文章來源：中國網 發布時間：2022-05-08
“推動(dong)中國(guo)(guo)制造(zao)(zao)向中國(guo)(guo)創造(zao)(zao)轉變(bian)、中國(guo)(guo)速度向中國(guo)(guo)質量(liang)轉變(bian)、中國(guo)(guo)產品向中國(guo)(guo)品牌轉變(bian)”的(de)重要(yao)指示(shi)，為我國(guo)(guo)制造(zao)(zao)業高質量(liang)發(fa)展提供了前進(jin)方向和根本遵循。今年5月10日，“三個(ge)轉變(bian)”重要(yao)指示(shi)將迎來七周年。中國(guo)(guo)網財經記者跟隨(sui)國(guo)(guo)資委免费(fei)菠(bo)萝视(shi)频(pin)app下载主(zhu)辦的(de)“走(zou)進(jin)新國(guo)(guo)企·智造(zao)(zao)中國(guo)(guo)”采(cai)訪(fang)活動(dong)，實地(di)探(tan)訪(fang)中國(guo)(guo)制造(zao)(zao)企業踐(jian)行“三個(ge)轉變(bian)”的(de)最新成果(guo)。
中國(guo)網(wang)財經5月(yue)7日訊(記者(zhe) 李春暉)硬巖隧道掘(jue)進機(ji)(TBM)，是盾構機(ji)家族中“啃硬骨頭(tou)”的成(cheng)員(yuan)，主(zhu)要用于穿山越嶺的硬質地層(ceng)隧道建設，因技術(shu)附加值高、制(zhi)作難度大而(er)有(you)著“掘(jue)進機(ji)之王(wang)”的稱號。
山嶺地區的地質勘探(tan)有很(hen)大局限(xian)性(xing)(xing)，無法(fa)詳(xiang)盡呈現地層狀況(kuang)，這使得TBM在掘進中經常面臨(lin)著“摸黑(hei)”前行。地層狀況(kuang)的復雜多變(bian)和不可預(yu)知，增加了工程的難度(du)和危險性(xing)(xing)。
作為“三(san)個轉變(bian)”的(de)發源(yuan)地，中鐵裝備集團聯合多個科(ke)研院所研發出(chu)TBM-SMART智能掘(jue)(jue)進系統，攻克(ke)了上述(shu)難題，將“摸黑(hei)”掘(jue)(jue)進變(bian)成“透明”掘(jue)(jue)進、“智慧”掘(jue)(jue)進。
據悉，在掘(jue)進機(ji)產品智(zhi)能化(hua)領域(yu)，中國(guo)企業(ye)已(yi)經(jing)和國(guo)際巨頭處于“并跑”階段，并且在個別技術上(shang)具有領先優(you)勢。
給“鋼鐵蚯蚓”點亮雙眼
盾構(gou)機是(shi)隧(sui)道施工的最主要設備，城市地鐵、山體隧(sui)洞、跨海隧(sui)道等(deng)等(deng)都離不開它。大型(xing)盾構(gou)機足有五六(liu)層樓高(gao)，是(shi)名副(fu)其實的大國重器。
TBM在(zai)盾構系列產(chan)品中(zhong)“牙口(kou)”最好，削(xue)巖如泥。它工作起(qi)來就像(xiang)一(yi)只巨大的“鋼鐵蚯蚓”，通過前(qian)端持續(xu)旋(xuan)轉的刀(dao)盤，將巖石“咬碎(sui)”，再把碎(sui)渣(zha)和巖粉通過螺旋(xuan)葉片(pian)等輸送到后方(fang)；一(yi)邊挖(wa)洞，一(yi)邊拼裝管片(pian)加固隧道。
而另一方面，TBM也如(ru)蚯蚓一樣(yang)只能“摸黑”前行，對(dui)前方的地質狀況缺乏感知(zhi)。
“雖然前期為了確定隧(sui)洞的(de)(de)路(lu)線(xian)，會做地質勘(kan)探，但由于條件限制，這(zhe)種勘(kan)探取樣會很‘稀(xi)疏’。”中(zhong)鐵裝備集團智能院副院長荊留杰介(jie)紹，像一些(xie)山嶺隧(sui)道的(de)(de)埋深很深，要從山頂(ding)向(xiang)下鉆孔取樣，工作難(nan)度很大，通常只能隔一公(gong)里或(huo)兩(liang)公(gong)里鉆一個孔。但是這(zhe)一兩(liang)公(gong)里的(de)(de)間隔之(zhi)內，地層(ceng)狀況又有著復雜變化。
