gòu)件成品質(zhì)量。應(yīng)用智能清模、噴涂、抹面機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)件鋼筋籠加工、入模，模具清理、噴涂脫模劑，與混凝土澆筑、振搗、抹面等全工序自動(dòng)生產(chǎn)。圖例：圖17管片綠色流水生產(chǎn)線構(gòu)建隧道構(gòu)件加工數(shù)字孿生工廠。采用二維碼信息標(biāo)簽標(biāo)識(shí)隧道構(gòu)件鋼筋籠與構(gòu)件成品身份，通過手機(jī)APP掃碼和RFID專用設(shè)備實(shí)時(shí)檢查成品生產(chǎn)信息，實(shí)現(xiàn)隧道成品構(gòu)件生產(chǎn)過程質(zhì)量追溯。通過傳感器、視覺算法、BIM建模及物聯(lián)網(wǎng)，建立行業(yè)進(jìn)行了盾構(gòu)/TBM智能掘進(jìn)的探索研究，研發(fā)了TBM-SMART、同步推拼、輔助巡航等輔助掘進(jìn)系統(tǒng)。隧道掘進(jìn)機(jī)及智能運(yùn)維全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研發(fā)盾構(gòu)/TBM智能掘進(jìn)控制系統(tǒng) (IntelligentTBMBoringSystem,簡稱I-TBM系統(tǒng)),實(shí)現(xiàn)主動(dòng)參數(shù)自預(yù)測、倉內(nèi)壓力自適應(yīng)、姿態(tài)運(yùn)行自巡航、環(huán)流出渣自調(diào)整與異常事件自熔斷，開展工程常態(tài)化應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)盾構(gòu)/TBM邊緣終端，形成云端大數(shù)據(jù)預(yù)測，邊緣反饋控制，終端精準(zhǔn)執(zhí)行的新一代盾構(gòu)/TBM智能運(yùn)行控制新模式。邊緣服務(wù)器集成云-端雙向通訊熔斷保障機(jī)制，確保云端模型動(dòng)態(tài)部署，預(yù)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送，通訊中斷短時(shí)支撐。邊邊智能施工云圖19云邊端盾構(gòu)/TBM智能掘進(jìn)控制架構(gòu)突破分類地層數(shù)據(jù)預(yù)測算法。以安全可控、掘進(jìn)高效、保障質(zhì)量、成本可控為目標(biāo)，采用裝備運(yùn)行機(jī)理與機(jī)器學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)挖掘融合方法，構(gòu)建不同地層掘進(jìn)、姿態(tài)等主動(dòng)參數(shù)預(yù)測、被動(dòng)參數(shù)預(yù)警與異常事件預(yù)報(bào)熔斷中小模型算法體系。掘進(jìn)更高效，姿態(tài)更精準(zhǔn)，隧道建造質(zhì)量可保障。s形成智能掘進(jìn)控制技術(shù)。建立了復(fù)雜工況執(zhí)行元件開環(huán)動(dòng)力學(xué)建模，設(shè)計(jì)模糊控制器算法，柔順性控制掘進(jìn)負(fù)載水平；提出多執(zhí)行機(jī)構(gòu)局部限制自由度的姿態(tài)控制算法，保障掘進(jìn)姿態(tài)動(dòng)態(tài)精準(zhǔn)調(diào)整。突破多要素互饋環(huán)流出渣系統(tǒng)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了倉內(nèi)壓力自適應(yīng)，掘進(jìn)-出渣自調(diào)整。(五)智能安裝縱深推廣隧道結(jié)構(gòu)預(yù)制拼裝成為行業(yè)發(fā)展趨勢，拼裝機(jī)器人成為行業(yè)研究熱點(diǎn)。隧道環(huán)向管片、縱向中隔墻、水溝電纜槽與底部弧形件等構(gòu)件安裝，已經(jīng)形成了標(biāo)準(zhǔn)化體系，顯著提高了隧道工程質(zhì)量、修建速度與降低綜合成本。形成管片吊運(yùn)裝智能化作業(yè)流程。采用激光定位、視覺識(shí)別、自動(dòng)聯(lián)鎖等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)管片運(yùn)輸“視覺自定位-控制自啟動(dòng)-作業(yè)自運(yùn)行"的全流程無人操作。研發(fā)了管片安裝自編排技術(shù)，突破了管片安裝激光信號預(yù)處理，視覺濾波、圖像干擾處理、激光測量定位技術(shù)，實(shí)現(xiàn)其他管片智能定位與K塊安裝粗調(diào)整，定位精度達(dá)到厘米級。輔助管片安裝系統(tǒng)，降低操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了作業(yè)效率，為管片無人安裝奠定基礎(chǔ)。a)管片智能吊運(yùn)b)管片自主編排c)管片智能輔助安裝圖22管片吊運(yùn)裝機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用研制隧道預(yù)制構(gòu)件安裝機(jī)器人。