田四明，吳克非，王志偉，王明年，馬偉斌，易文豪

(1.山東大學 齊魯交通學院，山東 濟南 250061；2.中國鐵路經(jīng)濟規(guī)劃研究院有限公司， 北京 100038；3.中國鐵道科學研究院集團有限公司 鐵道建筑研究所, 北京 100081；4.西南交通大學 土木工程學院，四川 成都 610031；5.西南交通大學 隧道工程教育部重點實驗室，四川 成都 610031)

2015年，我國政府提出了“中國制造2025”[1-2]第一個十年行動綱領，力爭用10年時間使我國邁入制造強國行列，全面實現(xiàn)制造業(yè)重點領域智能化。2018年，中國鐵路總公司提出“交通強國，鐵路先行”戰(zhàn)略目標[3-4]及智能鐵路總體框架與發(fā)展方向。山嶺隧道的智能建造是中國“智能鐵路”的重要組成部分，代表了未來山嶺隧道建設的發(fā)展方向[5]。

中國鐵路隧道建設發(fā)展已有130余年歷史，總體上看，可劃分為技術起步、初步發(fā)展、快速發(fā)展、日趨成熟乃至未來引領世界4個階段[5-8]。2010年以來，隧道大斷面設計施工工法及大型機械化配套技術逐步得到推廣，對主動支護體系的重視程度越來越高，以設計為核心的智能化建造技術應用開始探索并初步實踐。

我國改革開放40年來，共建成隧道1.2萬余座，總長約1.7萬 km(占中國鐵路隧道總長度的90%)。其中，“十一五”期間建成鐵路隧道2 262座，總長約2 686 km(占比14%)，“十二五”期間建成鐵路隧道3 611座，總長約6 038 km(占比31%)，“十三五”期間建成鐵路隧道3 387座，總長約6 592 km(占比33%)[9]。這40年間，我國隧道建設水平和設計理論得到了快速發(fā)展，在勘察、設計、施工、裝備、信息化應用等方面取得了一大批創(chuàng)新成果，建成了一批特長、超深埋、超大斷面、高寒、高海拔等長大復雜隧道工程，隧道工程規(guī)模位居世界第一。

近年來，在鄭萬、京張高鐵等多條鐵路線路的隧道工程建設實踐中，建設理念逐步向基于圍巖變形主動控制的支護設計施工方面轉變，建造過程中GIS、BIM、空天地一體化勘察、大型譜系化機械裝備等方面的配套應用，進一步推動了隧道智能化建造的發(fā)展。典型線路隧道工程的科研成果及工程實踐為隧道工程智能化建造技術的推廣應用奠定了基礎，也為復雜艱險山區(qū)鐵路隧道智能化技術應用具備了一定的條件。

自2020年以來，具有“三高”(海拔高、地應力高、巖溫高)、“四多”(活動斷裂多、巖爆多、軟巖大變形多、地震多)、“五難”(地質勘察難、輔助坑道難、大臨工程難、棄渣難、物資保障難)特點的高海拔鐵路隧道工程正式開工，為隧道智能化建造技術的發(fā)展應用提出了新挑戰(zhàn)的同時，也為隧道工程建設新理論、新方法、新裝備、新理念的實踐提供了廣闊的空間。

大規(guī)模的隧道工程建設，需要人機物料的全方位保障。如何基于當前國情以及國際隧道建造體系，減少勞動力投入，提高中國隧道安全、質量、進度等建造要求，實現(xiàn)中國鐵路隧道智能化建造成為了當前的研究重點。本文從隧道智能化建造的總體架構出發(fā)展開論述，闡述了技術體系組成和剖析技術發(fā)展現(xiàn)狀，在當前中國鐵路隧道初步構建的中國鐵路隧道智能化建造V1.0基礎上，提出了智能化建造技術提升方向和解決路徑，并提出發(fā)展愿景。

1 鐵路隧道智能化建造概念及架構

1.1 基本概念及內涵

鐵路隧道智能化建造依托自動化、信息化、可視化等技術，通過對地質、結構、機械、人員和材料等信息的綜合管理，集約化利用時間、空間、人力資源，實現(xiàn)隧道建設安全可靠、綠色高效的建造技術體系。

