王志堅(jiān)

（武九鐵路客運(yùn)專線湖北有限責(zé)任公司，湖北 武漢430200）

0 引言

當(dāng)前，第四次工業(yè)革命席卷全球［1］，新一代信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能快速發(fā)展，并與社會(huì)各行各業(yè)快速融合，從而催生了以智能醫(yī)療、智能農(nóng)業(yè)、智能制造、智能建造為代表的“智能社會(huì)”浪潮。我國(guó)于2015年提出“中國(guó)制造2025”國(guó)家戰(zhàn)略，力爭(zhēng)2025年在制造業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域全面實(shí)現(xiàn)智能化［2］；中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司（簡(jiǎn)稱國(guó)鐵集團(tuán)）也提出“交通強(qiáng)國(guó)、鐵路先行”行業(yè)戰(zhàn)略以及“智能鐵路”“智能高鐵”等智能化理念［3-4］，并于2019年將隧道智能化建造納入智能高鐵戰(zhàn)略的體系設(shè)計(jì)［5］。在此背景下，高鐵隧道建設(shè)應(yīng)緊扣時(shí)代脈搏，廣泛應(yīng)用新技術(shù)、新裝備、新材料，推進(jìn)新一代信息技術(shù)與隧道修建技術(shù)的深度融合，促進(jìn)鐵路行業(yè)的發(fā)展。

2016年，中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部與國(guó)鐵集團(tuán)聯(lián)合發(fā)布《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》，勾勒了新時(shí)期“八縱八橫”高速鐵路網(wǎng)的宏大藍(lán)圖。未來(lái)，我國(guó)高鐵隧道建設(shè)規(guī)模巨大、難度巨大，高鐵隧道修建技術(shù)亟待大幅度革新，以滿足新時(shí)代高鐵隧道建設(shè)要求。

隧道施工的終極目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)“少人、無(wú)人”的智能化施工，而國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究均處于起步階段，僅在圍巖質(zhì)量智能分析、智能鉆孔、智能監(jiān)測(cè)等單項(xiàng)智能建造技術(shù)方面進(jìn)行了研究和試驗(yàn)應(yīng)用，未形成成套技術(shù)體系［6］。

武九鐵路客運(yùn)專線湖北有限責(zé)任公司（簡(jiǎn)稱武九公司）依托鄭萬(wàn)鐵路湖北段隧道工程進(jìn)行了隧道智能化建造科技創(chuàng)新實(shí)踐，明確了建造內(nèi)涵、制定了總體方案、攻克了關(guān)鍵技術(shù)，總結(jié)形成了具備初級(jí)智能化特征的中國(guó)隧道智能建造體系。

1 內(nèi)涵及架構(gòu)

隧道智能化建造是現(xiàn)代信息技術(shù)（大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能）、現(xiàn)代隧道修建技術(shù)（機(jī)械化大斷面修建技術(shù)）與智能工裝深度融合，通過(guò)規(guī)范化建模、網(wǎng)絡(luò)化交互、可視化認(rèn)知、高性能計(jì)算及智能化決策支持，實(shí)現(xiàn)圍巖智能判識(shí)、智能設(shè)計(jì)、智能施工及智能管理，最終形成隧道建造新模式。其整體架構(gòu)示意見圖1。

2 總體方案

2.1 機(jī)械化施工和數(shù)字化管理

建立機(jī)械化施工和數(shù)字化管理體系是實(shí)現(xiàn)隧道智能化建造的基礎(chǔ)［7-10］，為實(shí)現(xiàn)隧道智能化建造，必須按照機(jī)械化施工、數(shù)字化管理要求，對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)方法、施工方法、管理手段等進(jìn)行全方位的技術(shù)升級(jí)改造。武九公司依托鄭萬(wàn)鐵路湖北段，歷經(jīng)3年多科研實(shí)踐，總結(jié)形成了高速鐵路隧道機(jī)械化大斷面法成套技術(shù)，具備了隧道智能化建造的基礎(chǔ)。

2.1.1 標(biāo)準(zhǔn)施工工法

提出全斷面法和微臺(tái)階法2項(xiàng)機(jī)械化大斷面法標(biāo)準(zhǔn)施工工法。斷面一次開挖成形，避免圍巖多次擾動(dòng)，貫徹了充分發(fā)揮圍巖自承能力的施工理念；制定了施工期間掌子面穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法、支護(hù)安全位移分段控制指標(biāo)、施工安全步距控制標(biāo)準(zhǔn)等一系列措施，有效保障軟弱圍巖隧道大斷面施工掌子面及洞身圍巖穩(wěn)定性。

