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隧道建造智能化是工程建造領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。隧道工程，由于其復(fù)雜多變的地質(zhì)條件、艱難的施工環(huán)境和高風(fēng)險(xiǎn)的安全要求，這些因素共同推動(dòng)了智能建造技術(shù)的需求和發(fā)展。

山東大學(xué)齊魯交通學(xué)院院長(zhǎng)李利平在接受《對(duì)話數(shù)字建造先鋒人物》（以下簡(jiǎn)稱“對(duì)話”）專訪時(shí)表示，隧道工程作為國(guó)家的“咽喉”工程，近年來(lái)在建造技術(shù)方面取得了顯著的進(jìn)步，少人化、無(wú)人化、智能化勢(shì)必成為隧道建造的發(fā)展趨勢(shì)。

01 隧道智能建造勢(shì)在必行

《對(duì)話》：隧道施工是一項(xiàng)復(fù)雜而極具挑戰(zhàn)的工程活動(dòng)，哪些因素驅(qū)動(dòng)了隧道智能建造技術(shù)的發(fā)展？

李利平：我覺(jué)得主要有三個(gè)方面。

首先，關(guān)于中國(guó)工程建造的規(guī)模和難度。眾所周知，中國(guó)已經(jīng)成為世界上工程建設(shè)規(guī)模和規(guī)劃體量上最大的國(guó)家，以地下工程為代表的建設(shè)項(xiàng)目在規(guī)模和難度上都是前所未有的。在這樣的背景下，智能建造技術(shù)的發(fā)展成為了必然趨勢(shì)。中國(guó)市場(chǎng)的廣闊性和對(duì)先進(jìn)建造技術(shù)的迫切需求，是推動(dòng)這一進(jìn)步的首要因素。

其次，國(guó)內(nèi)許多重大工程都位于極端地質(zhì)環(huán)境和建造條件下，例如人們所熟知的某重大高原鐵路和某重大水利水電工程，這些項(xiàng)目多位于國(guó)家西部地區(qū)。西部工程，由于其高能的地質(zhì)環(huán)境，建造過(guò)程中容易遇到前所未有的挑戰(zhàn)，急需先進(jìn)的智能建造技術(shù)來(lái)應(yīng)對(duì)極端的地質(zhì)環(huán)境和建造條件。

第三點(diǎn)，中國(guó)的人口自2022年開始出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)。在這種情況下，大量工程建造從傳統(tǒng)的勞動(dòng)力密集型轉(zhuǎn)變?yōu)楦右蕾嚰夹g(shù)進(jìn)步，推動(dòng)少人化和無(wú)人化的建造技術(shù)變得尤為重要。

以某高原鐵路為例，該工程位于缺氧或少氧環(huán)境中。在這種條件下，如果仍然依靠大量人員進(jìn)行工程建造，顯然難以滿足工地的需求。因此，由高端裝備和機(jī)器人取代人力，完成建造工序的少人化和無(wú)人化，智能建造技術(shù)成為了一個(gè)必然選擇。

02 技術(shù)創(chuàng)新服務(wù)工程一線

《對(duì)話》：隨著科技的進(jìn)步和工程需求的增加，智能化技術(shù)在隧道施工中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。目前，智能建造技術(shù)在隧道工程中有哪些探索？

李利平：隧道工程是國(guó)家的“咽喉”工程。近年來(lái)，我國(guó)在隧道智能建造技術(shù)方面取得了顯著的進(jìn)步，集中體現(xiàn)在兩種主流工法上：鉆爆法和掘進(jìn)機(jī)法。

首先是鉆爆法，以某高原鐵路為代表，目前正推動(dòng)全工序的機(jī)械裝備。再進(jìn)一步，比如我們（山東大學(xué)）與徐工聯(lián)合組建的高端機(jī)械裝備智能制造全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，在地下工程智能建造模式上，推行機(jī)器人與高端裝備的混合協(xié)同作業(yè)。這意味著讓機(jī)器人加入高端裝備行業(yè)，代替人工進(jìn)行作業(yè)。而高端裝備則通過(guò)智能化提升，減少人員需求，兩者共同實(shí)現(xiàn)最大程度的減員效果。

