文章來源(yuan)：中國網 發(fa)布時間：2022-05-08
“推(tui)動中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)制造(zao)向中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)創造(zao)轉(zhuan)(zhuan)變、中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)速度向中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)質量(liang)轉(zhuan)(zhuan)變、中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)產品向中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)品牌轉(zhuan)(zhuan)變”的重要指(zhi)示，為我國(guo)(guo)制造(zao)業高質量(liang)發(fa)展提供了前進(jin)方向和(he)根(gen)本遵循。今年(nian)5月10日(ri)，“三(san)個轉(zhuan)(zhuan)變”重要指(zhi)示將迎來七周年(nian)。中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)網財經記者跟(gen)隨國(guo)(guo)資委免费菠(bo)萝视频app下载(zai)主辦(ban)的“走進(jin)新(xin)國(guo)(guo)企·智造(zao)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)”采(cai)訪(fang)活動，實地探訪(fang)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)(guo)制造(zao)企業踐行“三(san)個轉(zhuan)(zhuan)變”的最新(xin)成(cheng)果。
中國網財經5月7日(ri)訊(記(ji)者 李春暉)硬巖隧道掘進(jin)機(TBM)，是盾構機家族中“啃硬骨(gu)頭(tou)”的(de)(de)成員，主要(yao)用于穿山(shan)越嶺(ling)的(de)(de)硬質地層隧道建設，因(yin)技術附加值高、制(zhi)作難度大而有著“掘進(jin)機之王(wang)”的(de)(de)稱(cheng)號(hao)。
山嶺地(di)區的地(di)質勘探(tan)有很大(da)局(ju)限性(xing)，無(wu)法詳盡呈現地(di)層(ceng)狀況(kuang)，這使得TBM在掘進中經常面臨著“摸黑”前行(xing)。地(di)層(ceng)狀況(kuang)的復雜多變和不可預(yu)知，增加了工程的難(nan)度和危險性(xing)。
作為(wei)“三個(ge)轉變”的(de)發源地，中(zhong)鐵裝備(bei)集團(tuan)聯合多個(ge)科研院所研發出TBM-SMART智能掘(jue)(jue)進系統，攻(gong)克(ke)了上述(shu)難題(ti)，將(jiang)“摸黑”掘(jue)(jue)進變成“透明”掘(jue)(jue)進、“智慧”掘(jue)(jue)進。
據(ju)悉，在掘(jue)進機產品智能化領域，中國(guo)企業已經和(he)國(guo)際巨(ju)頭處于“并跑”階段，并且(qie)在個別(bie)技術上具有領先優勢。
給“鋼鐵蚯蚓”點亮雙眼
盾(dun)構機(ji)是隧道(dao)施工(gong)的最(zui)主要設備，城市地鐵(tie)、山體隧洞、跨海隧道(dao)等等都離不開它。大(da)型盾(dun)構機(ji)足(zu)有五六層樓高，是名副(fu)其實的大(da)國重(zhong)器。
TBM在盾構系列產品中“牙口”最(zui)好，削巖(yan)如泥。它工(gong)作起來就(jiu)像一(yi)只(zhi)巨大的“鋼鐵蚯蚓”，通過前(qian)端(duan)持續旋轉(zhuan)的刀(dao)盤，將巖(yan)石(shi)“咬碎”，再把碎渣和巖(yan)粉通過螺旋葉片等輸送到后方；一(yi)邊挖(wa)洞，一(yi)邊拼裝管片加固隧(sui)道。
