吉青

中國盾構(gòu)機制造企業(yè)不斷提升產(chǎn)品性能和質(zhì)量，國產(chǎn)設(shè)備逐步替代進口設(shè)備。

飛天有神舟，潛海有蛟龍，追風(fēng)有高鐵，入地有盾構(gòu)。

盾構(gòu)機作為建設(shè)隧道的“掘進神器”，猶如在黑暗中開車，復(fù)雜的環(huán)境讓它步履維艱，面臨施工風(fēng)險、質(zhì)量、效率等多方面挑戰(zhàn)。如今，重達上千噸的盾構(gòu)機將有望通過人工智能，自動挖掘出一條條地鐵、公路隧道。

“大國重器”有擔(dān)當

4月29日，國產(chǎn)超大直徑盾構(gòu)機“聚力一號”在江蘇江陰靖江長江隧道A2標段開始掘進。A2標段由中交隧道局承建，據(jù)悉，江陰靖江長江隧道開挖斷面直徑達到16.09米，最深處距離江面82米，是國內(nèi)超大直徑、超大埋深過江隧道。

“聚力一號”盾構(gòu)機于去年10月12日在中交天和常熟基地下線，是目前國內(nèi)最先進、智能化水平最高的超大直徑盾構(gòu)機。中交天和對“聚力一號”作了針對性極強的專業(yè)化設(shè)計，運用完全自主研發(fā)、世界首創(chuàng)的先進技術(shù)，實現(xiàn)了“大塊頭”與智能化的完美結(jié)合。

“聚力一號”采用特有的超長距離不換刀技術(shù)，可實現(xiàn)該線全線5000米掘進不換刀;同時，配備智能化導(dǎo)向、智能化地質(zhì)超前預(yù)報、高精度有害氣體監(jiān)測和同步雙液注漿等系統(tǒng)，確保盾構(gòu)隧道施工做到“可視、可測、可控、可達”，使高強度、高風(fēng)險、高污染的掘進作業(yè)轉(zhuǎn)為安全、高效、節(jié)能、環(huán)保的綠色掘進模式。該盾構(gòu)機在設(shè)計時還在刀盤上涂裝了“微笑天使”長江江豚的圖案，寓意對長江生態(tài)的保護。

“聚力一號”自主研發(fā)的背后集結(jié)、閃耀著“中國智造”的智慧。中交天和副總經(jīng)理、總工程師，江蘇省“雙創(chuàng)之星”周駿曾在兩年前說過：“盾構(gòu)機均采用國產(chǎn)裝備，標志著中國超大直徑盾構(gòu)隧道施工依靠國外品牌時代的終結(jié)。”

盾構(gòu)機宛如穿行地下、吞石吐泥的巨龍，刀具就是它的牙齒，對隧道的順利貫通至關(guān)重要。兩年前，中交天和就自主研制了第9臺超大直徑盾構(gòu)機——長城號。在這臺盾構(gòu)機上，中交天和在全球首次將光纖磨損檢測技術(shù)應(yīng)用于盾構(gòu)刀具檢測上，操作人員根據(jù)實時檢測數(shù)據(jù)及時發(fā)現(xiàn)和分析刀具磨損原因，及時調(diào)整盾構(gòu)掘進參數(shù)，提升刀具使用壽命和掘進效率。同時，項目還應(yīng)用了中交天和自主研發(fā)的管片自動化拼裝技術(shù)、智慧化遠程安全監(jiān)控管理系統(tǒng)、綠色環(huán)保管路延長裝置、泥水分層逆洗循環(huán)技術(shù)、國產(chǎn)常壓換刀裝置、刀盤伸縮擺動裝置等世界先進技術(shù)和裝備，不僅降低制造成本，還將核心技術(shù)牢牢掌握在自己手中。

