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下載手機(jī)APP 編者按：“推動中國制造向中國創(chuàng)造轉(zhuǎn)變、中國速度向中國質(zhì)量轉(zhuǎn)變、中國產(chǎn)品向中國品牌轉(zhuǎn)變”的重要指示，為我國制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供了前進(jìn)方向和根本遵循。今年5月10日，“三個轉(zhuǎn)變”重要指示將迎來七周年。中國網(wǎng)財經(jīng)跟隨國資委新聞中心主辦的“走進(jìn)新國企·智造中國”采訪活動，實(shí)地探訪中國制造企業(yè)踐行“三個轉(zhuǎn)變”的最新成果。
硬巖隧道掘進(jìn)機(jī)(TBM)，是盾構(gòu)機(jī)家族中“啃硬骨頭”的成員，主要用于穿山越嶺的硬質(zhì)地層隧道建設(shè)，因技術(shù)附加值高、制作難度大而有著“掘進(jìn)機(jī)之王”的稱號。
山嶺地區(qū)的地質(zhì)勘探有很大局限性，無法詳盡呈現(xiàn)地層狀況，這使得TBM在掘進(jìn)中經(jīng)常面臨著“摸黑”前行。地層狀況的復(fù)雜多變和不可預(yù)知，增加了工程的難度和危險性。
作為“三個轉(zhuǎn)變”的發(fā)源地，中鐵裝備集團(tuán)聯(lián)合多個科研院所研發(fā)出TBM-SMART智能掘進(jìn)系統(tǒng)，攻克了上述難題，將“摸黑”掘進(jìn)變成“透明”掘進(jìn)、“智慧”掘進(jìn)。
據(jù)悉，在掘進(jìn)機(jī)產(chǎn)品智能化領(lǐng)域，中國企業(yè)已經(jīng)和國際巨頭處于“并跑”階段，并且在個別技術(shù)上具有領(lǐng)先優(yōu)勢。
給“鋼鐵蚯蚓”點(diǎn)亮雙眼
盾構(gòu)機(jī)是隧道施工的最主要設(shè)備，城市地鐵、山體隧洞、跨海隧道等等都離不開它。大型盾構(gòu)機(jī)足有五六層樓高，是名副其實(shí)的大國重器。
TBM在盾構(gòu)系列產(chǎn)品中“牙口”最好，削巖如泥。它工作起來就像一只巨大的“鋼鐵蚯蚓”，通過前端持續(xù)旋轉(zhuǎn)的刀盤，將巖石“咬碎”，再把碎渣和巖粉通過螺旋葉片等輸送到后方;一邊挖洞，一邊拼裝管片加固隧道。
而另一方面，TBM也如蚯蚓一樣只能“摸黑”前行，對前方的地質(zhì)狀況缺乏感知。
“雖然前期為了確定隧洞的路線，會做地質(zhì)勘探，但由于條件限制，這種勘探取樣會很‘稀疏’。”中鐵裝備集團(tuán)智能院副院長荊留杰介紹，像一些山嶺隧道的埋深很深，要從山頂向下鉆孔取樣，工作難度很大，通常只能隔一公里或兩公里鉆一個孔。但是這一兩公里的間隔之內(nèi)，地層狀況又有著復(fù)雜變化。
如果在這期間遇到斷層和破碎帶，就可能導(dǎo)致局部塌方，使TBM的刀盤卡頓或損毀，對成本和工期都造成很大消耗。
“如果前方出現(xiàn)不良地層，而我們還一無所知，設(shè)備一頭扎進(jìn)去了，問題就很嚴(yán)重。”荊留杰表示，“這個時候我們對刀盤前面到底是一個什么樣的地層、它是不是完整的、有沒有很多地下水等等，這種‘往前想’、‘往前看’的需求就特別強(qiáng)烈。”
在國家973計劃支持下，中鐵裝備聯(lián)合北京工業(yè)大學(xué)、山東大學(xué)、武漢大學(xué)、浙江大學(xué)、中國水利水電科學(xué)研究院等TBM施工領(lǐng)域著名科研院所，成立TBM智能化掘進(jìn)聯(lián)合攻關(guān)團(tuán)隊，經(jīng)過十年協(xié)同攻關(guān)，攻克了TBM施工過程中“巖體實(shí)時感知難”、“TBM掘進(jìn)精確控制難”兩大難題，研發(fā)了TBM-SMART智能掘進(jìn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)可將“黑箱”掘進(jìn)，變成“透明”掘進(jìn)。
“原來TBM的刀盤是牙齒，但是沒有眼睛和皮膚去感受前方是什么。這套智能掘進(jìn)系統(tǒng)就是把‘實(shí)時感知’功能加上去。”荊留杰介紹，TBM-SMART系統(tǒng)很像汽車的無人駕駛，后者加裝激光掃描、攝像頭、毫米波雷達(dá)等等，是為了探測路況。TBM-SMART系統(tǒng)則是通過一系列技術(shù)手段來感知地下的工況。
“比如說，我們通過加裝視覺傳感攝像頭，對排出來的渣片形狀進(jìn)行識別，據(jù)此實(shí)時了解前方地層的變化。”荊留杰舉例稱，如果排出的是巖粉和形狀規(guī)則的巖片，則表示前方地質(zhì)情況較好;如果出現(xiàn)不規(guī)則的大塊，或者含水量高，則預(yù)示著前方地層比較不穩(wěn)定。
“這時系統(tǒng)就會實(shí)時地向司機(jī)發(fā)出安全預(yù)警，告知他現(xiàn)在進(jìn)入了不良地層，掘進(jìn)的速度，包括刀盤轉(zhuǎn)速要慢下來，以便減少擾動。”荊留杰稱。
