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“推動中國(guo)(guo)(guo)制造向(xiang)(xiang)中國(guo)(guo)(guo)創造轉(zhuan)變(bian)、中國(guo)(guo)(guo)速度向(xiang)(xiang)中國(guo)(guo)(guo)質(zhi)量轉(zhuan)變(bian)、中國(guo)(guo)(guo)產品向(xiang)(xiang)中國(guo)(guo)(guo)品牌轉(zhuan)變(bian)”的重要(yao)(yao)指(zhi)示，為(wei)我國(guo)(guo)(guo)制造業高質(zhi)量發展(zhan)提供了前進方向(xiang)(xiang)和(he)根本遵(zun)循。今年(nian)5月10日，“三個(ge)轉(zhuan)變(bian)”重要(yao)(yao)指(zhi)示將迎來七周年(nian)。中國(guo)(guo)(guo)網財經記者跟隨國(guo)(guo)(guo)資委(wei)免(mian)费菠萝视频app下载主辦(ban)的“走進新國(guo)(guo)(guo)企(qi)(qi)·智造中國(guo)(guo)(guo)”采(cai)訪活(huo)動，實地探訪中國(guo)(guo)(guo)制造企(qi)(qi)業踐(jian)行“三個(ge)轉(zhuan)變(bian)”的最(zui)新成果。

中(zhong)國網財(cai)經5月7日訊(xun)(記者 李(li)春暉(hui))硬(ying)巖隧道掘進機(TBM)，是盾構(gou)機家族(zu)中(zhong)“啃(ken)硬(ying)骨頭(tou)”的(de)(de)成員(yuan)，主(zhu)要用于穿山(shan)越嶺(ling)的(de)(de)硬(ying)質地(di)層隧道建設，因技術附加值高、制(zhi)作難度大(da)而(er)有著(zhu)“掘進機之(zhi)王”的(de)(de)稱號(hao)。

山嶺地區的地質(zhi)勘探有很大(da)局限性，無法詳盡呈現(xian)地層(ceng)狀(zhuang)況，這使得(de)TBM在掘進中(zhong)經常面臨著(zhu)“摸(mo)黑”前行。地層(ceng)狀(zhuang)況的復雜多(duo)變和不可(ke)預知(zhi)，增加(jia)了工程的難度和危險(xian)性。

作為“三個轉變”的(de)發(fa)源地(di)，中鐵(tie)裝備集團(tuan)聯合多個科研院所(suo)研發(fa)出(chu)TBM-SMART智能掘(jue)進系統，攻克了上述難題，將(jiang)“摸黑”掘(jue)進變成“透(tou)明”掘(jue)進、“智慧”掘(jue)進。

據(ju)悉(xi)，在掘進機產品智能化(hua)領域，中國企業(ye)已經和國際巨頭處于“并(bing)跑”階段，并(bing)且(qie)在個(ge)別技術(shu)上具有領先優勢。

給“鋼鐵蚯蚓”點亮雙眼

盾構(gou)機(ji)是隧道施工的最主(zhu)要(yao)設備(bei)，城市地鐵、山體隧洞、跨海隧道等等都(dou)離不開它。大型(xing)盾構(gou)機(ji)足有五六層樓(lou)高，是名副(fu)其實的大國(guo)重(zhong)器。

TBM在盾構系列產(chan)品(pin)中“牙口”最好，削巖如(ru)泥。它(ta)工(gong)作起來就像一只(zhi)巨大的(de)“鋼鐵蚯蚓”，通過前端持(chi)續旋(xuan)轉(zhuan)的(de)刀盤，將巖石“咬碎(sui)”，再把(ba)碎(sui)渣和巖粉通過螺(luo)旋(xuan)葉片等(deng)輸(shu)送到后方；一邊挖洞，一邊拼裝管片加(jia)固隧道。

而另一(yi)方(fang)面，TBM也(ye)如蚯(qiu)蚓一(yi)樣只能“摸(mo)黑”前(qian)行，對前(qian)方(fang)的地質狀況(kuang)缺乏感(gan)知。

