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“推動(dong)(dong)中(zhong)(zhong)國(guo)制造(zao)向(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)國(guo)創造(zao)轉變、中(zhong)(zhong)國(guo)速度向(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)國(guo)質量(liang)轉變、中(zhong)(zhong)國(guo)產品向(xiang)(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)國(guo)品牌轉變”的重(zhong)要(yao)指(zhi)示，為(wei)我(wo)國(guo)制造(zao)業高(gao)質量(liang)發展提供了前進方向(xiang)(xiang)(xiang)和(he)根(gen)本遵循。今年(nian)5月10日，“三個轉變”重(zhong)要(yao)指(zhi)示將迎來七周年(nian)。中(zhong)(zhong)國(guo)網(wang)財經記(ji)者跟隨國(guo)資委免费菠(bo)萝视频app下载(zai)主辦的“走進新國(guo)企(qi)(qi)·智造(zao)中(zhong)(zhong)國(guo)”采(cai)訪活動(dong)(dong)，實地探(tan)訪中(zhong)(zhong)國(guo)制造(zao)企(qi)(qi)業踐行“三個轉變”的最新成果。

中(zhong)國網財經5月7日(ri)訊(記者 李(li)春暉(hui))硬巖隧道掘進(jin)機(ji)(TBM)，是(shi)盾構機(ji)家族中(zhong)“啃硬骨頭(tou)”的成員(yuan)，主要用于穿(chuan)山(shan)越嶺的硬質(zhi)地層隧道建設(she)，因技術附加(jia)值(zhi)高、制作難度大(da)而有(you)著“掘進(jin)機(ji)之王(wang)”的稱號(hao)。

山嶺地(di)區的(de)(de)(de)地(di)質勘探有很大局限性，無法詳盡呈(cheng)現地(di)層(ceng)狀(zhuang)況，這使得TBM在(zai)掘進中經常面臨著“摸黑(hei)”前行(xing)。地(di)層(ceng)狀(zhuang)況的(de)(de)(de)復雜多變和(he)不可預知，增加了(le)工程的(de)(de)(de)難(nan)度和(he)危險性。

作為“三個轉變”的發源地，中(zhong)鐵裝備集團聯合多個科研院所研發出TBM-SMART智能(neng)掘(jue)進系統，攻克(ke)了上述難題(ti)，將“摸黑”掘(jue)進變成“透明”掘(jue)進、“智慧”掘(jue)進。

據悉，在掘進機產品智能化領(ling)(ling)域，中國企業(ye)已經(jing)和(he)國際巨頭處(chu)于“并跑”階段(duan)，并且在個別技(ji)術上具有領(ling)(ling)先優勢。

給“鋼鐵蚯蚓”點亮雙眼

盾構(gou)機(ji)(ji)是(shi)隧道施工的最主(zhu)要設(she)備，城市地(di)鐵(tie)、山體隧洞(dong)、跨(kua)海(hai)隧道等等都離不(bu)開它。大型(xing)盾構(gou)機(ji)(ji)足有五六(liu)層樓高(gao)，是(shi)名副(fu)其實的大國(guo)重(zhong)器(qi)。

TBM在盾構(gou)系列產(chan)品中“牙口(kou)”最好，削巖如泥。它(ta)工作起來就(jiu)像一只巨大(da)的(de)“鋼鐵(tie)蚯蚓”，通過前端(duan)持(chi)續(xu)旋轉的(de)刀盤(pan)，將巖石(shi)“咬碎”，再把碎渣和巖粉通過螺(luo)旋葉片(pian)等輸送到后方；一邊挖(wa)洞，一邊拼裝(zhuang)管(guan)片(pian)加(jia)固隧道。

而另一(yi)方面，TBM也如蚯(qiu)蚓一(yi)樣只能(neng)“摸黑”前行(xing)，對前方的地質狀(zhuang)況缺乏(fa)感知。

“雖然前期為了確定隧(sui)洞(dong)的(de)路線，會做(zuo)地(di)質勘探(tan)，但由于條件限制，這(zhe)種勘探(tan)取樣(yang)會很(hen)‘稀疏(shu)’。”中鐵裝備(bei)集團智能院副院長(chang)荊留杰介紹，像一(yi)些山嶺隧(sui)道的(de)埋(mai)深(shen)很(hen)深(shen)，要從山頂向下鉆(zhan)(zhan)孔取樣(yang)，工(gong)作(zuo)難度很(hen)大(da)，通常只能隔一(yi)公里(li)或兩公里(li)鉆(zhan)(zhan)一(yi)個孔。但是這(zhe)一(yi)兩公里(li)的(de)間隔之內，地(di)層狀況(kuang)又有著(zhu)復雜(za)變(bian)化。

如果在這期(qi)間遇到斷層(ceng)和破(po)碎帶，就可能導致(zhi)局部塌方，使(shi)TBM的刀(dao)盤卡頓或損毀(hui)，對成本和工(gong)期(qi)都造成很大消耗。