而另一(yi)方(fang)面，TBM也如蚯蚓一(yi)樣只能“摸黑”前行，對(dui)前方(fang)的地(di)質(zhi)狀(zhuang)況(kuang)缺乏(fa)感知(zhi)。
“雖然前期為了確定隧洞的路線，會(hui)做(zuo)地(di)質(zhi)勘(kan)探，但(dan)由于條(tiao)件限制(zhi)，這種勘(kan)探取樣會(hui)很‘稀疏’。”中鐵裝備集(ji)團智能院(yuan)副院(yuan)長(chang)荊(jing)留杰(jie)介紹，像(xiang)一(yi)(yi)些山嶺隧道的埋深很深，要從山頂向下鉆(zhan)孔(kong)取樣，工作難度很大，通常(chang)只能隔(ge)(ge)一(yi)(yi)公(gong)里(li)或兩公(gong)里(li)鉆(zhan)一(yi)(yi)個孔(kong)。但(dan)是(shi)這一(yi)(yi)兩公(gong)里(li)的間隔(ge)(ge)之內(nei)，地(di)層狀況又(you)有著復(fu)雜變化。
如果在這期(qi)間遇到斷層(ceng)和破碎帶，就可能(neng)導致(zhi)局(ju)部塌方(fang)，使(shi)TBM的刀盤(pan)卡頓或損毀，對成本和工(gong)期(qi)都造成很大消(xiao)耗。
“如果前方出(chu)現不(bu)良(liang)地(di)(di)層，而我們還一(yi)無所知，設備一(yi)頭扎進去了，問(wen)題就(jiu)很嚴重。”荊留杰表示(shi)，“這個時(shi)候我們對刀盤前面到底是(shi)一(yi)個什么樣的地(di)(di)層、它是(shi)不(bu)是(shi)完整的、有(you)沒有(you)很多(duo)地(di)(di)下(xia)水等(deng)等(deng)，這種‘往前想’、‘往前看’的需求就(jiu)特別強烈(lie)。”
在(zai)國(guo)家973計(ji)劃支持(chi)下，中(zhong)(zhong)(zhong)鐵裝備聯合北京工業大學(xue)、山東大學(xue)、武(wu)漢大學(xue)、浙江(jiang)大學(xue)、中(zhong)(zhong)(zhong)國(guo)水(shui)利水(shui)電科學(xue)研(yan)(yan)究(jiu)院等TBM施工領域著名科研(yan)(yan)院所，成立(li)TBM智能(neng)化掘進(jin)聯合攻關(guan)團(tuan)隊，經過十年協同攻關(guan)，攻克了(le)TBM施工過程中(zhong)(zhong)(zhong)“巖體實時感知難”、“TBM掘進(jin)精確控制難”兩大難題，研(yan)(yan)發了(le)TBM-SMART智能(neng)掘進(jin)系統。該系統可(ke)將“黑箱”掘進(jin)，變(bian)成“透明”掘進(jin)。
“原來TBM的(de)刀盤是(shi)(shi)(shi)(shi)牙齒，但是(shi)(shi)(shi)(shi)沒有眼睛和(he)皮(pi)膚去感(gan)(gan)受前方是(shi)(shi)(shi)(shi)什么。這套(tao)智能掘進系統(tong)就是(shi)(shi)(shi)(shi)把‘實時感(gan)(gan)知’功能加(jia)上(shang)去。”荊留杰介(jie)紹(shao)，TBM-SMART系統(tong)很像汽車(che)的(de)無人駕駛，后者加(jia)裝(zhuang)激光掃描、攝像頭、毫米(mi)波雷達等等，是(shi)(shi)(shi)(shi)為了探測路況。TBM-SMART系統(tong)則是(shi)(shi)(shi)(shi)通過(guo)一(yi)系列技術手段(duan)來感(gan)(gan)知地(di)下的(de)工況。
