应读者私信要求，本期为大家带来的是地铁工程智能建造实施应用案例。2023年8月，中国中铁股份有限公司科技创新部部长、正高级工程师伍军先生受邀在智能建造专业师资能力提升公益培训活动中分享了地铁工程中智能建造技术应用，以下根据公开分享材料梳理成文，供行业同仁学习交流。
项目概况：
项目位于上海机场联络线的一段隧道工程，区间全场4.72km，采用单洞双线布置形式。项目采用直径14.04m的泥水盾构施工，管片内外径分别为12.5m和13.6m。该项目的内部结构预制化率达到了96%，也是国内首个全预制结构的隧道项目。隧道于2023年4月全线贯通，全隧采用智能模式掘进780环，采用机器人拼装弧形件1900块、中隔墙2300块。施工建设过程中实现了盾构机、拌和站、钢加工厂等关键生产要素通过数据平台的互联互通，共产生有效数据130GB。该项目创新性的应用了多项智能建造技术，为整个项目建造提质增效：
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一、盾构智能掘进技术的应用
为什么要开展数字混合驱动的智能掘进技术应用？正如前面我们所谈到的，在传统业务领域中，人往往是操作和决策中的不确定性因素，虽然目前很多复杂的系统和设备的操作都配备了专业化的工业系统配合操作人员，但受限于操作水平因人而异且存在个人对风险的偏好，盾构机的操作员仍然是一个不确定性的风险因素，由此带来的影响只有通过技术进步才能彻底的消除。盾构机作为现代化的专业化设备，本身就具备很好的机械化和信息化的基础，可以将盾构机操作员的操作转化为数据进行采集和传输，结合同期采集的地层和其他施工信息，采用深度学习方法训练专用行业大模型，植入盾构控制系统，实现智能掘进。数据处理方法：通过构建工程数据样本集，建立机器学习参数训练模型，并根据掘进参数与地质之间的契合关系和训练模型的需要，对盾构操作数据和地层信息等方面的海量数据进行清洗去噪。将盾构掘进当前工程地质、掘进参数等输入算法模型，模型进行计算后向盾构实际推送刀盘转速、推进速度等参数，同时对比盾构实际的实际操作对推送参数进行可靠性自评价，逐步完善盾构掘进自适应决策算法。在盾构机进入曲线段或者姿态不正常时需要进行姿态调整，算法模型会依据当前盾构姿态、管片间隙、掘进主要参数等给出姿态调整的策略和调整过程，并结合实际操作验证其可行性和可靠性。模型也会对类似地层预测数据与实时数据进行相关性分析，建立关键参数预警方法和异常事件的熔断机制，确保盾构施工的安全底线。应用价值：盾构智能掘进系统在该项目上应用，累计无人工干预情况下整环掘进780环，隧道线性公差控制在±30mm，管片错台小于2mm，掘进效率提高33%，操作人员由3人减少至1人，地表最大沉降控制在13mm以内！![]()
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二、弧形件智能拼装设备与技术
工程问题：盾构隧道下部结构一般为口子件，由管片吊车进行吊装。由于口子件仅有隧道的三分之一宽，需要另外搭设临时通道，施工完成后再拆除，现浇形成路面。口子件的安装要长时间占用管片吊车，经常影响管片的拼装从而降低了掘进效率。
解决方案：将盾构隧道下部结构修改为三口弧形件后，一次安装解决了洞内的交通问题。利用弧形件内部空间行走，不占用空间资源，且配备智能算法自行测算安装参数，自主执行安装动作，无需人工干预，安装精度高且一致性较好。
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设备的主要构成：
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三、中隔墙智能拼装设备与技术
工程问题：由于中隔墙过于“高大”，以往都是采用现浇的方式完成施工，完全占用隧道空间，无法进行其他施工，而采用预制拼装方式也有很多技术难题。中隔墙高达9米，通过肉眼观察很难满足施工精度要求。
解决方案：项目设计门架式的安装机构能够很好地满足隧道内通行需求，系统采用机器视觉算法自动识别中隔墙的抓取位置信息，由激光测距设备获取相对位置关系，工控机解算后驱动机械臂自主完成拼装工作。- 拼装精度高：误差由20mm左右降至0.5~1mm；
- 作业效率高：安装时间38分钟，比现浇效率提升10倍；
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四、盾构设备状态在线监测技术
工程问题：盾构作为复杂且工作环境恶劣的设备，需要对关键部件和系统进行检测，以提高设备保障率，避免重大设备故障的发生。受限于技术限制，盾构机的油液品质需要送样检测，主轴承的基本状态无从获取。解决方案：项目研发应用了油液与主驱动振动在线监测技术与设备，能够在线进行盾构主要系统的油液质量和主驱动主轴承、电机、减速箱等振动频谱分析，实时进行油液污染度与主驱动故障诊断预警。同步建立故障诊断系统，实现信息预警、算法预警与专家诊断相结合。![]()
应用效果：盾构设备状态在线监测技术已经作为标准配置应用到了中国中铁承建的盾构工程中，有效提升了设备维保效率，降低了设备故障率。
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五、隧道结构综合智能检测车
工程问题：长期运营后，隧道结构会出现多病害，传统的检测设备一次只能检测一到两种病害类型，检测效率比较低。同时，雷达在作业时必须贴近结构面，对于有结构附属物的隧道很难进行检测。各种检测数据量大且专业，由人工进行识别判断周期较长。
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解决方案：项目研制了具备综合检测能力的结构检测车，整合了表观检测、内部缺陷检测、净空检测等多种检测类型。并且自主研发了空气耦合雷达以及配套的变尺度空间机械臂算法，可以距离检测对象0.5~4m进行作业。研发了表观病害图像识别人工智能算法，实现了表观病害信息的快速识别与标注。![]()
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以上成果在上海机场联络线11标段进行了现场应用，累计智能掘进1200环，智能拼装弧形件1800块，拼装中隔墙2300块，大幅提升了现场施工下利率，有效提高了工程建设品质！
专题回顾：
延伸阅读：
1、发展智能建造的理论基础——关于供给侧结构性改革的初步认识
2、丁烈云院士科研团队-智能建造关键领域技术发展的战略思考的概念解读（一）