盾構(gòu)機是工程機械領(lǐng)域的重大裝備，被譽為“工程機械之王”。以前，中國還沒有能力制造盾構(gòu)機的時候，只能高價購買外國企業(yè)的盾構(gòu)機，甚至還要支付高昂的服務(wù)和維修費用。隨著像中交天和這樣的企業(yè)茁壯成長，盾構(gòu)機技術(shù)也被中國人攻破，中國盾構(gòu)機制造企業(yè)不斷提升產(chǎn)品性能和質(zhì)量，國產(chǎn)設(shè)備逐步替代進口設(shè)備。目前，國產(chǎn)盾構(gòu)機在國內(nèi)市場的占有率高達90%以上，同時，國產(chǎn)盾構(gòu)機在國際市場的占有率也達到45%。眼下，中國盾構(gòu)機已經(jīng)走出國門，出口到世界各地。

智能化水平突飛猛進

國產(chǎn)盾構(gòu)機在制造、研發(fā)環(huán)節(jié)不斷攀登新高峰的同時，還在智能化方面先人一步。

在城市深邃的地下，不需要工程師人工決策、手動操作，盾構(gòu)機能夠通過人工智能自己挖出一條條地鐵、公路隧道。雖然重達千噸，但人工智能控制施工的盾構(gòu)工程，其質(zhì)量控制、風(fēng)險控制水平甚至比人類工程師更優(yōu)秀。

上海正在探索推進盾構(gòu)機“無人駕駛”。去年底，上海城建集團與華為簽署全面合作協(xié)議，將在城市地下空間建設(shè)、智慧高速解決方案、智慧城市建設(shè)運營等領(lǐng)域開展全方位合作，為包括上海在內(nèi)的全國城市的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供“中國方案”。

“去年4月，我們實現(xiàn)了盾構(gòu)機的‘自主巡航，這就好比當前新能源車的輔助駕駛系統(tǒng)，盾構(gòu)機能在精準感知施工信息的基礎(chǔ)上，快速判斷自身狀態(tài)并認知周邊環(huán)境特征，在特定工況下按照既定軸線實現(xiàn)自主掘進，過程中不需要人工介入?！鄙虾３墙ㄉ虾Ｋ淼拦矩撠?zé)人表示。傳統(tǒng)盾構(gòu)機實現(xiàn)無人化、數(shù)字化的難點，在于人工智能算法的開發(fā)、盾構(gòu)周邊環(huán)境的數(shù)據(jù)感知，而這正是華為的強項。引入華為技術(shù)，將提高盾構(gòu)機的“自主巡航”能級，推動盾構(gòu)機加快進入無人駕駛階段。

今年2月，伴隨著盾構(gòu)刀盤轟鳴的震響，機場聯(lián)絡(luò)線12標第3臺盾構(gòu)機“智馭號”已經(jīng)勝利始發(fā)，這標志著倍受關(guān)注的上海機場聯(lián)絡(luò)線工程又有新進展。這臺“智馭號”盾構(gòu)機“含金量”可不小。它是特別針對施工中涉及的極小轉(zhuǎn)彎半徑、長距離掘進、易環(huán)境保護等問題，獨家定制、最新研發(fā)的又一臺智慧系列裝備。

據(jù)了解，這臺盾構(gòu)機的切削直徑為9.325米，總機長約82米，推進速度最高可達每分鐘80毫米，搭載了最先進的“自動巡航”控制技術(shù)。為精準施工，建設(shè)者通過科學(xué)決策與智能控制，按照既定軸線實現(xiàn)自主掘進，過程中不需要人工介入，同時以大數(shù)據(jù)管理平臺為主導(dǎo)，形成盾構(gòu)“全生命周期式”管控，逐步實現(xiàn)“數(shù)字化”盾構(gòu)。

數(shù)字化深入產(chǎn)業(yè)鏈多個環(huán)節(jié)

國產(chǎn)盾構(gòu)機除了在產(chǎn)品研發(fā)、制造環(huán)節(jié)不斷更新技術(shù)，提高性能之外，在整個產(chǎn)業(yè)鏈的人才培養(yǎng)方面也不斷融入數(shù)字化技術(shù)。

