数智赋能，引领盾构隧道“智造”新时代（智慧隧道及其关键技术）

飞天有神舟，潜海有蛟龙，追风有高铁，入地有盾构。盾构机作为建设隧道的“掘进神器”，犹如在黑暗中开车，复杂的环境让它步履维艰，面临施工风险、质量、效率等多方面隐患。而如今，重达上千吨的盾构机将有望通过“人工智能”，自动挖掘出一条条地铁、公路隧道。

近日，上海市科委重点扶持项目《远程控制的自动掘进智能盾构研发》通过了朱合华院士领衔的专家组的综合绩效评价，研究成果总体达到国际领先水平，意味着盾构施工新一轮技术革命拉开序幕，逐步迈入盾构隧道“智造”新时代。

“智慧”良方重塑行业格局

目前，盾构法隧道建造技术取得了长足发展，已形成了一套全面的技术体系，积累了不少经验。但管理方法还是较为传统，人为因素影响大，工程风险与质量隐患依然较大。

近年来，新一代信息技术的进步为盾构法隧道建造向数字化、智能化方向发展提供了“加速度”，国家和地方政府也出台了多项政策推动建造产业体系智能化升级。在上海市科委的支持下，上海隧道工程有限公司联合上海大学、上海航天卫星应用有限公司等单位，开展了《远程控制的自动掘进智能盾构研发》的科技攻关。

作为中国盾构法隧道的先行者——上海隧道凭借半个多世纪的工程建设经验和海量数据积累，在研发应用“超级大脑——盾构管控系统平台”的基础上，率先在行业内制造了首台智能盾构。该盾构可以在精准感知施工信息的基础上，快速判断自身状态并认知周边环境，自动对盾构机发出指令，实现地下工程更适应、更快速、更安全的智慧化无人掘进！

“核芯”控制启航智能盾构

技术转型升级是行业发展的源动力。面向盾构自动化、智能化的发展需求，一直致力于技术创新的上海隧道清晰感知行业变革触角，在从“质”变到“智”变的过程中，走出了一条属于自己的智能盾构之路。从“知识”驱动到“知识 管理”驱动，再转型为“知识 数据”双驱动，有互联网、大数据、5G 网络等新一代信息技术的催生因素，更有公司多年来的科研思考和技术沉淀。

1992年，开发“知识”驱动的“盾构法隧道施工专家系统”，实现了盾构穿越敏感建筑物的安全性预测。

2003年，开发“知识 管理”驱动的“盾构法隧道信息化施工管理系统”，实现盾构穿越敏感建筑物的沉降动态预测，并提出盾构施工关键控制参数。

2015年，创建“盾构法隧道施工管控平台”，形成了“实时数据动态管控 数据分析辅助决策”管理模式，全面实现了盾构施工管控和盾构设备管控。

目前，盾构管控平台已实现近500公里隧道建设的全方位管控，集聚了超过10T的海量数据资产，形成了“抽屉里的数据库”。

依托盾构管控平台的海量数据，上海隧道率先在行业内提出了智能盾构这一招“先手棋”，将大数据、5G网络和人工智能等多种数字技术与传统盾构设计、制造和施工技术全面融合。

研发攻关团队构建了基于人类行为理论的多层级盾构自主掘进智能控制体系，提出了一种数-图-数多重转换的异常发现算法，创建了盾构掘进环境辨识、盾构机立体位姿规划与控制、地面变形规划与自适应控制和多参量协同控制等系列智能模型，为盾构自动掘进时周边环境的安全控制和隧道轴线的精准控制提供了智能“核芯”。

2020年，上海隧道将“超级大脑”植入了“掘进神器”，研制了首台具有自主决策和自动掘进能力的智能盾构——“智驭号”，可在自动巡航和远程控制两种模式间切换，确保掘进的可靠性和稳定性，开展了绍兴、南京、郑州、上海等多个城市轨道交通区间隧道的示范应用，完成了384m连续无人工干预的盾构自主掘进，隧道轴线偏差±30mm，地面隆沉控制在-20mm～ 7mm，明显高于国家标准规范的控制指标。

智能建造”点亮”城市未来

随着数字经济时代的到来，隧道施工企业面临的不仅是科研技术发展的全新挑战，更是破局、落子的重大机遇。在国家交通强国建设等顶层设计的战略统筹下，培育隧道产业新业态、新模式，用活、用深、用透上海隧道多年积累的海量数据资产，用企业技术发展推动行业转型升级，相信未来的智能化道路，道阻且长，行则将至，但行则不辍，未来可期。