鐵路隧道智能化建造涵蓋基礎理論、地質判識、設計方法、工藝工法、協(xié)同管理5個方面，隧道智能化建造涵蓋范圍見圖1?；A理論是基石，包含圍巖力學特性分析及圍巖壓力計算、支護與圍巖動態(tài)作用關系、支護結構體系構件協(xié)同作用極限能力；地質判識是前提，包含地質勘察設備、解譯技術和綜合判釋聯(lián)合反演技術；設計方法是核心，智能化建造中的設計理論和方法已經(jīng)進階至圍巖變形主動控制設計方法，以及在此基礎上的設計參數(shù)智能化選擇和支護結構安全動態(tài)評估方法，圍巖變形主動控制方法是前提和先決條件，參數(shù)的智能化選擇是實現(xiàn)方法，安全動態(tài)評估是過程監(jiān)督和安全性驗證；工藝工法是手段，涵蓋施工過程中的機械化信息化融合、安全控制和基于物聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)測檢測；協(xié)同管理是目的，包括標準化管理模式、信息化管控平臺和全生命周期系統(tǒng)性數(shù)據(jù)存儲。

圖1 隧道智能化建造涵蓋范圍

1.2 體系組成

按照隧道工程建造工序，智能建造技術體系涵蓋5個方面：多源地質信息智能獲取與綜合判識、基于多源地質信息融合的圍巖質量智能評價、基于圍巖變形主動控制的隧道支護體系設計理論與方法、與設計方法互相適配的智能化施工以及協(xié)同管控信息化綜合平臺。鐵路隧道智能化建造技術體系組成見圖2。

圖2 鐵路隧道智能化建造技術體系組成

1.3 功能架構

隧道智能化建造包括資源要素數(shù)據(jù)感知、生產(chǎn)過程控制和管理應用數(shù)據(jù)分析三個層級?；跀?shù)字化隧道的建設理念，通過數(shù)據(jù)流串聯(lián)溝通，利用物聯(lián)網(wǎng)技術和傳感技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息實時采集，智能決策，數(shù)據(jù)庫存儲，確保施工過程數(shù)據(jù)信息的及時性、真實性和可控性，減少人工干預，實現(xiàn)設計、施工過程之間的數(shù)據(jù)統(tǒng)一。通過物聯(lián)網(wǎng)將智能機械、智能傳感器、工作人員和軟件平臺融為一體，構建高效、節(jié)能、環(huán)保、舒適的隧道施工現(xiàn)場環(huán)境和管理平臺，實現(xiàn)隧道施工作業(yè)過程PDCA(Plan Do Check Action)循環(huán)的閉環(huán)控制。通過數(shù)據(jù)流，打通下游施工資源要素數(shù)據(jù)與上游管理數(shù)據(jù)，最終在平臺端實現(xiàn)設計、施工、物資、計財?shù)确矫娴恼故九c控制。

2 隧道智能化建造技術發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 多源異構地質信息融合及智能判釋技術發(fā)展現(xiàn)狀

由于地下空間地質條件分布的隨機性和不確定性，單一的地質信息采集方案，如地質雷達、TSP法等，難以準確的反映真實的地質條件。

多源異構地質信息中“多源”指地質信息的來源不同，具體包括地質調查法、地質雷達、TSP法、POS數(shù)碼航空影像、高分辨率衛(wèi)星影像、機載LIDAR(激光雷達)、三維激光掃描和超前長距離水平鉆等；“異構”指地質信息類型及其表述形式的差異性。其融合手段按照方法的本質分為基于規(guī)則的方法、基于估計的方法和基于分類的方法。

當前，智能化裝備及配套識別技術、地質信息反演分析智能算法成為了鐵路山嶺隧道智能建造的研究重點和發(fā)展方向。文獻[10]依托鄭萬高速鐵路基于智能型鑿巖臺車采集的4項鉆進參數(shù)和機器學習原理，實現(xiàn)了鄭萬高鐵掌子面圍巖實時動態(tài)分級，但由于隧道現(xiàn)場施工環(huán)境和進度的限制，采集的樣本數(shù)量較少，模型的泛化性還有待進一步提高。文獻[11]通過紅外相機拍攝掌子面圖像，判釋了掌子面主要結構面信息，構建了巖體三維模型。但由于隧道粉塵、施工機械、作業(yè)人員等環(huán)境因素的干擾，其判釋準確度還有待進一步提高。