研制的隧道弧形件機(jī)器人采用穿行式結(jié)構(gòu)，突破絕對坐標(biāo)定位、位姿調(diào)整反饋、六自由度精準(zhǔn)控制技術(shù)；研制的中隔墻機(jī)器人，突破AI視頻高精度定位、大負(fù)載柔性抓舉與小慣性大角度翻轉(zhuǎn)技術(shù)；實(shí)現(xiàn)了隧道附屬構(gòu)件精準(zhǔn)拼接、無人安裝。a)中隔墻智能拼裝機(jī)器人b)弧形件拼裝機(jī)器人(六)智能構(gòu)筑持續(xù)進(jìn)步在盾構(gòu)或敞開式TBM隧道結(jié)構(gòu)二次襯砌方面，隧道混凝土構(gòu)筑臺(tái)車向數(shù)字作業(yè)、自動(dòng)控制與數(shù)智能化監(jiān)控方向發(fā)展。隧道二襯拱部預(yù)制拼裝新技術(shù)正在探索，隨著新工藝、新工法與新技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，隧道智能構(gòu)筑將進(jìn)一步發(fā)展。備智能姿態(tài)管控、智能澆筑管控、智能振搗管控等功能。在姿態(tài)調(diào)整方面，可以自動(dòng)定位、自動(dòng)搭接、自動(dòng)封堵、模板應(yīng)力監(jiān)控；智能澆筑管控可以實(shí)現(xiàn)澆筑位置監(jiān)測、澆筑換位控制、模板斜面注漿等；根據(jù)工況情況，實(shí)時(shí)控制振搗時(shí)間，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)振搗，提升振搗效率和密實(shí)度。開發(fā)數(shù)智化管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)構(gòu)筑全面管控。CQS350數(shù)字化智能模板臺(tái)車智能控制系統(tǒng)探索隧道二襯拱部預(yù)制拼裝技術(shù)。采用拱部整體預(yù)制安裝與邊墻現(xiàn)澆模筑相結(jié)合施工方法，結(jié)合拱部預(yù)制拼裝施工工藝特點(diǎn)，形成“先墻后拱，預(yù)制塊后退式縱向滑移拼裝”施工工藝。開發(fā)懸臂邊墻襯砌鋼筋安裝工藝與混凝土澆筑質(zhì)量控制方法。建立拱部預(yù)制塊運(yùn)輸、吊升、平移、安裝、縱向預(yù)緊等全過程拼裝控制標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)拱部預(yù)制塊高精度拼裝。圖25隧道二襯拱部預(yù)制拼裝以“綠色節(jié)能、減碳增效、避災(zāi)減災(zāi)”為目標(biāo)，保障盾構(gòu)/TBM隧道建造作業(yè)環(huán)境，堅(jiān)持“以人為本”建造理念，保障施工人員身心健康，防控有害氣體引發(fā)工程風(fēng)險(xiǎn)，形成了盾構(gòu)/TBM隧道智能環(huán)境監(jiān)測技術(shù)及智能通風(fēng)控制技術(shù)。特點(diǎn)，在重點(diǎn)作業(yè)位置及隧道重點(diǎn)監(jiān)測區(qū)域，安裝環(huán)境監(jiān)測裝二氧化碳、硫化氫、二氧化硫、氮氧化合物、氣壓、風(fēng)速等)實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)分級預(yù)報(bào)、預(yù)警與應(yīng)急處置。研發(fā)隧道智能通風(fēng)系統(tǒng)。融合隧道作業(yè)區(qū)域有害氣體、粉塵、溫濕度、風(fēng)速等環(huán)境監(jiān)測，采用深度學(xué)習(xí)算法和隧道施工工序和環(huán)境狀態(tài)，實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)設(shè)備運(yùn)行和變頻器調(diào)整，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行，保障作業(yè)環(huán)境空氣質(zhì)量。無人駕駛技術(shù)帶動(dòng)了傳統(tǒng)運(yùn)輸轉(zhuǎn)型升級。隧道物料運(yùn)輸具有地下空間狹長、工況復(fù)雜多變、突發(fā)障礙物多等特點(diǎn)，盾構(gòu)/TBM智能運(yùn)輸系統(tǒng)融合大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了隧道車輛智能調(diào)度，無人駕駛。UWB)基站定位算法、車載UHF(UltraHighFrequency)無線定位、三維高精度激光雷達(dá)障礙物識(shí)別等技術(shù)，研發(fā)了隧道長距離無人駕駛運(yùn)輸系統(tǒng)，具備車輛智能啟停、自主轉(zhuǎn)向、車速自動(dòng)控制、智能避障、車道指引等功能，實(shí)現(xiàn)設(shè)定路線下L4級a)車輛行駛障礙物檢測b)運(yùn)輸車輛無人駕駛狀態(tài)工生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫、車輛運(yùn)行信息數(shù)據(jù)庫與列車限速狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。研發(fā)車輛調(diào)度管理系統(tǒng)，自動(dòng)生成當(dāng)日運(yùn)輸排班計(jì)劃表；根據(jù)軌線規(guī)劃、同向行車、對向錯(cuò)車、限速區(qū)域等條件控制車輛；實(shí)時(shí)進(jìn)行運(yùn)輸車輛在線調(diào)度，形成列車編組作業(yè)狀態(tài)檔案記錄。