盾構(gòu)機(jī)：“智造”轉(zhuǎn)型進(jìn)行時(shí)

吉青

中國(guó)盾構(gòu)機(jī)制造企業(yè)不斷提升產(chǎn)品性能和質(zhì)量，國(guó)產(chǎn)設(shè)備逐步替代進(jìn)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(jī)作為建設(shè)隧道的“掘進(jìn)神器”，猶如在黑暗中開(kāi)車(chē)，復(fù)雜的環(huán)境讓它步履維艱，面臨施工風(fēng)險(xiǎn)、質(zhì)量、效率等多方面挑戰(zhàn)。如今，重達(dá)上千噸的盾構(gòu)機(jī)將有望通過(guò)人工智能，自動(dòng)挖掘出一條條地鐵、公路隧道。

“大國(guó)重器”有擔(dān)當(dāng)

4月29日，國(guó)產(chǎn)超大直徑盾構(gòu)機(jī)“聚力一號(hào)”在江蘇江陰靖江長(zhǎng)江隧道A2標(biāo)段開(kāi)始掘進(jìn)。A2標(biāo)段由中交隧道局承建，據(jù)悉，江陰靖江長(zhǎng)江隧道開(kāi)挖斷面直徑達(dá)到16.09米，最深處距離江面82米，是國(guó)內(nèi)超大直徑、超大埋深過(guò)江隧道。

“聚力一號(hào)”盾構(gòu)機(jī)于去年10月12日在中交天和常熟基地下線(xiàn)，是目前國(guó)內(nèi)最先進(jìn)、智能化水平最高的超大直徑盾構(gòu)機(jī)。中交天和對(duì)“聚力一號(hào)”作了針對(duì)性極強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)化設(shè)計(jì)，運(yùn)用完全自主研發(fā)、世界首創(chuàng)的先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了“大塊頭”與智能化的完美結(jié)合。

“聚力一號(hào)”采用特有的超長(zhǎng)距離不換刀技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)該線(xiàn)全線(xiàn)5000米掘進(jìn)不換刀;同時(shí)，配備智能化導(dǎo)向、智能化地質(zhì)超前預(yù)報(bào)、高精度有害氣體監(jiān)測(cè)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(cè)、可控、可達(dá)”，使高強(qiáng)度、高風(fēng)險(xiǎn)、高污染的掘進(jìn)作業(yè)轉(zhuǎn)為安全、高效、節(jié)能、環(huán)保的綠色掘進(jìn)模式。該盾構(gòu)機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)還在刀盤(pán)上涂裝了“微笑天使”長(zhǎng)江江豚的圖案，寓意對(duì)長(zhǎng)江生態(tài)的保護(hù)。

“聚力一號(hào)”自主研發(fā)的背后集結(jié)、閃耀著“中國(guó)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(shuō)過(guò)：“盾構(gòu)機(jī)均采用國(guó)產(chǎn)裝備，標(biāo)志著中國(guó)超大直徑盾構(gòu)隧道施工依靠國(guó)外品牌時(shí)代的終結(jié)?！?/p>