2.2 圍巖質量智能評價技術發(fā)展現(xiàn)狀

自18世紀末威爾聶爾提出巖體定性分類以來，巖體分級已經(jīng)有200多年的歷史，目前主要存在Q分類法、巖石質量指標RQD分類法、地質力學RMR分類法、工程巖體分級標準BQ分類等方法。但上述方法上述圍巖分級方法主要是給出圍巖級別、地下水狀態(tài)、極特殊地段的地應力預判。近年來，隨著Bayes推理法[12-13]、BP神經(jīng)網(wǎng)絡[14-16]、模糊集理論[17-19]、D-S證據(jù)理論[20-23]等數(shù)學方法的逐漸成熟，圍巖質量評價準確度得到了較大提高，但評價過程中任需要投入的人力物力較大，且得出的結果受地質人員經(jīng)驗影響較大。

現(xiàn)有研究表明，圍巖質量智能識別的發(fā)展方向一定是常規(guī)傳統(tǒng)分級方法與現(xiàn)代改進方法的融合，定量化、精細化、智能化將是圍巖巖體質量評價的發(fā)展趨勢。圍繞智能化決策需求的圍巖質量綜合評價將是隧道智能化建造的主要發(fā)展方向。但是由于地質條件分布的隨機性和不確定性，同時隧道施工進度和施工環(huán)境的限制，現(xiàn)場采集的部分數(shù)據(jù)數(shù)量和質量偏低，導致圍巖質量智能評價過程中準確度偏低，各類圍巖質量智能評價系統(tǒng)(平臺)在實際運行過程中不穩(wěn)定。

2.3 智能化設計發(fā)展現(xiàn)狀

隨著人工智能等方法的普及推廣，遠程設計和動態(tài)設計必將整合，真正做到工程措施的針對性、時效性，隧道建設更加安全、經(jīng)濟、可靠。

智能化設計是隧道智能化建造的核心，智能化設計理論仍然遵循“新奧法”理念，由此出發(fā)，基于信息化技術將二維設計發(fā)展為三維形象化設計。其核心是先進的設計理念，長期以來，受限于圍巖壓力計算方法的局限性，將塌方荷載直接用于結構受力安全性的驗算，加之施工過程中對于支護時機把控不到位等因素，我國鐵路隧道支護結構多數(shù)由“系統(tǒng)(砂漿)錨杄+噴射混凝土+鋼拱架+二次襯砌”等組成，施工普遍強調被動支護，需要依靠圍巖產(chǎn)生向洞內的變形或破壞來“誘發(fā)”支護結構受力，總體上屬于被動支護體系。京張高速鐵路、鄭萬高速鐵路大跨度隧道建造過程中，由于開挖斷面大、施工速度快，圍巖與支護相互作用關系和采用傳統(tǒng)分部開挖法施工有明顯不同，由此帶來圍巖變形主動控制支護體系對圍巖穩(wěn)定性影響程度的變化。

當前針對基于圍巖變形主動控制的隧道圍巖支護體系協(xié)同作用機理研究尚不夠深入，對應的設計技術應用樣本不多，尚未形成可靠成熟的技術體系。這也是未來幾年，鐵路隧道設計人員研究攻關的熱點和重點。

2.4 智能化施工技術發(fā)展現(xiàn)狀

智能化施工具有裝備的依賴性特征，近年來，京張高鐵和鄭萬高鐵典型隧道修建過程中，已經(jīng)初步實現(xiàn)了全斷面、微臺階法開挖，在超前鉆探、開挖作業(yè)、支護作業(yè)、仰拱作業(yè)、防(排)水板作業(yè)、二次襯砌作業(yè)及水溝電纜槽等關鍵工序也基本實現(xiàn)了智能化裝備的配套應用[24]。