“雖(sui)然前期為了確定隧洞的(de)(de)路線，會做地質勘探(tan)，但由于條(tiao)件限制，這種(zhong)勘探(tan)取樣會很‘稀疏’。”中鐵裝備集(ji)團智能院副院長荊留(liu)杰介紹，像一(yi)些山嶺隧道的(de)(de)埋深很深，要從(cong)山頂向(xiang)下(xia)鉆(zhan)孔取樣，工作難度很大(da)，通常(chang)只能隔一(yi)公里或兩公里鉆(zhan)一(yi)個孔。但是這一(yi)兩公里的(de)(de)間隔之內，地層(ceng)狀況又(you)有著(zhu)復(fu)雜變化。

如果在這期間遇到斷層和破碎(sui)帶，就(jiu)可能導致局部塌方，使(shi)TBM的刀盤卡頓(dun)或損毀(hui)，對成(cheng)本和工期都(dou)造成(cheng)很(hen)大消耗(hao)。

“如果前方(fang)出現不良地(di)層(ceng)，而我(wo)們還一(yi)無所知，設(she)備一(yi)頭扎進去了，問題就(jiu)很嚴重。”荊(jing)留(liu)杰表示，“這個(ge)時候(hou)我(wo)們對(dui)刀(dao)盤前面(mian)到底(di)是一(yi)個(ge)什么樣(yang)的(de)(de)地(di)層(ceng)、它是不是完整的(de)(de)、有(you)沒有(you)很多(duo)地(di)下水等等，這種‘往前想’、‘往前看’的(de)(de)需求就(jiu)特(te)別強烈。”

在國(guo)家973計劃支(zhi)持下(xia)，中(zhong)鐵(tie)裝備(bei)聯(lian)合北京工業(ye)大(da)(da)學(xue)、山東大(da)(da)學(xue)、武漢大(da)(da)學(xue)、浙江大(da)(da)學(xue)、中(zhong)國(guo)水(shui)利水(shui)電科(ke)學(xue)研(yan)(yan)究院(yuan)等TBM施工領域(yu)著名科(ke)研(yan)(yan)院(yuan)所，成立(li)TBM智(zhi)能(neng)化掘(jue)進(jin)聯(lian)合攻(gong)關團隊(dui)，經過(guo)十年協同攻(gong)關，攻(gong)克了(le)(le)TBM施工過(guo)程中(zhong)“巖體實時感知(zhi)難(nan)”、“TBM掘(jue)進(jin)精確控制難(nan)”兩大(da)(da)難(nan)題，研(yan)(yan)發了(le)(le)TBM-SMART智(zhi)能(neng)掘(jue)進(jin)系(xi)統。該系(xi)統可將“黑(hei)箱”掘(jue)進(jin)，變成“透明”掘(jue)進(jin)。

“原來(lai)TBM的刀(dao)盤(pan)是(shi)牙(ya)齒，但是(shi)沒有(you)眼(yan)睛和皮膚去感受前方是(shi)什么。這套智能(neng)掘進(jin)系(xi)統就是(shi)把‘實時感知(zhi)’功能(neng)加(jia)上去。”荊(jing)留杰介紹(shao)，TBM-SMART系(xi)統很(hen)像汽車的無人駕駛(shi)，后(hou)者加(jia)裝(zhuang)激光掃描、攝像頭、毫米(mi)波雷達等(deng)等(deng)，是(shi)為了探測(ce)路況(kuang)。TBM-SMART系(xi)統則(ze)是(shi)通過一系(xi)列技術(shu)手段來(lai)感知(zhi)地下的工況(kuang)。