2.1.2 關(guān)鍵配套工藝

開發(fā)機(jī)械化大斷面法關(guān)鍵配套工藝，主要包括機(jī)械化大斷面法配套高壓劈裂注漿、機(jī)械化裝藥、超欠挖控制、早高強(qiáng)噴射混凝土、低預(yù)應(yīng)力錨桿、寬幅防水板自動(dòng)鋪設(shè)、自行式液壓仰拱棧橋、襯砌智能帶壓分層澆筑等8項(xiàng)施工工藝，實(shí)現(xiàn)了大斷面隧道機(jī)械化高質(zhì)量、安全快速施工，極大促進(jìn)了隧道機(jī)械化大斷面施工技術(shù)進(jìn)步。

2.1.3 隧道主動(dòng)支護(hù)體系及設(shè)計(jì)方法

基于對(duì)掌子面及洞身圍巖穩(wěn)定性的認(rèn)識(shí)，從“保護(hù)圍巖、充分發(fā)揮圍巖自承能力”的角度，提出“快挖、快支、主動(dòng)支、快封閉”的施工理念，研發(fā)了包含超前支護(hù)、超前預(yù)注漿、低預(yù)應(yīng)力錨桿、早高強(qiáng)噴射混凝土等措施的主動(dòng)支護(hù)體系。與傳統(tǒng)隧道支護(hù)體系相比，主要在低預(yù)應(yīng)力錨桿和早高強(qiáng)噴射混凝土方面有較大突破。

低預(yù)應(yīng)力漲殼式錨桿通過(guò)外拉、旋緊錨桿桿體，使錨桿前段漲殼頭張開，與圍巖有效接觸，給錨桿施加一定的初錨力（初始張拉力），并通過(guò)旋緊螺母使安裝在孔口的錨桿墊板對(duì)巖壁形成約束力，第一時(shí)間形成壓力拱效應(yīng)，控制圍巖變形，保證隧道結(jié)構(gòu)安全。主動(dòng)式錨桿支護(hù)力示意見圖2。

圖2 主動(dòng)式錨桿支護(hù)力示意圖

將低預(yù)應(yīng)力錨桿與早高強(qiáng)噴射混凝土、鋼架相結(jié)合，形成主動(dòng)初期支護(hù)結(jié)構(gòu)，使初期支護(hù)和圍巖承擔(dān)全部施工期間圍巖壓力。

在大量現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和理論分析的基礎(chǔ)上，建立隧道大斷面法施工掌子面超前支護(hù)設(shè)計(jì)方法、洞身段圍巖形變壓力計(jì)算方法，對(duì)隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖進(jìn)行2次系統(tǒng)優(yōu)化，形成隧道機(jī)械化大斷面法施工圖。

基于極限平衡理論，提出的掌子面超前支護(hù)設(shè)計(jì)方法首次實(shí)現(xiàn)涵蓋超前管棚、掌子面錨桿、掌子面注漿的超前支護(hù)定量設(shè)計(jì)。超前支護(hù)受力模式示意見圖3，掌子面穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算公式見式（1）。

圖3 超前支護(hù)受力模式示意圖

式中：K為掌子面穩(wěn)定系數(shù)，［K］為掌子面設(shè)計(jì)穩(wěn)定系數(shù)，當(dāng)K＞［K］時(shí)，掌子面穩(wěn)定；參考GB 50068—2015《巖土錨桿與噴射混凝土支護(hù)工程技術(shù)規(guī)范》，?。跭］=1.15；Fc為滑移面黏聚力合力，N；Fq為掌子面上方圍巖壓力合力，N；Fw為掌子面滑移體自重，N；α1為管棚支護(hù)下掌子面前方擾動(dòng)段豎向形變壓力折減系數(shù)；α2為掌子面預(yù)注漿加固后圍巖黏聚力增大系數(shù)；P1為掌子面錨桿合支護(hù)力，kN。