再說(shuō)掘進(jìn)機(jī)法。大家都知道某高原鐵路的工程極具挑戰(zhàn)性，掘進(jìn)機(jī)法在其中的使用率很低，主要原因是掘進(jìn)機(jī)在推進(jìn)過(guò)程中，由于隧道較長(zhǎng)，且地質(zhì)不斷變化，很難適應(yīng)不斷變化的地勢(shì)。因此，我們需要提升掘進(jìn)機(jī)的智能化水平。

我們的理念是，如果前方存在不良地質(zhì)，就像駕駛時(shí)遇到坑洼一樣，我們需要知道其位置，這樣就可以降低速度，而不是在不知情的情況下發(fā)生事故。對(duì)于TBM（隧道掘進(jìn)機(jī)）來(lái)說(shuō)，主要問(wèn)題是減少停機(jī)和換刀，當(dāng)機(jī)器少停機(jī)、少換刀時(shí)，施工效率就會(huì)提高。

那目前，為什么不能實(shí)現(xiàn)少停機(jī)和少換刀呢？是因?yàn)槲覀儗?duì)前方地質(zhì)的變化缺乏足夠的感知。當(dāng)我們擁有了一系列智能化裝備，并將這些信息匯總起來(lái)輔助決策時(shí)，就可以避免許多原本需要停機(jī)甚至卡機(jī)的問(wèn)題，包括減少換刀。這是實(shí)現(xiàn)智能建造，并最大限度推進(jìn)施工工序的最佳途徑。

03 未來(lái)展望

《對(duì)話》：未來(lái)，隧道智能建造技術(shù)會(huì)向哪些方向發(fā)展？

李利平：從當(dāng)前技術(shù)的發(fā)展來(lái)看，未來(lái)將向四個(gè)方向拓展和延伸。

第一，隧道智能建造裝備將向譜系化方向發(fā)展。目前，我們面對(duì)的地質(zhì)環(huán)境各不相同，擁有各種類型的裝備，如掘進(jìn)機(jī)、鉆爆法的臺(tái)車式等。未來(lái)，我們需要針對(duì)不同的地質(zhì)環(huán)境，形成一套譜系化的設(shè)計(jì)、理念、方法和模式，包括模塊化、集成化的應(yīng)用和制造。

第二，新型動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝備及綠色化裝備體系發(fā)展。機(jī)器在高原工作時(shí)需要氧氣，許多重大工程存在人機(jī)爭(zhēng)氧的問(wèn)題。因此，需要推動(dòng)新能源裝備的發(fā)展，利用氫能等能源驅(qū)動(dòng)裝備改造升級(jí)，避免人機(jī)爭(zhēng)氧和環(huán)境污染問(wèn)題。

第三，當(dāng)裝備集群在工程現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，我們希望實(shí)現(xiàn)最大程度的少人化和無(wú)人化，這需要實(shí)現(xiàn)自主決策。自主決策，意味著裝備與裝備之間能夠像人與人之間一樣感應(yīng)、協(xié)調(diào)，進(jìn)行協(xié)同工作。目前的裝備本身還未達(dá)到機(jī)器人層次，需要在技術(shù)上取得突破，并推動(dòng)這一方向的發(fā)展。

最后一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，我們希望建造過(guò)程中盡可能規(guī)避安全問(wèn)題，盡量使所有機(jī)器人和裝備在洞內(nèi)操作，所有操作人員在洞外安全區(qū)域指揮。通過(guò)這種模式，機(jī)器人和高端裝備在洞內(nèi)互相協(xié)作，即使出現(xiàn)任何問(wèn)題，也比人員在洞內(nèi)的情況要好得多。這將涉及到裝備集群在洞內(nèi)的工作建造模式和洞外人員遠(yuǎn)程指揮的架構(gòu)體系。

這些是未來(lái)地下工程智能建造的發(fā)展方向。