“比如(ru)說(shuo)，我們通過加裝視覺傳感攝像頭，對排出(chu)來的(de)(de)渣片(pian)形狀(zhuang)進行識別，據此(ci)實時了解(jie)前(qian)方地(di)層的(de)(de)變(bian)化(hua)。”荊留(liu)杰舉例稱，如(ru)果排出(chu)的(de)(de)是巖粉(fen)和形狀(zhuang)規則(ze)的(de)(de)巖片(pian)，則(ze)表示(shi)前(qian)方地(di)質情況(kuang)較好(hao)；如(ru)果出(chu)現不(bu)規則(ze)的(de)(de)大塊，或者含(han)水(shui)量高，則(ze)預示(shi)著前(qian)方地(di)層比較不(bu)穩定。

“這時(shi)系統就會實時(shi)地(di)向司機發出(chu)安全預警，告知他現(xian)在(zai)進(jin)入了不良地(di)層，掘進(jin)的速(su)度，包括刀盤轉速(su)要慢(man)下來，以便減少擾(rao)動(dong)。”荊(jing)留杰(jie)稱。

在(zai)山(shan)東文(wen)登抽水(shui)蓄能電站(zhan)工(gong)程(cheng)中，TBM-SMART系(xi)統(tong)搭載(zai)到由(you)中鐵裝備(bei)集(ji)團自(zi)主(zhu)研制的世界首臺(tai)超小(xiao)轉彎半徑(jing)硬(ying)巖掘(jue)(jue)進機——“文(wen)登號”上(shang)。在(zai)施(shi)(shi)工(gong)過(guo)程(cheng)中，巖體參數(shu)預測(ce)準確度(du)平均88.9%，成(cheng)功預警卡機風險5次，實(shi)現了(le)直線段最高日進尺(chi)20.548米，曲線段最高日進尺(chi)11.165米施(shi)(shi)工(gong)記錄，相(xiang)比同類(lei)產品下掘(jue)(jue)進效(xiao)率提升(sheng)30%，保障(zhang)了(le)TBM安全、高效(xiao)掘(jue)(jue)進。

“對于地下工程來說(shuo)，對地質的(de)掌(zhang)握，才是(shi)智(zhi)能化(hua)的(de)基礎。”中鐵裝備集團副(fu)總經理王杜娟表示。

實(shi)現(xian)隧道掘(jue)進機(ji)的(de)實(shi)時感知、智(zhi)能決(jue)策、超前(qian)探測等，是(shi)全球(qiu)掘(jue)進機(ji)行業都在試圖攻克(ke)的(de)技術制高點(dian)。

王杜娟表示(shi)，在掘進機(ji)的(de)產品智能化方面，中國企業與國際(ji)(ji)巨頭(tou)已經(jing)處于“并跑”階段(duan)，個(ge)別(bie)技術上(shang)做到(dao)領先。“比如說我們(men)的(de)TBM-SMART 2.0已經(jing)在好幾個(ge)項目上(shang)得到(dao)應用，國際(ji)(ji)同(tong)行(xing)中還沒(mei)有。”

“在巖體的實時感知方面(mian)，以及掘進參數的智(zhi)能控制(zhi)和優化(hua)方面(mian)，我們(men)與國際同行相比是處(chu)于領先的。”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(tie)蚯(qiu)蚓”還是需要司機(ji)來(lai)駕駛的(de)(de)。在地(di)下施工中，尤其是在地(di)質勘測不詳盡的(de)(de)情況(kuang)下，掘進過(guo)程中各種狀況(kuang)的(de)(de)處置，通常依賴于(yu)司機(ji)的(de)(de)個人(ren)(ren)(ren)經驗。然而一(yi)(yi)方面(mian)經驗豐富(fu)的(de)(de)操作員人(ren)(ren)(ren)數有限，另(ling)一(yi)(yi)方面(mian)，人(ren)(ren)(ren)的(de)(de)集中力、注意力會受到身體狀況(kuang)、外界環境(jing)等多種因(yin)素影響。