針對(duì)隧道機(jī)械化大斷面施工圍巖壓力特點(diǎn)，提出基于圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)（BQ）的形變壓力計(jì)算方法，洞身支護(hù)荷載-結(jié)構(gòu)模型示意見圖4，豎向及水平形變壓力計(jì)算公式見式（2）、式（3）。結(jié)合荷載-結(jié)構(gòu)模型形成洞身支護(hù)設(shè)計(jì)方法，彌補(bǔ)現(xiàn)有規(guī)范塌方荷載不連續(xù)、偏保守的不足，使我國(guó)圍巖定量分級(jí)方法和圍巖壓力計(jì)算方法實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一，有利于隧道精細(xì)化設(shè)計(jì)和國(guó)際推廣應(yīng)用。

圖4 洞身支護(hù)荷載-結(jié)構(gòu)模型示意圖

豎向形變壓力計(jì)算公式：

水平形變壓力計(jì)算公式：

式中：γ為圍巖重度，kN/m3；B為隧道跨度，m；BQ為圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)。

2.1.4 作業(yè)安全及質(zhì)量信用管理方法

開發(fā)了基于輕量化BIM的數(shù)字化管理平臺(tái)，并建立了隧道機(jī)械化大斷面法作業(yè)安全及質(zhì)量信用管理方法。輕量化BIM具有三維可視化、數(shù)據(jù)格式化、數(shù)據(jù)交互、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等特性。運(yùn)用輕量化BIM建模，實(shí)現(xiàn)工程結(jié)構(gòu)分解，賦予風(fēng)險(xiǎn)、標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)量、清單等屬性，將工序狀態(tài)、檢驗(yàn)批、驗(yàn)工計(jì)價(jià)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)數(shù)、形、量、價(jià)的統(tǒng)一，為工序循環(huán)的細(xì)化、量化、標(biāo)準(zhǔn)化管理提供支撐。隧道參數(shù)化結(jié)構(gòu)輕量化BIM模型見圖5，模型信息關(guān)聯(lián)示意見圖6。

在此基礎(chǔ)上研發(fā)隧道數(shù)字化管理系統(tǒng)，組織開發(fā)了工序質(zhì)量、施工進(jìn)度、變更設(shè)計(jì)、安全風(fēng)險(xiǎn)、質(zhì)量信用、驗(yàn)工計(jì)價(jià)等管理軟件，實(shí)現(xiàn)大斷面隧道機(jī)械化施工全要素、全過(guò)程的數(shù)字化和精細(xì)化管理。

圖5 隧道參數(shù)化結(jié)構(gòu)輕量化BIM模型

圖6 模型信息關(guān)聯(lián)示意圖

對(duì)于安全風(fēng)險(xiǎn)管理，基于多項(xiàng)施工指標(biāo)信息，創(chuàng)新性地將隧道掌子面分為可控、基本可控和不可控3類，實(shí)現(xiàn)了隧道機(jī)械化大斷面法施工作業(yè)面可控性管理（見圖7）；對(duì)于質(zhì)量信用評(píng)價(jià)管理，以隧道工序、工后質(zhì)量為核心，運(yùn)用比較評(píng)分的方法，自動(dòng)進(jìn)行各施工單位質(zhì)量信用評(píng)價(jià)、排序，避免人為因素干擾，極大激發(fā)企業(yè)管理內(nèi)生動(dòng)力，隧道質(zhì)量信用評(píng)價(jià)模型示意見圖8。

2.2 總體規(guī)劃

基于鄭萬(wàn)鐵路湖北段隧道工程機(jī)械化施工、數(shù)字化管理的實(shí)踐基礎(chǔ)，結(jié)合國(guó)內(nèi)外隧道修建技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，提出分3步有序推進(jìn)隧道智能化建造技術(shù)，最終形成適合國(guó)情的中國(guó)隧道智能建造標(biāo)準(zhǔn)體系（China Smart Tunneling Method，CSTM）。

圖7 隧道機(jī)械化大斷面法施工作業(yè)面可控性管理方法示意圖

圖8 隧道質(zhì)量信用評(píng)價(jià)模型示意圖

2020年7—10月，通過(guò)在鄭萬(wàn)鐵路湖北段隧道智能化建造功能現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，完成了數(shù)字工程裝備向智能互聯(lián)工程裝備轉(zhuǎn)變，初步驗(yàn)證了隧道智能化建造各項(xiàng)功能?？傮w規(guī)劃如下：