“如(ru)果前(qian)方出現不良(liang)地(di)層，而我(wo)們還一無所知，設備一頭扎進(jin)去了，問(wen)題就(jiu)很嚴(yan)重。”荊(jing)留杰表示，“這(zhe)個(ge)時候我(wo)們對刀盤前(qian)面到底是(shi)(shi)一個(ge)什么樣的地(di)層、它是(shi)(shi)不是(shi)(shi)完整的、有(you)沒有(you)很多地(di)下水等等，這(zhe)種(zhong)‘往(wang)前(qian)想’、‘往(wang)前(qian)看’的需求就(jiu)特(te)別強烈(lie)。”

在國(guo)家(jia)973計劃支持下，中鐵裝備聯(lian)合北京工業(ye)大(da)學(xue)、山東大(da)學(xue)、武漢大(da)學(xue)、浙江大(da)學(xue)、中國(guo)水利水電科(ke)學(xue)研(yan)究院等TBM施(shi)工領域著名科(ke)研(yan)院所，成立TBM智(zhi)能化掘進(jin)聯(lian)合攻關(guan)團隊，經(jing)過(guo)十(shi)年協同攻關(guan)，攻克了TBM施(shi)工過(guo)程中“巖體實時感知(zhi)難(nan)”、“TBM掘進(jin)精(jing)確控制難(nan)”兩大(da)難(nan)題，研(yan)發了TBM-SMART智(zhi)能掘進(jin)系統。該系統可將“黑(hei)箱”掘進(jin)，變成“透明(ming)”掘進(jin)。

“原來TBM的刀盤(pan)是(shi)(shi)(shi)牙齒，但是(shi)(shi)(shi)沒有眼睛和皮膚去感受前方是(shi)(shi)(shi)什么。這套智能(neng)掘進系統就是(shi)(shi)(shi)把‘實時感知’功能(neng)加上(shang)去。”荊留(liu)杰介紹(shao)，TBM-SMART系統很像汽(qi)車的無人駕駛，后者加裝(zhuang)激(ji)光(guang)掃描、攝(she)像頭、毫米波雷達(da)等等，是(shi)(shi)(shi)為(wei)了探測路況。TBM-SMART系統則是(shi)(shi)(shi)通過一系列技術手段(duan)來感知地(di)下的工況。

“比如說，我們通過加裝視覺傳(chuan)感攝像(xiang)頭，對排出來的渣片(pian)形狀(zhuang)進行(xing)識別，據此實時了解前方地(di)層的變化。”荊(jing)留(liu)杰舉例稱，如果排出的是巖粉和形狀(zhuang)規則的巖片(pian)，則表(biao)示前方地(di)質情況較好(hao)；如果出現(xian)不規則的大塊(kuai)，或者含水(shui)量高，則預示著(zhu)前方地(di)層比較不穩定。

“這時(shi)系統就會(hui)實時(shi)地向(xiang)司機發出安(an)全預警，告知(zhi)他現在進(jin)入了不良地層，掘進(jin)的速度，包括(kuo)刀盤轉(zhuan)速要(yao)慢下來，以(yi)便減少擾動。”荊留杰稱(cheng)。

在山東文登抽(chou)水(shui)蓄能(neng)電(dian)站工(gong)(gong)程(cheng)中，TBM-SMART系統搭載到由中鐵裝(zhuang)備集團自(zi)主研(yan)制(zhi)的(de)世界(jie)首臺超(chao)小轉彎半徑硬巖(yan)掘進(jin)(jin)機(ji)——“文登號”上。在施工(gong)(gong)過程(cheng)中，巖(yan)體參數預(yu)(yu)測準確度(du)平均(jun)88.9%，成功預(yu)(yu)警卡機(ji)風險5次，實現了直線段最(zui)高日(ri)進(jin)(jin)尺(chi)20.548米，曲線段最(zui)高日(ri)進(jin)(jin)尺(chi)11.165米施工(gong)(gong)記錄，相(xiang)比同類產品下掘進(jin)(jin)效率(lv)提升30%，保障了TBM安全、高效掘進(jin)(jin)。

“對(dui)于地(di)下工程來說(shuo)，對(dui)地(di)質的掌握，才是智(zhi)能化(hua)的基礎。”中鐵裝備(bei)集團副總經理王杜娟(juan)表示。

實現隧道(dao)掘(jue)進(jin)機的(de)實時(shi)感知、智能(neng)決策、超前探測等，是全球掘(jue)進(jin)機行(xing)業都在試圖攻(gong)克的(de)技術制高(gao)點(dian)。

王杜(du)娟表示，在掘進機(ji)的產品智(zhi)能(neng)化方面，中(zhong)國(guo)企(qi)業與國(guo)際巨頭已(yi)經處于“并跑”階(jie)段，個別(bie)技術上做到領先。“比如說(shuo)我們(men)的TBM-SMART 2.0已(yi)經在好幾個項目上得到應(ying)用，國(guo)際同行(xing)中(zhong)還沒有。”