頭戴VR眼鏡、手持控制器，看似酷炫，但選手們卻是在非常緊張地調(diào)整參數(shù)，還要應(yīng)對VR模擬系統(tǒng)突然跳出來的“盾構(gòu)機突發(fā)情況”。這是南京市職工職業(yè)（行業(yè)）技能大賽城市軌道交通盾構(gòu)機司機技能競賽上常見的一幕。來自南京地鐵建設(shè)一線的幾十名盾構(gòu)機司機通過這樣的技能PK提升業(yè)務(wù)能力。

利用VR技術(shù)模擬盾構(gòu)機推進過程是一項實操，在此過程中，盾構(gòu)機司機除了能進行常規(guī)的掘進操作，還要對突發(fā)故障進行判斷與排除?！岸軜?gòu)機操作以往都是傳統(tǒng)的師帶徒模式。師帶徒固然可以使徒弟較快上手，但這種模式與數(shù)字化實操模擬相比，顯然沒有太多的實用性。” 徐工集團凱宮重工南京股份有限公司（以下簡稱徐工凱宮）副總經(jīng)理孫其爭介紹。

徐工凱宮設(shè)有江蘇省內(nèi)唯一一家盾構(gòu)機司機培訓(xùn)考核基地，截至目前已有258人順利通過考核并獲得了行業(yè)認可的相關(guān)證書。其中由徐工凱宮自行研發(fā)的盾構(gòu)機司機VR考核系統(tǒng)便是考核司機的一柄“利刃”。它運用VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建了真實的盾構(gòu)機操作場景，學(xué)員們通過系統(tǒng)能了解設(shè)備本身的原理、作用、機理、工藝過程、操作步驟，這顯然能很快提升學(xué)員的操作水平。

除了盾構(gòu)機司機培養(yǎng)方面，在盾構(gòu)機智能化焊接方面，“智改數(shù)轉(zhuǎn)”同樣重要。

盾構(gòu)機一般重千噸甚至數(shù)千噸、長100多米、由10多萬個零部件組成。盾構(gòu)機需要焊接的焊縫約有3萬條，其中盾構(gòu)機刀盤、變速箱、盾體等關(guān)鍵核心部件的焊接質(zhì)量和焊接效率，是盾構(gòu)整體制造質(zhì)量和制造效率能否取得更大突破的關(guān)鍵。采用常規(guī)傳統(tǒng)焊接，過程對條件的要求是極其苛刻的，不僅空氣濕度、鋼板厚度等常規(guī)因素會影響焊接效果，就連焊接電壓電流高低、作業(yè)人員精神狀態(tài)等人控因素也會決定焊接成果是否合格。

面對這一行業(yè)痛點，中交天和聯(lián)合國內(nèi)知名院校研制出了智能焊接機器人，智能控制系統(tǒng)就和人的大腦一樣，可以下達指令來完成一系列的操作。經(jīng)過該焊接機器人完成的產(chǎn)品不僅合格率高，還解放了焊接工人。現(xiàn)在工人完成工件焊接只需在操作面板上設(shè)定好程序即可，讓機器人替他完成，一個人同時還可以操作多機。截至目前，中交天和已擁有包括軌道式、固定式、移動式在內(nèi)的各式焊接機器人40多臺，所產(chǎn)盾構(gòu)機零部件焊接任務(wù)均可由機器人焊接完成，這在盾構(gòu)機生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)崒俸币姟?/p>

由此可見，智慧互聯(lián)、遠程診斷、大數(shù)據(jù)應(yīng)用正改變著盾構(gòu)機傳統(tǒng)的施工方式和施工設(shè)備管理模式。當盾構(gòu)機的研發(fā)、制造、運營和管理接入互聯(lián)網(wǎng)平臺之后，傳統(tǒng)盾構(gòu)機全產(chǎn)業(yè)鏈均將迎來提質(zhì)增效。