如何實現(xiàn)從關鍵工序到全工序的智能化控制是實現(xiàn)中國鐵路隧道智能化建造的關鍵。目前，國內鐵路隧道智能化建造已經(jīng)初步構成了隧道智能化建造V1.0，如鄭萬高鐵智能建造；但在機械化裝藥的炸藥選型、單位體積炸藥消耗、炸藥裝填自動化程度等還需要進一步研究。

2.5 信息化管控平臺發(fā)展現(xiàn)狀

鐵路隧道工程項目具有地質地貌情況復雜、多專業(yè)協(xié)作要求高、建設工期長、建設過程中風險相對較高、投資巨大等特點。信息化管控平臺通過“硬件”實現(xiàn)數(shù)據(jù)的感知，“軟件”實現(xiàn)數(shù)據(jù)的控制，“網(wǎng)絡”實現(xiàn)數(shù)據(jù)的流動，“平臺”實現(xiàn)數(shù)據(jù)的服務。

鄭萬高鐵湖北段隧道工程建設過程中進行了實踐，整合了圍巖分級、設計參數(shù)優(yōu)選與施工管理系統(tǒng)，開發(fā)了智能裝備與現(xiàn)有數(shù)字化管理平臺的接口軟件，實現(xiàn)了裝備數(shù)據(jù)存儲、交互，構建了高速鐵路山嶺隧道協(xié)同管理平臺。該平臺將信息化管理的范圍延伸至實際的設計與施工中，推動了標準化管理，為此類系統(tǒng)的開發(fā)升級及推廣應用提供了有益的借鑒。然而由于現(xiàn)場施工環(huán)境、進度安排等多因素限制，鉆進參數(shù)與對應的圍巖級別樣本采集數(shù)量有限，該類系統(tǒng)圍巖分級準確度還有待進一步提高。同時，對于施工工法、施工組織安排較復雜的鐵路隧道現(xiàn)場應用效果較差，其泛化性能還有待進一步提高。

當前不乏水平較高的信息化系統(tǒng)，但過多的子系統(tǒng)接入國鐵集團鐵路工程管理平臺，使得系統(tǒng)多樣，無統(tǒng)一標準。

3 隧道智能化建造技術提升方向與實現(xiàn)路徑探討

隨著鐵路建造技術的逐漸成熟，西南、西北等艱險山區(qū)的隧道工程日漸增多，這些項目普遍具有海拔高、埋深大、地質條件極其復雜等特點。雖然前期投入了大量的人力、物力、財力，開展了超常規(guī)的綜合地質勘察，然而效果并不理想。地質條件的不確定性給隧道設計增大了難度，按照目前的信息化技術水平，在一定程度上減少了現(xiàn)場人員的投入，但是工作量仍然極大；地質基礎資料準確性的問題尚需進一步開展技術攻關。針對建設過程中所面臨的風險控制、效率提升和環(huán)境保護等問題，亟需開展復雜地質段的隧道智能化建造技術科研攻關相關工作。

3.1 多源異構地質信息融合及智能判識方面

針對當前多源異構地質信息融合及智能判識技術水平較低的問題，應發(fā)展基于傳統(tǒng)預報方法的綜合預報超前探測技術，并進一步深化研究隧道超前鉆孔內綜合探測技術，提高精度和準確性，結合機械化裝備，綜合運用多項技術，發(fā)展基于物探、鉆探、化探、點云、監(jiān)測、檢測、視頻等多源異構信息融合的圍巖質量與不良地質超前智能評價預測方法。

綜合隧道電法探測及水量估算、地震波反射法聯(lián)合反演及解譯、全空間回線源瞬變電磁探測、地質雷達與激化孔隧聯(lián)合探測、隨鉆多參數(shù)實施探測等方法預報結果，提出基于機械化預報的先驗信息聯(lián)合反演理論與綜合預報技術，實現(xiàn)隧道超前地質預報多源信息融合與智能快速解譯，突破不良地質體的亞米級成像技術，實現(xiàn)由傳統(tǒng)的人工解譯向半自動、自動化轉變，大幅提高解譯效率與準確性。綜合地質超前預報實現(xiàn)路徑見圖3。