“在巖體的(de)實時感知方面，以及(ji)掘進參數(shu)的(de)智(zhi)能控制和(he)優(you)化(hua)方面，我們(men)與國際同行相比是處(chu)于領先的(de)。”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”還(huan)是(shi)(shi)需要(yao)司(si)機來駕駛的(de)。在地下(xia)施工中(zhong)，尤其(qi)是(shi)(shi)在地質勘測(ce)不詳盡的(de)情況(kuang)下(xia)，掘(jue)進(jin)過(guo)程中(zhong)各種狀況(kuang)的(de)處置(zhi)，通(tong)常依賴于司(si)機的(de)個人經(jing)驗。然而一方面(mian)經(jing)驗豐富的(de)操作員(yuan)人數有限(xian)，另一方面(mian)，人的(de)集中(zhong)力、注意力會受到身體狀況(kuang)、外界環境等多種因(yin)素(su)影(ying)響。

“我們正在研究(jiu)實現掘(jue)進中的(de)(de)智(zhi)能決策。”荊(jing)留(liu)杰介紹，通過將眾(zhong)多資深駕駛員(yuan)的(de)(de)“經驗”數字(zi)化，形成大(da)數據系統，再(zai)用大(da)數據來指導(dao)其他駕駛員(yuan)的(de)(de)實踐。

“將優秀(xiu)駕駛員(yuan)的(de)操作以數(shu)(shu)字(zi)化(hua)方(fang)式記(ji)錄(lu)下來，包(bao)括他在各(ge)種地層下分別采取哪些操作方(fang)式。慢(man)慢(man)地數(shu)(shu)據(ju)積累多了(le)，就可以去開發一種駕駛經驗(yan)模型(xing)。未來其他駕駛員(yuan)遇到(dao)這種類似地層，就可以應用這種模型(xing)中(zhong)的(de)掘進方(fang)式，實現(xian)從人工經驗(yan)到(dao)數(shu)(shu)字(zi)化(hua)控制(zhi)或者自動化(hua)控制(zhi)。”

中鐵(tie)裝備集團(tuan)做了大量的(de)掘(jue)進實驗，收集不同地(di)層需要什(shen)么樣的(de)參數(shu)(shu)，再通過歷史數(shu)(shu)據(ju)的(de)反衍，通過大數(shu)(shu)據(ju)分析，對未來的(de)掘(jue)進施工進行指導(dao)。

以大數據為依(yi)托，TBM-SMART系統可以幫助司(si)機輕松掌握(wo)前方的巖體情況(kuang)，實時(shi)監測設備(bei)卡機風險，同(tong)時(shi)提供(gong)最佳操(cao)作建議，實現“智慧”掘進。

另外，在掘(jue)(jue)進(jin)(jin)參數(shu)(shu)優化方面(mian)，大數(shu)(shu)據可以(yi)幫助找到(dao)掘(jue)(jue)進(jin)(jin)效(xiao)率(lv)與設(she)備(bei)(bei)使用壽(shou)命之間(jian)的(de)最優解。“我們肯定是希望設(she)備(bei)(bei)掘(jue)(jue)進(jin)(jin)效(xiao)率(lv)高一點(dian)，但(dan)是高到(dao)什么(me)程度，還是要有一定限制條件的(de)，即要兼顧它的(de)長期健康運轉。”荊留杰(jie)介紹，TBM-SMART系統可以(yi)根據不同的(de)地層，向司機推薦最優掘(jue)(jue)進(jin)(jin)參數(shu)(shu)，既高效(xiao)又安全，也能(neng)保證長期掘(jue)(jue)進(jin)(jin)的(de)時候設(she)備(bei)(bei)不出故(gu)障(zhang)。

那(nei)么未(wei)來TBM能(neng)否實現“無(wu)人駕駛”？“其實現在最(zui)大(da)的問題還是數據(ju)的量(liang)，或者數據(ju)獲取的問題。”荊留杰表示(shi)。

隨著數字經(jing)濟(ji)時代(dai)到來，“數據”已經(jing)成為(wei)一種重要的資(zi)產和生產要素(su)，甚至有了數據即“石油”、數據即財富(fu)的說(shuo)法(fa)。

在隧道建設(she)領域(yu)，地質數據(ju)、施工數據(ju)、建筑結(jie)構三維模(mo)型(xing)等等分屬(shu)于業主、施工方(fang)、設(she)備制造方(fang)等各方(fang)參與者，在數據(ju)使(shi)用和歸屬(shu)方(fang)面仍存在不小的壁壘。

“如果大家能建立一個‘數據池’、‘數據湖’，實(shi)現共享，在這(zhe)個基礎上，智能制造才能更好(hao)地(di)賦能到我們(men)實(shi)際的業務中(zhong)。”荊留杰表示(shi)。

“現在我(wo)們正在探索一些模式，看看能不能實現數據的分享(xiang)，讓(rang)數據支撐在產品智能化方(fang)面發揮更大的作用。”王杜(du)娟(juan)表示。

【責任編輯：語謙】