（1）2021—2022年，實(shí)現(xiàn)“人工決策為主、機(jī)器決策為輔”，形成初級(jí)版（v1.0）；

（2）2022—2025年，實(shí)現(xiàn)“人工決策與機(jī)器決策相結(jié)合”，形成中級(jí)版（v2.0）；

（3）2025—2035年，實(shí)現(xiàn)“機(jī)器決策為主，人工決策為輔”，形成高級(jí)版（v3.0）。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 系列化成套智能工裝

綜合運(yùn)用智能傳感、圖像識(shí)別、機(jī)器人、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等前沿技術(shù)，攻克了高精度量測(cè)定位、機(jī)器人自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化交互等智能裝備的核心技術(shù)，研發(fā)了智能鑿巖臺(tái)車、智能鏟銑機(jī)、智能濕噴臺(tái)車、智能拱架臺(tái)車、智能錨桿臺(tái)車、智能注漿臺(tái)車、數(shù)字化襯砌臺(tái)車、數(shù)字化養(yǎng)護(hù)臺(tái)車等隧道鉆爆法施工智能成套裝備，為隧道智能化建造提供了裝備支撐。系列化成套智能工裝主要有三維量測(cè)定位、機(jī)器人作業(yè)控制、裝備數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化交互等關(guān)鍵技術(shù)。

3.1.1 三維量測(cè)定位技術(shù)

研發(fā)了機(jī)載一體化集成式的工裝精準(zhǔn)定位系統(tǒng)，快速實(shí)現(xiàn)裝備實(shí)體、隧道實(shí)體、設(shè)計(jì)空間三者之間動(dòng)態(tài)對(duì)應(yīng)關(guān)系（見圖9）。通過(guò)搭載于智能裝備的掃描儀（兩軸激光測(cè)量系統(tǒng)），使用激光測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量隧道內(nèi)埋設(shè)的2個(gè)標(biāo)靶，結(jié)合裝備搭載的傾斜儀，自動(dòng)求解裝備相對(duì)隧道的位置與姿態(tài)參數(shù)，再通過(guò)隧道內(nèi)的第3個(gè)標(biāo)靶（校驗(yàn)標(biāo)靶）進(jìn)行測(cè)量，校驗(yàn)定位結(jié)果的正確性，校驗(yàn)通過(guò)即完成定位。

圖9 實(shí)體空間與設(shè)計(jì)空間動(dòng)態(tài)對(duì)應(yīng)示意圖

3.1.2 機(jī)器人作業(yè)控制技術(shù)

建立重載冗余臂架誤差辨識(shí)補(bǔ)償技術(shù)。針對(duì)施工裝備重載臂架關(guān)節(jié)多、臂展長(zhǎng)、荷載大、裝配關(guān)系復(fù)雜、撓度變形大等特點(diǎn)，在機(jī)器人控制中引入非線性彈性變形理論，建立復(fù)雜非線性變形模式下的等效撓度補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，提出運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)冗余性定量分析指標(biāo)，建立全工作空間運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)辨識(shí)標(biāo)定方法，實(shí)現(xiàn)臂架全工作空間精確定位。重載臂架復(fù)雜變形模式與空間標(biāo)定示意見圖10。

研發(fā)裝備臂架作業(yè)運(yùn)動(dòng)軌跡自動(dòng)規(guī)劃與控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)臂架作業(yè)運(yùn)動(dòng)軌跡自動(dòng)規(guī)劃與執(zhí)行（見圖11）。針對(duì)多關(guān)節(jié)大型臂架及懸垂液壓、電氣柔性管線，提出復(fù)合模型實(shí)時(shí)干涉檢測(cè)與安全作業(yè)路徑規(guī)劃算法，建立防卡鉆防空打、噴混厚度自動(dòng)補(bǔ)償?shù)茸鳂I(yè)參數(shù)自適應(yīng)實(shí)時(shí)決策方法，攻克高精度電液伺服微動(dòng)控制技術(shù)，開發(fā)了裝備自適應(yīng)作業(yè)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)隧道智能裝備按照隧道設(shè)計(jì)自動(dòng)規(guī)劃運(yùn)動(dòng)軌跡并自主控制精準(zhǔn)作業(yè)。

圖10 重載臂架復(fù)雜變形模式與空間標(biāo)定示意圖

圖11 臂架作業(yè)運(yùn)動(dòng)軌跡自動(dòng)規(guī)劃與執(zhí)行示意圖

3.1.3 裝備數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化交互技術(shù)

