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“推動中國(guo)制造(zao)(zao)向(xiang)中國(guo)創造(zao)(zao)轉(zhuan)變、中國(guo)速度向(xiang)中國(guo)質量(liang)轉(zhuan)變、中國(guo)產(chan)品(pin)向(xiang)中國(guo)品(pin)牌轉(zhuan)變”的重(zhong)(zhong)要(yao)指示，為我國(guo)制造(zao)(zao)業(ye)高質量(liang)發展提供了前進方向(xiang)和根(gen)本遵循。今年5月(yue)10日(ri)，“三個(ge)轉(zhuan)變”重(zhong)(zhong)要(yao)指示將(jiang)迎來七周年。中國(guo)網財經(jing)記者跟隨國(guo)資委免费(fei)菠(bo)萝(luo)视频(pin)app下载主辦(ban)的“走進新國(guo)企(qi)·智造(zao)(zao)中國(guo)”采(cai)訪(fang)(fang)活動，實地探訪(fang)(fang)中國(guo)制造(zao)(zao)企(qi)業(ye)踐行“三個(ge)轉(zhuan)變”的最新成果。

中國網財經5月7日(ri)訊(記者 李春暉)硬(ying)(ying)巖(yan)隧道掘(jue)進機(ji)(TBM)，是盾構機(ji)家族中“啃硬(ying)(ying)骨頭”的(de)成(cheng)員，主要用于穿山越嶺的(de)硬(ying)(ying)質(zhi)地層隧道建設，因技術附(fu)加值高、制作難度大而有(you)著“掘(jue)進機(ji)之王”的(de)稱號。

山嶺地區的(de)地質勘探(tan)有很大局(ju)限性，無(wu)法詳盡呈(cheng)現地層狀(zhuang)況(kuang)，這使(shi)得TBM在(zai)掘進中(zhong)經常面(mian)臨著“摸(mo)黑”前行。地層狀(zhuang)況(kuang)的(de)復雜多變和不可預知(zhi)，增(zeng)加(jia)了工程的(de)難度和危(wei)險性。

作為“三個轉變”的發源(yuan)地，中鐵裝備集團聯合多(duo)個科研院所研發出TBM-SMART智能掘進系統，攻克了上述難題，將“摸(mo)黑”掘進變成(cheng)“透明”掘進、“智慧(hui)”掘進。

據悉，在(zai)掘進機產品(pin)智能化(hua)領(ling)域，中國(guo)(guo)企業已經和國(guo)(guo)際巨頭處(chu)于“并(bing)跑”階段(duan)，并(bing)且(qie)在(zai)個(ge)別技術上具有(you)領(ling)先(xian)優勢。

給“鋼鐵蚯蚓”點亮雙眼

盾構機(ji)是(shi)隧道施工的最主要設備，城市地(di)鐵、山體隧洞、跨海隧道等(deng)(deng)等(deng)(deng)都離不開(kai)它。大型盾構機(ji)足有五六層樓高，是(shi)名副其實的大國重器。

TBM在盾構系列產品中“牙口”最好(hao)，削巖(yan)如(ru)泥。它工作起來就像一(yi)只巨大的“鋼鐵蚯蚓”，通過前端(duan)持續旋(xuan)轉的刀盤，將(jiang)巖(yan)石“咬(yao)碎(sui)(sui)”，再把(ba)碎(sui)(sui)渣和巖(yan)粉通過螺旋(xuan)葉(xie)片(pian)等輸送(song)到后方；一(yi)邊(bian)挖洞，一(yi)邊(bian)拼裝管(guan)片(pian)加固隧道。

而另一(yi)方面，TBM也如蚯蚓一(yi)樣只能“摸(mo)黑”前行，對前方的地質狀況缺乏(fa)感知(zhi)。

“雖(sui)然前(qian)期為了確定隧洞的路線，會做地質勘(kan)探，但由于條件限制，這(zhe)種勘(kan)探取(qu)樣會很‘稀疏’。”中鐵裝備集(ji)團智能院(yuan)副院(yuan)長荊(jing)留杰介紹，像一(yi)(yi)些山嶺隧道的埋深(shen)(shen)很深(shen)(shen)，要(yao)從山頂向下鉆(zhan)孔取(qu)樣，工(gong)作難(nan)度(du)很大，通(tong)常只能隔一(yi)(yi)公(gong)里(li)或兩公(gong)里(li)鉆(zhan)一(yi)(yi)個孔。但是這(zhe)一(yi)(yi)兩公(gong)里(li)的間隔之內，地層狀況又有著復雜變化。

如(ru)果在這期(qi)(qi)間遇(yu)到(dao)斷層和(he)破(po)碎帶(dai)，就可(ke)能導(dao)致局部塌方，使TBM的刀盤(pan)卡頓或損(sun)毀(hui)，對成本(ben)和(he)工期(qi)(qi)都造(zao)成很大消耗。