在山東文登抽水蓄能電站工程中，TBM-SMART系統(tǒng)搭載到由中鐵裝備集團(tuán)自主研制的世界首臺超小轉(zhuǎn)彎半徑硬巖掘進(jìn)機(jī)——“文登號”上。在施工過程中，巖體參數(shù)預(yù)測準(zhǔn)確度平均88.9%，成功預(yù)警卡機(jī)風(fēng)險5次，實(shí)現(xiàn)了直線段最高日進(jìn)尺20.548米，曲線段最高日進(jìn)尺11.165米施工記錄，相比同類產(chǎn)品下掘進(jìn)效率提升30%，保障了TBM安全、高效掘進(jìn)。
“對于地下工程來說，對地質(zhì)的掌握，才是智能化的基礎(chǔ)。”中鐵裝備集團(tuán)副總經(jīng)理王杜娟表示。
實(shí)現(xiàn)隧道掘進(jìn)機(jī)的實(shí)時感知、智能決策、超前探測等，是全球掘進(jìn)機(jī)行業(yè)都在試圖攻克的技術(shù)制高點(diǎn)。
王杜娟表示，在掘進(jìn)機(jī)的產(chǎn)品智能化方面，中國企業(yè)與國際巨頭已經(jīng)處于“并跑”階段，個別技術(shù)上做到領(lǐng)先。“比如說我們的TBM-SMART 2.0已經(jīng)在好幾個項目上得到應(yīng)用，國際同行中還沒有。”
“在巖體的實(shí)時感知方面，以及掘進(jìn)參數(shù)的智能控制和優(yōu)化方面，我們與國際同行相比是處于領(lǐng)先的。”荊留杰表示。
硬巖TBM (中鐵裝備供圖)
以大數(shù)據(jù)打造“智能決策”
目前“鋼鐵蚯蚓”還是需要司機(jī)來駕駛的。在地下施工中，尤其是在地質(zhì)勘測不詳盡的情況下，掘進(jìn)過程中各種狀況的處置，通常依賴于司機(jī)的個人經(jīng)驗。然而一方面經(jīng)驗豐富的操作員人數(shù)有限，另一方面，人的集中力、注意力會受到身體狀況、外界環(huán)境等多種因素影響。
“我們正在研究實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)中的智能決策。”荊留杰介紹，通過將眾多資深駕駛員的“經(jīng)驗”數(shù)字化，形成大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，再用大數(shù)據(jù)來指導(dǎo)其他駕駛員的實(shí)踐。
“將優(yōu)秀駕駛員的操作以數(shù)字化方式記錄下來，包括他在各種地層下分別采取哪些操作方式。慢慢地數(shù)據(jù)積累多了，就可以去開發(fā)一種駕駛經(jīng)驗?zāi)Ｐ汀Ｎ磥砥渌{駛員遇到這種類似地層，就可以應(yīng)用這種模型中的掘進(jìn)方式，實(shí)現(xiàn)從人工經(jīng)驗到數(shù)字化控制或者自動化控制。”
中鐵裝備集團(tuán)做了大量的掘進(jìn)實(shí)驗，收集不同地層需要什么樣的參數(shù)，再通過歷史數(shù)據(jù)的反衍，通過大數(shù)據(jù)分析，對未來的掘進(jìn)施工進(jìn)行指導(dǎo)。
以大數(shù)據(jù)為依托，TBM-SMART系統(tǒng)可以幫助司機(jī)輕松掌握前方的巖體情況，實(shí)時監(jiān)測設(shè)備卡機(jī)風(fēng)險，同時提供最佳操作建議，實(shí)現(xiàn)“智慧”掘進(jìn)。
另外，在掘進(jìn)參數(shù)優(yōu)化方面，大數(shù)據(jù)可以幫助找到掘進(jìn)效率與設(shè)備使用壽命之間的最優(yōu)解。“我們肯定是希望設(shè)備掘進(jìn)效率高一點(diǎn)，但是高到什么程度，還是要有一定限制條件的，即要兼顧它的長期健康運(yùn)轉(zhuǎn)。”荊留杰介紹，TBM-SMART系統(tǒng)可以根據(jù)不同的地層，向司機(jī)推薦最優(yōu)掘進(jìn)參數(shù)，既高效又安全，也能保證長期掘進(jìn)的時候設(shè)備不出故障。
那么未來TBM能否實(shí)現(xiàn)“無人駕駛”?“其實(shí)現(xiàn)在最大的問題還是數(shù)據(jù)的量，或者數(shù)據(jù)獲取的問題。”荊留杰表示。
隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)時代到來，“數(shù)據(jù)”已經(jīng)成為一種重要的資產(chǎn)和生產(chǎn)要素，甚至有了數(shù)據(jù)即“石油”、數(shù)據(jù)即財富的說法。
在隧道建設(shè)領(lǐng)域，地質(zhì)數(shù)據(jù)、施工數(shù)據(jù)、建筑結(jié)構(gòu)三維模型等等分屬于業(yè)主、施工方、設(shè)備制造方等各方參與者，在數(shù)據(jù)使用和歸屬方面仍存在不小的壁壘。
“如果大家能建立一個‘數(shù)據(jù)池’、‘數(shù)據(jù)湖’，實(shí)現(xiàn)共享，在這個基礎(chǔ)上，智能制造才能更好地賦能到我們實(shí)際的業(yè)務(wù)中。”荊留杰表示。
“現(xiàn)在我們正在探索一些模式，看看能不能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分享，讓數(shù)據(jù)支撐在產(chǎn)品智能化方面發(fā)揮更大的作用。”王杜娟表示。(李春暉) 來源：中國網(wǎng)官方財經(jīng)帳號