提出隧道裝備多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一交互方法。對(duì)隧道地質(zhì)、設(shè)計(jì)、施工、質(zhì)量等不同數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)監(jiān)督聚類分析，明確隧道施工多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的時(shí)間、空間和語(yǔ)義特征，提出全工序智能裝備統(tǒng)一數(shù)據(jù)交互制式，建立基于寬窄帶融合技術(shù)的高可靠、低時(shí)延隧道施工現(xiàn)場(chǎng)裝備物聯(lián)網(wǎng)體系，開發(fā)隧道多源異構(gòu)大數(shù)據(jù)分布式存儲(chǔ)交互架構(gòu)，搭建智能裝備機(jī)群信息交互橋梁。智能鑿巖臺(tái)車參數(shù)采集與標(biāo)準(zhǔn)化交互示意見圖12。

圖12 智能鑿巖臺(tái)車參數(shù)采集與標(biāo)準(zhǔn)化交互示意圖

3.2 圍巖智能分級(jí)及支護(hù)結(jié)構(gòu)智能設(shè)計(jì)

圍巖智能分級(jí)及支護(hù)結(jié)構(gòu)智能設(shè)計(jì)是隧道智能化建造的主體和核心，包括圍巖智能分級(jí)和設(shè)計(jì)參數(shù)智能優(yōu)選等關(guān)鍵技術(shù)。

3.2.1 圍巖智能分級(jí)

現(xiàn)場(chǎng)采集近1 000份不同巖性、不同級(jí)別圍巖的掌子面鑿巖臺(tái)車鉆進(jìn)參數(shù)數(shù)據(jù)樣本，鉆進(jìn)參數(shù)和圍巖級(jí)別散點(diǎn)示意見圖13。在解析鉆桿推進(jìn)速度、推進(jìn)壓力、沖擊壓力及回轉(zhuǎn)壓力等鉆進(jìn)參數(shù)后，發(fā)現(xiàn)鉆進(jìn)參數(shù)和圍巖級(jí)別有較強(qiáng)的相關(guān)性。其中，鉆進(jìn)速度和圍巖級(jí)別呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)；推進(jìn)壓強(qiáng)、沖擊壓強(qiáng)、回轉(zhuǎn)壓強(qiáng)和圍巖級(jí)別呈現(xiàn)正相關(guān)，由此奠定了圍巖智能分級(jí)的基礎(chǔ)。基于這一特性，利用SVM、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多種機(jī)器學(xué)習(xí)算法，建立掌子面圍巖智能分級(jí)模型（見圖14），準(zhǔn)確率約87%。

圖13 鉆進(jìn)參數(shù)和圍巖級(jí)別散點(diǎn)示意圖

圖14 掌子面圍巖智能分級(jí)模型示意圖

以掌子面圍巖智能分級(jí)模型為基礎(chǔ)，建立隧道圍巖智能分級(jí)方法并進(jìn)行軟件開發(fā)。智能型鑿巖臺(tái)車自動(dòng)獲取鉆進(jìn)參數(shù)，通過(guò)軟件分析實(shí)現(xiàn)掌子面分塊、隨鉆圍巖分級(jí)，并依據(jù)權(quán)重給出掌子面圍巖級(jí)別。

3.2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)智能優(yōu)選

廣泛收集原鐵道部頒布的隧道通用參考圖、鄭萬(wàn)鐵路隧道支護(hù)設(shè)計(jì)圖、鄭萬(wàn)鐵路爆破設(shè)計(jì)圖，整理形成包括超前支護(hù)、洞身支護(hù)設(shè)計(jì)、爆破設(shè)計(jì)參數(shù)等設(shè)計(jì)參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)。根據(jù)圍巖級(jí)別、埋深、巖石類型、施工水平等參數(shù)，利用數(shù)據(jù)庫(kù)智能搜索匹配算法，進(jìn)行設(shè)計(jì)參數(shù)匹配、推薦；利用隧道機(jī)械化大斷面法超前支護(hù)設(shè)計(jì)方法、洞身支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)初選值進(jìn)行校核、優(yōu)化，并進(jìn)行軟件開發(fā)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)參數(shù)智能化選擇。

3.3 隧道智能化建造協(xié)同管理平臺(tái)