如果在這(zhe)期(qi)(qi)間遇到斷層和(he)破(po)碎帶，就可能(neng)導致局部塌(ta)方，使(shi)TBM的刀盤(pan)卡頓或(huo)損毀，對成本和(he)工期(qi)(qi)都造成很(hen)大消(xiao)耗。
“如(ru)果前(qian)(qian)方(fang)出現不(bu)良(liang)地層，而(er)我(wo)們還一(yi)無所知(zhi)，設備一(yi)頭(tou)扎進去了，問(wen)題就很嚴重。”荊留杰表示，“這個時候我(wo)們對刀盤前(qian)(qian)面到底是一(yi)個什么樣的(de)地層、它是不(bu)是完整的(de)、有沒(mei)有很多地下水(shui)等等，這種‘往前(qian)(qian)想’、‘往前(qian)(qian)看’的(de)需求就特別強烈。”
在國家973計(ji)劃支持下，中鐵(tie)裝(zhuang)備聯合(he)北京工(gong)業大(da)(da)學、山東大(da)(da)學、武漢大(da)(da)學、浙江大(da)(da)學、中國水利水電科學研究院(yuan)等TBM施(shi)(shi)工(gong)領域(yu)著名(ming)科研院(yuan)所，成(cheng)立TBM智能(neng)化掘(jue)進(jin)聯合(he)攻關團隊(dui)，經過十(shi)年協(xie)同攻關，攻克了TBM施(shi)(shi)工(gong)過程中“巖體實時感知難”、“TBM掘(jue)進(jin)精確(que)控制(zhi)難”兩大(da)(da)難題，研發了TBM-SMART智能(neng)掘(jue)進(jin)系統。該(gai)系統可將“黑箱”掘(jue)進(jin)，變(bian)成(cheng)“透明”掘(jue)進(jin)。
“原(yuan)來TBM的刀盤是(shi)牙齒，但是(shi)沒有(you)眼(yan)睛(jing)和皮膚去感受前(qian)方是(shi)什么。這套智能(neng)掘進系(xi)統(tong)(tong)就(jiu)是(shi)把‘實時感知(zhi)’功能(neng)加(jia)上(shang)去。”荊留杰(jie)介紹，TBM-SMART系(xi)統(tong)(tong)很像(xiang)汽(qi)車(che)的無人駕駛，后者(zhe)加(jia)裝(zhuang)激光掃描、攝(she)像(xiang)頭、毫米波雷達等等，是(shi)為了探測路況。TBM-SMART系(xi)統(tong)(tong)則(ze)是(shi)通過(guo)一系(xi)列技(ji)術(shu)手段來感知(zhi)地下的工況。
“比(bi)如(ru)說(shuo)，我們(men)通(tong)過加(jia)裝視覺傳感攝(she)像頭，對排出(chu)(chu)來(lai)的(de)(de)渣片(pian)形狀(zhuang)進行識別(bie)，據此實時(shi)了解前(qian)(qian)方(fang)(fang)地(di)層的(de)(de)變化(hua)。”荊留(liu)杰舉例(li)稱(cheng)，如(ru)果排出(chu)(chu)的(de)(de)是(shi)巖(yan)粉和形狀(zhuang)規則(ze)(ze)的(de)(de)巖(yan)片(pian)，則(ze)(ze)表(biao)示前(qian)(qian)方(fang)(fang)地(di)質情況較(jiao)好；如(ru)果出(chu)(chu)現不(bu)規則(ze)(ze)的(de)(de)大塊，或者含(han)水量高(gao)，則(ze)(ze)預示著前(qian)(qian)方(fang)(fang)地(di)層比(bi)較(jiao)不(bu)穩定(ding)。