圖3 綜合地質超前預報實現(xiàn)路徑

基于目前的鐵路隧道智能建造發(fā)展現(xiàn)狀，進一步細化隧道必測項目和選測項目，擴充鐵路隧道多源異構地質信息數(shù)據(jù)庫，明確鐵路隧道智能化建造指標，進一步開展多源異構地質信息采集技術方法和融合算法兩個方面的專項研究，提高鐵路隧道地質信息采集精度。同時，基于擴充后的數(shù)據(jù)庫，優(yōu)化現(xiàn)有的智能判識算法，提高智能判識的速度和準確度。

3.2 圍巖質量智能評價方面

圍巖質量智能評價方面，應在分類方法的客觀性、綜合性(考慮各類不良地質)方面提升，充分利用多源地質信息各類數(shù)據(jù)、解決指標眾多、應用繁瑣、智能化程度不高、分類標準體系不健全等問題。重點著眼于前期大量半自動數(shù)據(jù)采集、分析、應用，進行人工智能學習訓練，實現(xiàn)圍巖質量多因素、多參數(shù)與工程設計優(yōu)選(鉆爆參數(shù)、支護參數(shù)、支護時機、支護次序等)相互融合，確定圍巖質量信息的主控參數(shù)，明確需要的多源異構地質信息采集方法及工作量。

利用前文所述獲取的多源異構地質信息，采用貝葉斯、云計算、神經(jīng)網(wǎng)路等智能算法實現(xiàn)信息的融合，得到圍巖級別、RMR值、BQ值、Q值等現(xiàn)有的圍巖質量評價指標。在此基礎上，結合工程實踐對現(xiàn)有的圍巖質量評價指標融合、修正，提出適合中國鐵路隧道智能化建造體系的圍巖質量智能化綜合指標，明確圍巖質量智能判釋方法，構建圍巖漸進性評價模型，最終開發(fā)圍巖質量智能判識系統(tǒng)。其中的關鍵技術為：多源異構地質信息采集方法，貝葉斯、云計算、神經(jīng)網(wǎng)絡等多源地質信息融合技術以及圍巖漸進性評價模型構建方法。圍巖質量智能評價實現(xiàn)路徑見圖4。

圖4 圍巖質量智能評價實現(xiàn)路徑

3.3 智能化設計方面

智能化設計的提升方向，首先是設計理念方面。當前及未來一定時期內“新奧法”是設計理論的主流，其核心理念是控制或改善圍巖的力學性態(tài)和變形，防止圍巖的離散坍塌，而不是被動的提供支護來防治圍巖坍塌[25]。近年來，隧道建設的管理、科研、設計、施工等部門越來越強調充分發(fā)揮圍巖的自承能力，在施工中具體表現(xiàn)為以錨桿、錨索以及注漿加固地層等主動支護措施控制圍巖變形。但變形主動控制理念的內涵、應用條件和適用范圍等尚未在理論研究和實際應用形成統(tǒng)一的認識。

未來隧道智能化建造過程中需首先明確圍巖變形主動控制的設計理論，即以圍巖穩(wěn)定性為前提，以變形主動控制為目標，依靠錨桿、噴混凝土等主動支護手段改善圍巖物理力學參數(shù)，提高圍巖自承能力，同時施加約束作用，實現(xiàn)圍巖徑向、環(huán)向變形動態(tài)主動約束，構建高安全性、經(jīng)濟性的圍巖-錨桿-噴混主動支護體系。此外隧道施工是圍巖-支護相互作用、動態(tài)平衡的過程，其作用規(guī)律隨空間、時間不斷變化，需重點研究開挖、支護各工序施工時間與掌子面圍巖穩(wěn)定性、未支護段圍巖穩(wěn)定性及洞身段圍巖性的相關影響規(guī)律，以從機理上明確支護的分序、平行作業(yè)必要性、可行性、經(jīng)濟性，有效指導支護設計及現(xiàn)場施工組織管理。圍巖變形主動控制設計方法見圖5。