“我們正在(zai)研究(jiu)實現掘進中的(de)智能決策。”荊留杰介紹(shao)，通過(guo)將眾(zhong)多資深駕駛員的(de)“經驗(yan)”數(shu)字化，形成(cheng)大數(shu)據系(xi)統，再(zai)用大數(shu)據來指導(dao)其他駕駛員的(de)實踐(jian)。

“將(jiang)優秀駕(jia)駛員的(de)操作以數字(zi)(zi)化方(fang)式記(ji)錄(lu)下來，包括他(ta)在各(ge)種(zhong)地(di)(di)層(ceng)下分別(bie)采取哪些(xie)操作方(fang)式。慢慢地(di)(di)數據(ju)積(ji)累多了，就可以去開發一種(zhong)駕(jia)駛經(jing)驗模型。未來其他(ta)駕(jia)駛員遇到這種(zhong)類似地(di)(di)層(ceng)，就可以應(ying)用這種(zhong)模型中的(de)掘(jue)進方(fang)式，實現從人工經(jing)驗到數字(zi)(zi)化控(kong)制(zhi)或者自動(dong)化控(kong)制(zhi)。”

中鐵裝(zhuang)備集團做了大量的掘進(jin)實驗(yan)，收集不同地層需要什么樣(yang)的參數(shu)，再通過歷史數(shu)據的反衍，通過大數(shu)據分析，對未來的掘進(jin)施工(gong)進(jin)行指(zhi)導(dao)。

以大數(shu)據為依托，TBM-SMART系統(tong)可(ke)以幫助(zhu)司機輕松掌(zhang)握前(qian)方的巖體情(qing)況，實時(shi)監測設備卡機風險，同時(shi)提供最佳操作建議(yi)，實現“智慧”掘進。

另外，在掘進(jin)參數優化方(fang)面(mian)，大數據(ju)(ju)可(ke)以幫助找到掘進(jin)效(xiao)率與(yu)設備(bei)使(shi)用壽命(ming)之間的最(zui)優解。“我們肯定是(shi)(shi)希望設備(bei)掘進(jin)效(xiao)率高一(yi)點(dian)，但是(shi)(shi)高到什么程度，還是(shi)(shi)要有一(yi)定限(xian)制條件的，即要兼顧(gu)它的長期健康運(yun)轉。”荊留(liu)杰介(jie)紹，TBM-SMART系統(tong)可(ke)以根據(ju)(ju)不(bu)(bu)同(tong)的地層，向司機推薦最(zui)優掘進(jin)參數，既高效(xiao)又安全，也能保證(zheng)長期掘進(jin)的時(shi)候設備(bei)不(bu)(bu)出故障。

那么未來TBM能否實現“無人駕駛”？“其實現在最大的(de)問題還(huan)是數(shu)據的(de)量(liang)，或者數(shu)據獲取(qu)的(de)問題。”荊留(liu)杰(jie)表(biao)示。

隨著數(shu)字經濟時代到來(lai)，“數(shu)據(ju)”已經成為一種重(zhong)要(yao)(yao)的資產和生(sheng)產要(yao)(yao)素，甚至有了數(shu)據(ju)即“石油”、數(shu)據(ju)即財富的說(shuo)法。

在隧道建設領域(yu)，地質數據、施(shi)工數據、建筑結構(gou)三維模型等等分(fen)屬于業主、施(shi)工方(fang)、設備制造方(fang)等各方(fang)參與(yu)者，在數據使用(yong)和(he)歸屬方(fang)面仍存(cun)在不小的壁壘(lei)。

“如果大家能建立(li)一個(ge)‘數據(ju)池’、‘數據(ju)湖’，實現共(gong)享，在這個(ge)基礎(chu)上，智能制造才能更好地賦能到我們實際的業(ye)務中。”荊留(liu)杰表示。

“現在我們(men)正(zheng)在探索一(yi)些模式，看(kan)看(kan)能不能實(shi)現數據(ju)的分享，讓(rang)數據(ju)支撐在產品智能化方面發揮更大(da)的作用。”王杜娟表示。

【責任編輯：語謙】