“這時系統就會(hui)實時地(di)(di)向司機發(fa)出安全預(yu)警，告知他現(xian)在進(jin)入了不良地(di)(di)層，掘進(jin)的速度，包括刀(dao)盤(pan)轉速要(yao)慢下來，以便減少擾動。”荊留杰(jie)稱。
在山東文登(deng)抽水蓄能(neng)電站工(gong)程(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)，TBM-SMART系(xi)統搭載到(dao)由中(zhong)(zhong)(zhong)鐵裝備集團自(zi)主研制的世界首(shou)臺超小轉彎半徑(jing)硬巖掘進(jin)機——“文登(deng)號”上。在施工(gong)過程(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)，巖體參數預測準確度平均88.9%，成(cheng)功(gong)預警(jing)卡機風險5次，實(shi)現了直線(xian)段最高(gao)日(ri)進(jin)尺20.548米，曲線(xian)段最高(gao)日(ri)進(jin)尺11.165米施工(gong)記錄(lu)，相(xiang)比(bi)同類產品下掘進(jin)效(xiao)率提(ti)升30%，保障了TBM安全、高(gao)效(xiao)掘進(jin)。
“對(dui)于地下工程來說，對(dui)地質的掌握，才是(shi)智能化的基礎(chu)。”中鐵裝備集團副總經理王杜娟表(biao)示。
實(shi)現隧道掘進機的實(shi)時感知、智能決策、超前探(tan)測等，是(shi)全球(qiu)掘進機行業都在試(shi)圖攻克的技(ji)術(shu)制高點(dian)。
王杜娟(juan)表(biao)示，在(zai)掘(jue)進機的產(chan)品智能(neng)化方面，中(zhong)國企業與國際巨頭已(yi)經處于“并跑”階段，個(ge)別技術(shu)上做到領先。“比(bi)如說我們的TBM-SMART 2.0已(yi)經在(zai)好幾個(ge)項目上得到應(ying)用(yong)，國際同行中(zhong)還沒(mei)有。”
“在巖(yan)體的(de)(de)實時感知方(fang)面，以及掘進參數的(de)(de)智能控制和(he)優化方(fang)面，我們與國際(ji)同行(xing)相比(bi)是處于(yu)領先的(de)(de)。”荊(jing)留杰(jie)表示(shi)。
硬巖TBM （中鐵裝備供圖）
以大數據打造“智能決策”
目前“鋼(gang)鐵蚯蚓”還是(shi)需(xu)要司機來(lai)駕(jia)駛的(de)(de)。在地下施(shi)工中，尤其是(shi)在地質勘測不詳盡的(de)(de)情(qing)況下，掘進過程中各種(zhong)狀(zhuang)況的(de)(de)處(chu)置，通常依(yi)賴于司機的(de)(de)個(ge)人經驗。然而一(yi)方面經驗豐(feng)富的(de)(de)操作員人數有限(xian)，另一(yi)方面，人的(de)(de)集中力、注意力會受到身(shen)體狀(zhuang)況、外界(jie)環境等多(duo)種(zhong)因素影響。
“我們正在研究實現(xian)掘進中的(de)智能(neng)決策。”荊留杰介紹，通過將眾(zhong)多資深駕(jia)駛(shi)員的(de)“經(jing)驗(yan)”數字(zi)化(hua)，形(xing)成大(da)數據系統，再用(yong)大(da)數據來指導其他駕(jia)駛(shi)員的(de)實踐。
“將優秀駕駛(shi)員的操作(zuo)(zuo)以(yi)(yi)數字(zi)化(hua)(hua)方(fang)式(shi)記錄(lu)下(xia)(xia)來(lai)，包括(kuo)他在(zai)各種(zhong)地(di)層下(xia)(xia)分別采取哪些操作(zuo)(zuo)方(fang)式(shi)。慢(man)慢(man)地(di)數據積累多了，就(jiu)(jiu)可以(yi)(yi)去開發(fa)一種(zhong)駕駛(shi)經(jing)驗(yan)模(mo)型。未來(lai)其他駕駛(shi)員遇到這種(zhong)類似地(di)層，就(jiu)(jiu)可以(yi)(yi)應用(yong)這種(zhong)模(mo)型中(zhong)的掘進方(fang)式(shi)，實現從人工經(jing)驗(yan)到數字(zi)化(hua)(hua)控制或者自動化(hua)(hua)控制。”