圖5 圍巖變形主動控制設計方法

設計理論與設計方法的付諸實踐，應開展科研攻關。首先應掌握隧道主動支護與圍巖相互作用機制及過程演化特點，掌握支護結構體系界面的力學演化規(guī)律。在此基礎上，開展不同工況變形主動控制的關鍵設計參數(shù)研究、確立主動支護結構可靠性評價方法，提出支護參數(shù)智能反饋模型，重視錨固體系特別是錨桿(索)受力的跟蹤監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測檢測數(shù)據(jù)給出洞身穩(wěn)定性及參數(shù)合理性評價，實現(xiàn)支護參數(shù)的及時合理動態(tài)調整。最后考慮設計與施工的銜接問題，建立變形主動控制支護體系基本框架，形成設計方法，給出適配的施工裝備方案以及建議的施工工法和工藝。結合理念，設計理論，形成支護高效、安全可靠的主動支護技術體系。通過設計方法的程序化實現(xiàn)，作為信息化管控平臺的核心納入?yún)f(xié)同管控平臺。智能化設計理論及方法實現(xiàn)路徑見圖6。

圖6 智能化設計理論及方法實現(xiàn)路徑

3.4 智能化施工方面

智能化施工的底層基礎是大機裝備的應用和信息化程度的提升，質的提升是裝備與工藝工法的協(xié)調匹配，擴大推廣覆蓋面的前提是解決全工序協(xié)調問題，技術水平的整體提升取決于在復雜艱險環(huán)境中各類不良地質或高能地質的適應程度。少人化、甚至無人化的施工必將是智能化施工發(fā)展的遠期目標。

基于變形主動控制的圍巖支護成套體系及設計參數(shù)智能選擇信息化系統(tǒng)，研發(fā)適應性強的譜系化施工裝備，結合操作工藝、施工工藝、質量控制與基于物聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)測檢測技術，形成基于變形主動控制的隧道智能化施工技術體系，開發(fā)隧道智能化動態(tài)施工信息化系統(tǒng)。

目前國內智能化施工包括了開挖作業(yè)、超前支護、初期支護作業(yè)和二次襯砌作業(yè)五條作業(yè)線。各作業(yè)線配置了大型機械化配套裝備，例如在初期支護作業(yè)線中，包括了混凝土濕噴臺車、拱架臺車和全電腦三臂鑿巖臺車等。

目前在爆破鉆孔過程中，通過傳統(tǒng)的超前地質預報結合三臂鑿巖臺車3D掃描軟件及地質分析軟件對上循環(huán)開挖斷面超欠挖情況及前方圍巖情況進行綜合分析，動態(tài)調整鉆爆參數(shù)-減小周邊眼間距、減小周邊眼及輔助眼藥量、縮小開挖輪廓線。利用全電腦三臂鑿巖臺車全自動高效智能化鉆孔，能夠按照提前布置好的鉆孔參數(shù)自動鉆孔；位置、孔位、角度、深度等自動控制。但在爆破過程中炸藥用量明顯增加，超挖現(xiàn)象時有發(fā)生，有鑒于此，需進一步開展機械化裝藥和超欠挖控制技術專項研究，明確隧道機械爆破過程中超欠挖影響因素，優(yōu)化爆破設計參數(shù)，提高隧道爆破過程中的安全性和經(jīng)濟性。

爆破完成后目前常采用射流風機進行通風排煙，必要時增加軸流風機輔助，運營階段根據(jù)隧道長度、曲率等設計條件，合理布置射流風機實現(xiàn)隧道運營期間的通風。未來需開展物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字孿生和大數(shù)據(jù)等技術在隧道通風控制技術的研究，實現(xiàn)隧道智能化通風，保障隧道空氣質量。

開展智能化機械系統(tǒng)性工程研究，明確整體性和局部性的關系，優(yōu)化現(xiàn)有的施工工序和機械性能，提高大型機械協(xié)同作業(yè)能力。例如，在出渣過程中，應進一步整合現(xiàn)有的智能化建造配套裝備，實現(xiàn)挖機與裝載機配合出渣，提高出渣效率。