“比如(ru)說，我們通(tong)過加裝(zhuang)視覺傳感(gan)攝(she)像頭，對排出來(lai)的渣片形狀進行識別，據此實時了解前方地層(ceng)的變化(hua)。”荊(jing)留杰舉例稱，如(ru)果(guo)排出的是(shi)巖(yan)粉和形狀規則的巖(yan)片，則表示前方地質情況(kuang)較好；如(ru)果(guo)出現不規則的大塊(kuai)，或者含水量(liang)高，則預示著前方地層(ceng)比較不穩定。
“這時系(xi)統就會實(shi)時地向司機發出安全(quan)預警，告(gao)知(zhi)他(ta)現(xian)在進入(ru)了不(bu)良地層(ceng)，掘進的速度，包括刀盤轉(zhuan)速要慢下來(lai)，以便減少擾動。”荊留杰稱。
在山東文登抽水蓄能電站工(gong)(gong)程中，TBM-SMART系(xi)統搭(da)載到(dao)由(you)中鐵裝備集團(tuan)自主研制的世界(jie)首臺超(chao)小轉彎(wan)半徑(jing)硬巖掘(jue)進機——“文登號”上(shang)。在施工(gong)(gong)過(guo)程中，巖體參數預(yu)測準確度平均(jun)88.9%，成(cheng)功(gong)預(yu)警(jing)卡機風險5次，實現了(le)直線(xian)段(duan)(duan)最高(gao)日(ri)進尺(chi)20.548米，曲線(xian)段(duan)(duan)最高(gao)日(ri)進尺(chi)11.165米施工(gong)(gong)記錄，相比(bi)同(tong)類產(chan)品下掘(jue)進效率(lv)提(ti)升30%，保障了(le)TBM安(an)全、高(gao)效掘(jue)進。
“對(dui)于地(di)下工程來說，對(dui)地(di)質的掌(zhang)握，才是智能化的基礎。”中(zhong)鐵(tie)裝備集團副總經理(li)王杜娟表(biao)示。
實(shi)現隧道掘進(jin)(jin)機(ji)的(de)實(shi)時(shi)感知、智能決策、超前探測等，是全球掘進(jin)(jin)機(ji)行業都(dou)在(zai)試圖攻克(ke)的(de)技術(shu)制高點。
王杜娟表示，在掘進機的產品智(zhi)能(neng)化方面，中國企業(ye)與國際巨頭(tou)已經(jing)處于“并跑”階(jie)段(duan)，個別(bie)技術(shu)上做到領(ling)先。“比如說我們(men)的TBM-SMART 2.0已經(jing)在好(hao)幾(ji)個項目上得到應用(yong)，國際同行中還(huan)沒有。”
“在巖體的實時(shi)感知方面，以及掘進(jin)參數的智(zhi)能控制和優(you)化(hua)方面，我們(men)與國際同(tong)行相比是處于(yu)領(ling)先的。”荊留杰表示。
硬巖TBM （中鐵裝備供圖）
以大數據打造“智能決策”
目(mu)前“鋼鐵蚯蚓(yin)”還是(shi)(shi)需要司機來駕駛的(de)。在(zai)地下(xia)施工中，尤其是(shi)(shi)在(zai)地質勘測不詳盡的(de)情況下(xia)，掘進(jin)過(guo)程中各(ge)種(zhong)狀況的(de)處置(zhi)，通常依賴于司機的(de)個人(ren)經(jing)驗(yan)。然而一方面(mian)經(jing)驗(yan)豐(feng)富(fu)的(de)操作(zuo)員(yuan)人(ren)數有限(xian)，另一方面(mian)，人(ren)的(de)集(ji)中力、注意力會受到身(shen)體狀況、外界環境等多種(zhong)因(yin)素影響。
“我們(men)正在(zai)研究實現(xian)掘進中的(de)智(zhi)能決策。”荊留杰介(jie)紹(shao)，通過將(jiang)眾(zhong)多資(zi)深駕(jia)駛員的(de)“經驗”數(shu)字化(hua)，形成大數(shu)據系(xi)統，再用(yong)大數(shu)據來指導其他駕(jia)駛員的(de)實踐。