“如果前方出現不良地層，而我(wo)們還一無所知，設備一頭扎進(jin)去了，問題就很(hen)嚴(yan)重(zhong)。”荊留杰表示，“這(zhe)個時(shi)候我(wo)們對刀盤(pan)前面到底是一個什(shen)么(me)樣的(de)地層、它是不是完整的(de)、有沒有很(hen)多地下水等(deng)等(deng)，這(zhe)種(zhong)‘往(wang)前想(xiang)’、‘往(wang)前看’的(de)需(xu)求就特別強烈(lie)。”

在國(guo)家973計劃支持下(xia)，中鐵裝備(bei)聯(lian)合北(bei)京工業大(da)學、山東大(da)學、武漢大(da)學、浙江大(da)學、中國(guo)水(shui)利水(shui)電科學研(yan)究院等TBM施(shi)工領(ling)域(yu)著名(ming)科研(yan)院所，成(cheng)立(li)TBM智能(neng)化掘(jue)(jue)進(jin)聯(lian)合攻關團隊(dui)，經過(guo)十年協同攻關，攻克了(le)TBM施(shi)工過(guo)程中“巖體實時感知(zhi)難(nan)(nan)”、“TBM掘(jue)(jue)進(jin)精確控制難(nan)(nan)”兩大(da)難(nan)(nan)題(ti)，研(yan)發(fa)了(le)TBM-SMART智能(neng)掘(jue)(jue)進(jin)系統。該系統可將“黑箱(xiang)”掘(jue)(jue)進(jin)，變成(cheng)“透明”掘(jue)(jue)進(jin)。

“原來TBM的刀盤是(shi)牙齒，但是(shi)沒有眼睛(jing)和皮膚去(qu)感(gan)受前方是(shi)什么。這套智能掘(jue)進系(xi)統(tong)就是(shi)把‘實時感(gan)知’功能加上(shang)去(qu)。”荊留杰介紹，TBM-SMART系(xi)統(tong)很像汽(qi)車的無(wu)人(ren)駕駛，后(hou)者加裝激光掃描、攝像頭、毫米波(bo)雷達等等，是(shi)為了探測路(lu)況。TBM-SMART系(xi)統(tong)則是(shi)通過一系(xi)列(lie)技術(shu)手(shou)段來感(gan)知地(di)下的工況。

“比如(ru)說，我們(men)通(tong)過加裝(zhuang)視覺傳感攝(she)像頭(tou)，對排出來的(de)(de)渣(zha)片形狀進行識別(bie)，據此實時了解前方地(di)層的(de)(de)變化(hua)。”荊留(liu)杰舉例稱(cheng)，如(ru)果(guo)(guo)排出的(de)(de)是巖粉和形狀規(gui)則的(de)(de)巖片，則表示前方地(di)質情(qing)況較(jiao)好(hao)；如(ru)果(guo)(guo)出現不規(gui)則的(de)(de)大塊，或者含水量(liang)高，則預示著前方地(di)層比較(jiao)不穩定。

“這時系統就會(hui)實(shi)時地向司機發出安全預警(jing)，告知他現(xian)在進(jin)(jin)入了不良地層，掘進(jin)(jin)的(de)速(su)度，包括刀盤轉速(su)要慢下來(lai)，以便減少擾動。”荊留杰稱(cheng)。

在(zai)山東文(wen)(wen)登抽水蓄能(neng)電(dian)站工程中，TBM-SMART系統搭載到由中鐵裝備(bei)集團自主研(yan)制(zhi)的世界首臺超小(xiao)轉彎(wan)半徑硬巖(yan)(yan)掘進(jin)機(ji)(ji)——“文(wen)(wen)登號”上。在(zai)施(shi)工過程中，巖(yan)(yan)體參數預(yu)測準確(que)度平均88.9%，成功(gong)預(yu)警卡機(ji)(ji)風險5次，實現了直線段(duan)最高(gao)日(ri)進(jin)尺20.548米(mi)，曲線段(duan)最高(gao)日(ri)進(jin)尺11.165米(mi)施(shi)工記錄，相比同類產品下掘進(jin)效(xiao)率提升30%，保障(zhang)了TBM安(an)全、高(gao)效(xiao)掘進(jin)。

“對于(yu)地下工程來說，對地質的掌握，才是智能化(hua)的基礎。”中鐵裝備集(ji)團副總經理王杜娟表示。

實現(xian)隧道掘進(jin)機的(de)實時感知、智(zhi)能決策(ce)、超前探測等，是(shi)全球掘進(jin)機行業都(dou)在試(shi)圖攻克的(de)技術制高點。

王杜娟表示，在掘進機的產品(pin)智能化方面，中國企業(ye)與國際巨頭已(yi)經處于“并跑”階段，個(ge)別技術(shu)上做(zuo)到領先。“比如(ru)說我們的TBM-SMART 2.0已(yi)經在好幾個(ge)項(xiang)目上得(de)到應用(yong)，國際同行中還(huan)沒有(you)。”