運(yùn)用多源異構(gòu)數(shù)據(jù)接口、安全及存儲(chǔ)等關(guān)鍵技術(shù)，將圍巖智能分級(jí)系統(tǒng)、設(shè)計(jì)參數(shù)智能優(yōu)選系統(tǒng)、開挖及支護(hù)智能施工系統(tǒng)與信息化管理系統(tǒng)進(jìn)行整合，形成隧道智能化建造協(xié)同管理平臺(tái)。智能化建造協(xié)同管理平臺(tái)層次架構(gòu)示意見圖15。

3.3.1 多源異構(gòu)數(shù)據(jù)接口技術(shù)

圖15 智能化建造協(xié)同管理平臺(tái)層次架構(gòu)示意圖

智能施工裝備所采集的數(shù)據(jù)格式以半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化格式居多，多種類型智能設(shè)備所感知數(shù)據(jù)方式、類型、存儲(chǔ)格式或表現(xiàn)形式可能存在較大差異。施工過(guò)程數(shù)據(jù)有采集頻率高、數(shù)據(jù)記錄多等特點(diǎn)；視頻或高清數(shù)碼具有存儲(chǔ)空間大、文件格式存儲(chǔ)等特點(diǎn)；現(xiàn)場(chǎng)手持終端檢測(cè)數(shù)據(jù)具有格式化、模板化等特點(diǎn)。搭建一套滿足不同數(shù)據(jù)類型、存儲(chǔ)格式的數(shù)據(jù)交互、轉(zhuǎn)換接口，借助“數(shù)據(jù)交互”實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)外的數(shù)據(jù)交互，借助“業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)換接口”將施工數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成滿足業(yè)務(wù)管理要求的數(shù)據(jù)格式，并提取關(guān)鍵數(shù)據(jù)形成為項(xiàng)目管理基層數(shù)據(jù)源。數(shù)據(jù)接口內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意見圖16。

圖16 數(shù)據(jù)接口內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

3.3.2 多源異構(gòu)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)

智能建造管理平臺(tái)所涉及到數(shù)據(jù)具有類型多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、量大、訪問(wèn)頻率高等特點(diǎn)，為提升系統(tǒng)交互效率和訪問(wèn)速度，需構(gòu)建一個(gè)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)合理、讀寫速度快、安全性高的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方案，借助數(shù)據(jù)拆分存儲(chǔ)等技術(shù)，改善了海量數(shù)據(jù)的讀寫性能。

（1）數(shù)據(jù)垂直拆分。依據(jù)智能建造協(xié)同平臺(tái)各個(gè)子系統(tǒng)和各業(yè)務(wù)管理的需要，將整個(gè)平臺(tái)的數(shù)據(jù)分割到不同的數(shù)據(jù)表空間，將原來(lái)強(qiáng)耦合的系統(tǒng)拆分成多個(gè)弱耦合的服務(wù)，通過(guò)服務(wù)間的調(diào)用來(lái)滿足業(yè)務(wù)需求。確保核心模塊的穩(wěn)定性，同時(shí)有效緩解了不同業(yè)務(wù)模塊之間的IO競(jìng)爭(zhēng)壓力。

（2）數(shù)據(jù)水平拆分。針對(duì)智能施工設(shè)備所采集的數(shù)據(jù)，依據(jù)數(shù)據(jù)的范圍或時(shí)間屬性將數(shù)據(jù)拆分到多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的數(shù)據(jù)表中，借助數(shù)據(jù)映射關(guān)系進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問(wèn)，有效地解決了施工過(guò)程數(shù)據(jù)、質(zhì)檢資料等單表數(shù)據(jù)量大的數(shù)據(jù)讀寫瓶頸。

（3）數(shù)據(jù)分區(qū)存儲(chǔ)。充分借助Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)提供的分區(qū)機(jī)制，將表中的數(shù)據(jù)劃分成多個(gè)區(qū)域，通過(guò)分區(qū)表的映射關(guān)系，快速定位查詢、讀取數(shù)據(jù)，有效緩解部分?jǐn)?shù)據(jù)持續(xù)陡增而引起的數(shù)據(jù)讀寫速度慢等問(wèn)題，從而改善巨型數(shù)據(jù)表的讀寫性能。

3.3.3 多源異構(gòu)數(shù)據(jù)安全技術(shù)