3.5 信息化管控平臺方面

隧道智能化建造信息化管理平臺是實現(xiàn)隧道智能化建造的信息化支撐。把前述4個方面的信息化系統(tǒng)進行整合、互聯(lián)、互通作為協(xié)同管理的數(shù)據(jù)基礎，把隧道施工作業(yè)計劃的智能編排、資源要素的優(yōu)化調度、作業(yè)狀態(tài)的動態(tài)監(jiān)控、施工安全質量的精細化管控等作為協(xié)同管理的核心內容，把實現(xiàn)圍巖級別的智能判識、支護參數(shù)的動態(tài)優(yōu)化、隧道風險的有效管控作為協(xié)同管理的應用目標。

應明確信息化平臺管理體系中各單位自上而下的管理權責，加強國鐵大數(shù)據(jù)中心對于全路隧道建設數(shù)據(jù)的接受、匯集與安全保護，立足我國當前既有鐵路隧道建設項目管理特點，將參建各方串聯(lián)起來，綜合鐵路工程管理平臺、建設單位的建設管理平臺以及設計、施工、監(jiān)理單位的各類OA平臺，形成集約簡統(tǒng)化頂層管理平臺，實現(xiàn)建設過程的信息采集、安全管理、材料質量管控、驗工計價、質量信譽評價等。依托科研課題及工程實踐制定信息化管理平臺技術標準，以技術標準、作業(yè)標準、管理標準為重點，建立適用于智能建造體系的標準化協(xié)同管理體系。

4 隧道智能化建造愿景

智能化建造的愿景既包括要達到的目標又包括對于隧道新型建造模式的期許。

目標輻射在智能化建造涵蓋范圍的5個方面：①基礎理論方面，面向大斷面、臺階法等各類工法，對于一般地質、高地應力、高巖溫、高水壓等特殊地質，既有針對性又有普適性；②地質判識方面，可以實現(xiàn)超前鉆探、快速采集，實時傳輸，綜合評價；③設計理論與方法方面，強調主動支護，可實現(xiàn)設計參數(shù)自動優(yōu)化、施工組織自動匹配；④工法工藝方面，可實現(xiàn)全工序機械化施工、信息化質量評價、自動化監(jiān)測檢測；⑤協(xié)同管控方面，可實現(xiàn)簡統(tǒng)化、集約化、標準化、高效化的全生命周期管理。上述5個方面的目標可統(tǒng)一概括為：“綜合性多源信息智能獲取與判識、智能化綜合圍巖質量評價、可視化圍巖主動支護體系顯示與投射、全方位譜系化智能裝備組織與應用、綜合性標準化全方位協(xié)同管控。在此基礎上，形成智能化隧道設計體系，提升智能化裝備應用和制造水平，推動信息化技術升級，提高建設質量管控水平，在少人化、自動化(機器人化)方面發(fā)力，最終實現(xiàn)少人(無人)化發(fā)力，構建綠色高效、少人(無人)、安全可靠的隧道智能化建造技術體系。隧道智能化建造目標見圖7。

圖7 隧道智能化建造目標

對于隧道新型建造模式，真正意義上建立數(shù)字化工地、實現(xiàn)數(shù)字化設計、實行數(shù)字化管理，建立虛擬隧道信息空間，將隧道作業(yè)面的開挖、初支、仰拱、二襯、排水等多條流水線，以及洞外的攪拌站、鋼結構加工廠、物料倉庫、實驗室、控制中心等互聯(lián)互通，真實、直觀、動態(tài)展示隧道物理空間，并可進行遠程的數(shù)據(jù)存儲與調用、信息互通及分析、知識共享及傳遞，實現(xiàn)最終伴隨決策客觀及準確、軟件豐富及易用、管理標準及簡統(tǒng)的建造模式。

5 結束語

當前隧道工程智能化建造具備良好的發(fā)展基礎和條件，同時面臨前所未有的困難和挑戰(zhàn)，既是研究熱點，又是實踐難點。物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、區(qū)塊鏈等技術為智能化建造的推進提供了“術”的支持，核心設計理論和方法的轉變?yōu)橹悄芑l(fā)展提供了“道”的保障，文中所提隧道智能化建造的架構與技術組成一定程度上是上述各類先進技術或方法的有機融合與辯證應用，基于現(xiàn)狀剖析的技術提升方向和實現(xiàn)路徑是智能化建造快速實現(xiàn)較為可行的解決方案，可為智能化建造落地實踐提供“法”的支撐。