*為加強(qiáng)對工程項(xiàng)目全過程、全方位、全流程的施工管控，按照“一圖看全場，一模貫到底”理念，行業(yè)建立了工程智能管控平臺(tái)，形成了設(shè)計(jì)/施工數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)管理機(jī)制，提高了工程建造綜合效率，實(shí)現(xiàn)了工程全要素管控。搭建隧道建造工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。運(yùn)用BIM、GIS、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)，隧道結(jié)構(gòu)與裝備建模，數(shù)字孿生虛擬仿真，構(gòu)建虛實(shí)結(jié)合工程建造場景，實(shí)現(xiàn)一鍵數(shù)字巡檢，一鍵裝備維保。“一圖看全場、一屏管全程”,實(shí)時(shí)監(jiān)控項(xiàng)目的安全、質(zhì)量和進(jìn)度等工程動(dòng)態(tài)信息，實(shí)時(shí)進(jìn)行裝備運(yùn)行狀態(tài)、隧道結(jié)構(gòu)變形、地表沉降變化等監(jiān)測。隧道建造多智能體全面集成。平臺(tái)集成“智能感知、智能設(shè)計(jì)、智能預(yù)制、智能掘進(jìn)、智能安裝、智能構(gòu)筑、智能環(huán)控、智能運(yùn)輸、智能管控”等功能模塊?；诠蚕頂?shù)據(jù)，智能系統(tǒng)互相協(xié)同、有序運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)云端一鍵控制，智能系統(tǒng)自智能環(huán)控OO工程各生產(chǎn)要素協(xié)同管控。平臺(tái)打通人、料、機(jī)、法、環(huán)等隧道建造各生產(chǎn)要素?cái)?shù)據(jù)共享通道，建立各生產(chǎn)要素的智能互聯(lián)多業(yè)務(wù)互饋體系。具備安環(huán)、進(jìn)度、生產(chǎn)、人員、物料、設(shè)備、黨建等各生產(chǎn)要素項(xiàng)目協(xié)同管理功能。工程要素?cái)?shù)據(jù)互聯(lián)，項(xiàng)目管理業(yè)務(wù)互饋，工程資料自動(dòng)歸檔，業(yè)務(wù)報(bào)表自動(dòng)生成，實(shí)現(xiàn)了隧道工程建造管理轉(zhuǎn)型升級。四、面臨問題挑戰(zhàn)及對策(一)問題與挑戰(zhàn)隧道全要素?cái)?shù)據(jù)感知處理能力不高，影響盾構(gòu)/TBM隧道智能建造進(jìn)程。隧道智能建造多工序地上地下多場景復(fù)雜分布，隧道空間狹長、工程要素眾多。隧道全要素?cái)?shù)據(jù)感知能力尚有不足，管片接縫滲漏水、管片拼裝接縫寬度及錯(cuò)臺(tái)量均未實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化或智能化。地質(zhì)超前探測技術(shù)局限，多手段探測融合技術(shù)還存在短板，不同結(jié)構(gòu)化信息的異步性和矛盾性，地質(zhì)解譯成果難以精準(zhǔn)。圖像、視頻等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)傳輸、融合要求高。裝備運(yùn)行狀態(tài)傳感技術(shù)精度與控制系統(tǒng)匹配性還存在差距，新一代裝備技術(shù)適應(yīng)性技術(shù)需要迭代發(fā)展。隧道狹長空間全要素?cái)?shù)據(jù)感知傳輸融合處理技術(shù)有待提高。行業(yè)算法模型泛化能力不強(qiáng)，自主決策能力依然不足?，F(xiàn)件預(yù)警等算法模型，依賴于單一應(yīng)用場景，在不同工程跨域條多尺寸維度、多環(huán)境要素協(xié)同的算法挖掘是智能建造核心。隨著隧道建造技術(shù)機(jī)理發(fā)展與大數(shù)據(jù)挖掘深度融合，進(jìn)一步提升算法的普適性、準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性，最大化挖掘工程大數(shù)據(jù)應(yīng)用價(jià)值是后續(xù)發(fā)展的重點(diǎn)。國產(chǎn)工業(yè)設(shè)計(jì)軟件核心技術(shù)需要突破。工業(yè)軟件驅(qū)動(dòng)著制造管理流程優(yōu)化、生產(chǎn)模式改變以及全要素生產(chǎn)率提高，是加快建設(shè)現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系的重要工具。中國是世界第一大工業(yè)國，構(gòu)建了相對完備的產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈體系，但在工業(yè)軟件領(lǐng)域仍存在較為突出的問題。在工程建造領(lǐng)域，中國隧道建造設(shè)計(jì)、仿真等工業(yè)軟件已經(jīng)起步，但自生生態(tài)還沒有形成，依然受制國外，隧道智能建造轉(zhuǎn)型升