借助磁盤陣列從物理上進(jìn)行有冗余的數(shù)據(jù)備份存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)安全和快速數(shù)據(jù)還原功能。應(yīng)用程序嚴(yán)格按照前端、應(yīng)用邏輯、數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)地分離，防止非法軟件通過(guò)前端攻擊數(shù)據(jù)庫(kù)和竊取數(shù)據(jù)信息。利用票據(jù)與令牌信息進(jìn)行用戶認(rèn)證與授權(quán)，借助token驗(yàn)證用戶的合法性與有效性，有效避免了非法訪問(wèn)。借助MD5加密技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，降低了數(shù)據(jù)在傳輸、讀寫等環(huán)節(jié)出現(xiàn)信息泄露的風(fēng)險(xiǎn)。引入數(shù)字指紋和CA數(shù)字簽名技術(shù)，避免了有效避免數(shù)據(jù)被惡意篡改或偽造，同時(shí)確保數(shù)據(jù)的完整性。通過(guò)時(shí)間戳機(jī)制可以有效地防御DOS攻擊，提高了數(shù)據(jù)交互接口的可用性。

3.3.4 智能變更設(shè)計(jì)管理辦法

為充分發(fā)揮圍巖智能分級(jí)、智能設(shè)計(jì)子系統(tǒng)智能分析、智能決策的功能優(yōu)勢(shì)，減少人為因素干擾，按照導(dǎo)向安全的原則，開發(fā)了智能變更設(shè)計(jì)管理模塊，即當(dāng)系統(tǒng)判定圍巖級(jí)別和原設(shè)計(jì)圍巖級(jí)別不一致時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入智能變更設(shè)計(jì)流程：當(dāng)圍巖智能判識(shí)系統(tǒng)判識(shí)結(jié)果為圍巖由好變差時(shí)，變更設(shè)計(jì)以系統(tǒng)判定結(jié)果為準(zhǔn)；對(duì)于圍巖智能判識(shí)系統(tǒng)判識(shí)結(jié)果為圍巖由差變好時(shí)，變更設(shè)計(jì)必須由指揮部組織參建各方現(xiàn)場(chǎng)判定為準(zhǔn)，并進(jìn)行線上變更操作。

4 結(jié)束語(yǔ)

鄭萬(wàn)鐵路湖北段隧道智能化建造技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐體會(huì)如下：

（1）有序推進(jìn)。國(guó)外隧道機(jī)械化、數(shù)字化發(fā)展經(jīng)歷近百年才逐漸成熟，智能化也處于開端。因此，應(yīng)結(jié)合我國(guó)國(guó)情，廣泛應(yīng)用新材料、新技術(shù)、新裝備，全面革新隧道設(shè)計(jì)方法、施工方法、管理方法，在完成隧道機(jī)械化、數(shù)字化建造技術(shù)改造升級(jí)的前提下，持續(xù)推進(jìn)隧道智能化建造技術(shù)進(jìn)步。

（2）以建設(shè)單位為主體。隧道智能化建造是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涵蓋設(shè)計(jì)理論方法、施工工法工藝、裝備制造、建設(shè)管理等，應(yīng)依托具體工程項(xiàng)目，以建設(shè)單位為主體，組織協(xié)調(diào)科研、設(shè)計(jì)、施工、裝備制造等單位，秉承“科研先行、循序漸進(jìn)”的理念，以科研指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)，產(chǎn)學(xué)研用緊密結(jié)合，按“試驗(yàn)—推廣—提質(zhì)增效”3個(gè)階段，有序推進(jìn)鐵路隧道智能化建造推廣應(yīng)用。

（3）良好的制度環(huán)境保障。隧道智能化建造尚處于起步階段，應(yīng)積極推動(dòng)相應(yīng)設(shè)計(jì)、施工相關(guān)規(guī)范的制定、實(shí)施，為隧道機(jī)械化、智能化建造提供技術(shù)依據(jù)；加快推進(jìn)相關(guān)定額標(biāo)準(zhǔn)制定、實(shí)施，為全面推廣鐵路隧道機(jī)械化、智能化施工提供切合實(shí)際的投資標(biāo)準(zhǔn)；積極鼓勵(lì)相關(guān)科研成果轉(zhuǎn)化、應(yīng)用，并提供一定的政策支持，為隧道機(jī)械化、智能化建造創(chuàng)造產(chǎn)學(xué)研用的良好環(huán)境；并可參照國(guó)外做法，開展以施工單位為主體的隧道設(shè)計(jì)施工總承包、專業(yè)分包試點(diǎn)和設(shè)計(jì)單位為主體的組織隧道工程質(zhì)量專項(xiàng)驗(yàn)收。