“在巖體(ti)的實時(shi)感知方面，以及掘進參數的智能(neng)控制和(he)優(you)化方面，我(wo)們與(yu)國際同行相比是處于領先(xian)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”

目前“鋼鐵蚯蚓”還(huan)是需要司機(ji)來(lai)駕(jia)駛(shi)的。在地下(xia)施工中(zhong)(zhong)，尤其是在地質勘測不詳盡的情況下(xia)，掘進(jin)過程中(zhong)(zhong)各種狀況的處置(zhi)，通(tong)常(chang)依賴于司機(ji)的個人經驗。然(ran)而一(yi)方面經驗豐(feng)富的操作員(yuan)人數有限，另一(yi)方面，人的集中(zhong)(zhong)力、注意力會受(shou)到身體狀況、外(wai)界(jie)環境(jing)等多種因素(su)影響。

“我們正(zheng)在研究(jiu)實現掘進中的智能決策。”荊留杰(jie)介紹，通過將眾多(duo)資深(shen)駕駛員的“經驗”數字化，形成(cheng)大(da)數據系(xi)統(tong)，再用大(da)數據來指導其(qi)他駕駛員的實踐。

“將優秀駕(jia)駛員的操(cao)(cao)作以(yi)數(shu)字化(hua)方(fang)式(shi)(shi)記錄下來，包括(kuo)他(ta)在各種地(di)層(ceng)(ceng)下分別(bie)采取哪些操(cao)(cao)作方(fang)式(shi)(shi)。慢慢地(di)數(shu)據積累多了(le)，就可以(yi)去開(kai)發一種駕(jia)駛經驗(yan)模型。未(wei)來其他(ta)駕(jia)駛員遇到這種類(lei)似地(di)層(ceng)(ceng)，就可以(yi)應(ying)用這種模型中的掘進方(fang)式(shi)(shi)，實現從人工經驗(yan)到數(shu)字化(hua)控制或者自動化(hua)控制。”

中(zhong)鐵裝備集團做了(le)大量的掘(jue)進實驗(yan)，收集不同地(di)層需要什么樣的參數(shu)，再通(tong)過歷史數(shu)據的反(fan)衍，通(tong)過大數(shu)據分(fen)析(xi)，對未來(lai)的掘(jue)進施工進行指導。

以大數據為依托，TBM-SMART系統可以幫助司機(ji)輕(qing)松掌握前(qian)方(fang)的巖體情況，實(shi)時監測設備卡(ka)機(ji)風(feng)險，同時提供最佳(jia)操作建議，實(shi)現“智慧”掘進。

另外，在掘(jue)(jue)進(jin)參數(shu)優化方(fang)面，大(da)數(shu)據可以幫助(zhu)找到掘(jue)(jue)進(jin)效率與設(she)備(bei)使用壽命之(zhi)間的(de)(de)最優解。“我們肯定是(shi)希望設(she)備(bei)掘(jue)(jue)進(jin)效率高一點，但(dan)是(shi)高到什么程度，還是(shi)要(yao)有一定限制條件的(de)(de)，即要(yao)兼(jian)顧它(ta)的(de)(de)長(chang)期健康運轉。”荊留(liu)杰(jie)介(jie)紹(shao)，TBM-SMART系統可以根(gen)據不(bu)同的(de)(de)地層，向司機推(tui)薦(jian)最優掘(jue)(jue)進(jin)參數(shu)，既高效又(you)安全，也能保證長(chang)期掘(jue)(jue)進(jin)的(de)(de)時候設(she)備(bei)不(bu)出故障。

那么未(wei)來TBM能(neng)否實現(xian)“無人駕駛”？“其實現(xian)在最大的問(wen)題(ti)還是數據(ju)的量，或者數據(ju)獲取(qu)的問(wen)題(ti)。”荊留杰表示。

隨著數字經濟時代到來，“數據(ju)(ju)”已經成為一種重要的(de)資(zi)產(chan)和(he)生產(chan)要素，甚至有了(le)數據(ju)(ju)即“石油”、數據(ju)(ju)即財富(fu)的(de)說(shuo)法。

在隧道建(jian)設領域(yu)，地質數據(ju)、施工數據(ju)、建(jian)筑結(jie)構三維模型等(deng)等(deng)分(fen)屬于業(ye)主、施工方、設備制造方等(deng)各方參與(yu)者，在數據(ju)使用和歸屬方面仍存在不小的壁壘。

“如果大家(jia)能(neng)建立一個‘數據池’、‘數據湖’，實現(xian)共享，在這個基礎上(shang)，智能(neng)制造才能(neng)更(geng)好地賦能(neng)到我們實際的業務(wu)中。”荊留(liu)杰表示(shi)。

“現在(zai)(zai)我們正在(zai)(zai)探(tan)索一些模式，看(kan)看(kan)能(neng)不能(neng)實現數據的分享，讓數據支撐在(zai)(zai)產品(pin)智能(neng)化方面(mian)發(fa)揮更大(da)的作用。”王杜娟表(biao)示。

【責任編輯：語謙】