中鐵(tie)裝備集(ji)團(tuan)做了大(da)量(liang)的(de)(de)(de)掘進實驗，收集(ji)不(bu)同地(di)層(ceng)需要什么樣的(de)(de)(de)參(can)數，再(zai)通過歷史數據(ju)的(de)(de)(de)反衍(yan)，通過大(da)數據(ju)分析，對未(wei)來的(de)(de)(de)掘進施工進行(xing)指(zhi)導(dao)。
以大數據為依托，TBM-SMART系統可(ke)以幫助(zhu)司機(ji)(ji)輕(qing)松掌握(wo)前方的巖體(ti)情況，實時(shi)監測(ce)設備卡(ka)機(ji)(ji)風險，同時(shi)提(ti)供最佳(jia)操(cao)作建議，實現“智慧”掘(jue)進。
另(ling)外，在掘(jue)進參(can)數(shu)(shu)優化方面(mian)，大數(shu)(shu)據(ju)可(ke)以(yi)幫助找到(dao)掘(jue)進效(xiao)(xiao)率與設(she)(she)備(bei)使用壽(shou)命之(zhi)間(jian)的(de)(de)(de)最(zui)優解。“我們肯定是(shi)希望設(she)(she)備(bei)掘(jue)進效(xiao)(xiao)率高一點(dian)，但是(shi)高到(dao)什么程度，還是(shi)要有一定限制條件的(de)(de)(de)，即要兼顧(gu)它(ta)的(de)(de)(de)長(chang)(chang)期(qi)健康運(yun)轉。”荊留杰(jie)介(jie)紹，TBM-SMART系統可(ke)以(yi)根據(ju)不同的(de)(de)(de)地層(ceng)，向司機(ji)推薦(jian)最(zui)優掘(jue)進參(can)數(shu)(shu)，既高效(xiao)(xiao)又安全，也能保證長(chang)(chang)期(qi)掘(jue)進的(de)(de)(de)時(shi)候(hou)設(she)(she)備(bei)不出故障(zhang)。
那么未來TBM能否實(shi)現(xian)“無人駕(jia)駛”？“其實(shi)現(xian)在最大的問題(ti)還(huan)是數據(ju)(ju)的量，或(huo)者數據(ju)(ju)獲(huo)取的問題(ti)。”荊留(liu)杰表示。
隨著數(shu)字(zi)經濟時代到來(lai)，“數(shu)據(ju)”已經成為一(yi)種重要(yao)的(de)資產(chan)(chan)和生(sheng)產(chan)(chan)要(yao)素，甚至有了(le)數(shu)據(ju)即(ji)(ji)“石油”、數(shu)據(ju)即(ji)(ji)財(cai)富(fu)的(de)說法(fa)。
在隧道建設領域，地(di)質數據、施工數據、建筑結構(gou)三維(wei)模型等等分屬于(yu)業主、施工方(fang)(fang)、設備制(zhi)造方(fang)(fang)等各方(fang)(fang)參與(yu)者，在數據使用和歸屬方(fang)(fang)面(mian)仍(reng)存在不小的壁壘。
“如果(guo)大家能建(jian)立一個‘數據(ju)池’、‘數據(ju)湖’，實現(xian)共享，在這個基(ji)礎上，智能制造才能更好地賦能到(dao)我們(men)實際的業務中。”荊(jing)留杰(jie)表示。
“現在我們正在探(tan)索一些模式，看看能(neng)不能(neng)實現數據的分享，讓數據支撐在產品智能(neng)化(hua)方(fang)面發揮更大的作用。”王(wang)杜娟表(biao)示。
【責任編輯：語謙】