“將優秀駕駛(shi)員(yuan)的(de)操(cao)作(zuo)以數(shu)字化(hua)方(fang)式記錄下來，包括他(ta)在各種地層下分別采取哪些操(cao)作(zuo)方(fang)式。慢(man)慢(man)地數(shu)據積累多了(le)，就可以去開發一(yi)種駕駛(shi)經(jing)驗模(mo)(mo)型。未來其他(ta)駕駛(shi)員(yuan)遇到這種類(lei)似地層，就可以應(ying)用這種模(mo)(mo)型中的(de)掘進方(fang)式，實現從人工經(jing)驗到數(shu)字化(hua)控制(zhi)或者自動化(hua)控制(zhi)。”
中鐵裝備集團做了(le)大(da)量的掘進實驗，收集不(bu)同地(di)層需要什么樣的參數(shu)，再(zai)通(tong)(tong)過歷(li)史數(shu)據的反(fan)衍，通(tong)(tong)過大(da)數(shu)據分析，對未來的掘進施工進行(xing)指導(dao)。
以大數據為依托，TBM-SMART系統可以幫助司機(ji)(ji)輕(qing)松掌(zhang)握前方的(de)巖體情況，實時(shi)監測設備卡(ka)機(ji)(ji)風險，同時(shi)提供最佳操(cao)作建議，實現(xian)“智(zhi)慧”掘(jue)進。
另外(wai)，在掘(jue)(jue)進(jin)參(can)數(shu)(shu)(shu)優(you)化(hua)方面，大(da)數(shu)(shu)(shu)據可(ke)以幫助找到(dao)掘(jue)(jue)進(jin)效(xiao)率與(yu)設(she)(she)備(bei)使用壽命之間的(de)最優(you)解。“我們肯(ken)定(ding)是希望設(she)(she)備(bei)掘(jue)(jue)進(jin)效(xiao)率高(gao)一點(dian)，但是高(gao)到(dao)什么程(cheng)度，還是要有一定(ding)限制條(tiao)件的(de)，即要兼(jian)顧(gu)它(ta)的(de)長期(qi)健康(kang)運轉。”荊(jing)留杰介紹(shao)，TBM-SMART系統可(ke)以根據不同的(de)地層，向司機推薦最優(you)掘(jue)(jue)進(jin)參(can)數(shu)(shu)(shu)，既高(gao)效(xiao)又(you)安全，也(ye)能保證長期(qi)掘(jue)(jue)進(jin)的(de)時候(hou)設(she)(she)備(bei)不出(chu)故障。
那么未來TBM能否實現“無人(ren)駕駛”？“其實現在最(zui)大(da)的問題還是數據(ju)的量(liang)，或者數據(ju)獲(huo)取的問題。”荊留杰表示。
隨著(zhu)數(shu)字經濟時(shi)代到來，“數(shu)據”已經成為一(yi)種重要的資產和生(sheng)產要素，甚至有了數(shu)據即“石油”、數(shu)據即財(cai)富(fu)的說(shuo)法。
在隧道建設領(ling)域，地質數(shu)(shu)(shu)據(ju)、施工(gong)數(shu)(shu)(shu)據(ju)、建筑結構三維(wei)模型等(deng)等(deng)分屬(shu)于業主、施工(gong)方(fang)(fang)(fang)、設備制造方(fang)(fang)(fang)等(deng)各方(fang)(fang)(fang)參(can)與者，在數(shu)(shu)(shu)據(ju)使用和歸屬(shu)方(fang)(fang)(fang)面(mian)仍(reng)存在不小的壁壘。
“如果大家能建立一個(ge)‘數據(ju)池’、‘數據(ju)湖’，實現(xian)共享，在(zai)這個(ge)基礎上，智(zhi)能制造才(cai)能更好地賦(fu)能到我們實際的業務中。”荊(jing)留(liu)杰(jie)表(biao)示。
“現在(zai)我們正(zheng)在(zai)探索一些模式(shi)，看看能不(bu)能實現數據的分(fen)享，讓數據支撐在(zai)產品智(zhi)能化方(fang)面發揮更大的作用。”王(wang)杜娟(juan)表示。
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