盾構(gòu)機(jī)宛如穿行地下、吞石吐泥的巨龍，刀具就是它的牙齒，對(duì)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(tái)超大直徑盾構(gòu)機(jī)——長(zhǎng)城號(hào)。在這臺(tái)盾構(gòu)機(jī)上，中交天和在全球首次將光纖磨損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于盾構(gòu)刀具檢測(cè)上，操作人員根據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)發(fā)現(xiàn)和分析刀具磨損原因，及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)，提升刀具使用壽命和掘進(jìn)效率。同時(shí)，項(xiàng)目還應(yīng)用了中交天和自主研發(fā)的管片自動(dòng)化拼裝技術(shù)、智慧化遠(yuǎn)程安全監(jiān)控管理系統(tǒng)、綠色環(huán)保管路延長(zhǎng)裝置、泥水分層逆洗循環(huán)技術(shù)、國(guó)產(chǎn)常壓換刀裝置、刀盤(pán)伸縮擺動(dòng)裝置等世界先進(jìn)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(jī)是工程機(jī)械領(lǐng)域的重大裝備，被譽(yù)為“工程機(jī)械之王”。以前，中國(guó)還沒(méi)有能力制造盾構(gòu)機(jī)的時(shí)候，只能高價(jià)購(gòu)買(mǎi)外國(guó)企業(yè)的盾構(gòu)機(jī)，甚至還要支付高昂的服務(wù)和維修費(fèi)用。隨著像中交天和這樣的企業(yè)茁壯成長(zhǎng)，盾構(gòu)機(jī)技術(shù)也被中國(guó)人攻破，中國(guó)盾構(gòu)機(jī)制造企業(yè)不斷提升產(chǎn)品性能和質(zhì)量，國(guó)產(chǎn)設(shè)備逐步替代進(jìn)口設(shè)備。目前，國(guó)產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的占有率高達(dá)90%以上，同時(shí)，國(guó)產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)在國(guó)際市場(chǎng)的占有率也達(dá)到45%。眼下，中國(guó)盾構(gòu)機(jī)已經(jīng)走出國(guó)門(mén)，出口到世界各地。

智能化水平突飛猛進(jìn)

國(guó)產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)在制造、研發(fā)環(huán)節(jié)不斷攀登新高峰的同時(shí)，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(dòng)操作，盾構(gòu)機(jī)能夠通過(guò)人工智能自己挖出一條條地鐵、公路隧道。雖然重達(dá)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(xiǎn)控制水平甚至比人類(lèi)工程師更優(yōu)秀。

上海正在探索推進(jìn)盾構(gòu)機(jī)“無(wú)人駕駛”。去年底，上海城建集團(tuán)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(yùn)營(yíng)等領(lǐng)域開(kāi)展全方位合作，為包括上海在內(nèi)的全國(guó)城市的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供“中國(guó)方案”。

“去年4月，我們實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)機(jī)的‘自主巡航，這就好比當(dāng)前新能源車(chē)的輔助駕駛系統(tǒng)，盾構(gòu)機(jī)能在精準(zhǔn)感知施工信息的基礎(chǔ)上，快速判斷自身狀態(tài)并認(rèn)知周邊環(huán)境特征，在特定工況下按照既定軸線(xiàn)實(shí)現(xiàn)自主掘進(jìn)，過(guò)程中不需要人工介入?！鄙虾３墙ㄉ虾Ｋ淼拦矩?fù)責(zé)人表示。傳統(tǒng)盾構(gòu)機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)人化、數(shù)字化的難點(diǎn)，在于人工智能算法的開(kāi)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(qiáng)項(xiàng)。引入華為技術(shù)，將提高盾構(gòu)機(jī)的“自主巡航”能級(jí)，推動(dòng)盾構(gòu)機(jī)加快進(jìn)入無(wú)人駕駛階段。

今年2月，伴隨著盾構(gòu)刀盤(pán)轟鳴的震響，機(jī)場(chǎng)聯(lián)絡(luò)線(xiàn)12標(biāo)第3臺(tái)盾構(gòu)機(jī)“智馭號(hào)”已經(jīng)勝利始發(fā)，這標(biāo)志著倍受關(guān)注的上海機(jī)場(chǎng)聯(lián)絡(luò)線(xiàn)工程又有新進(jìn)展。這臺(tái)“智馭號(hào)”盾構(gòu)機(jī)“含金量”可不小。它是特別針對(duì)施工中涉及的極小轉(zhuǎn)彎半徑、長(zhǎng)距離掘進(jìn)、易環(huán)境保護(hù)等問(wèn)題，獨(dú)家定制、最新研發(fā)的又一臺(tái)智慧系列裝備。

據(jù)了解，這臺(tái)盾構(gòu)機(jī)的切削直徑為9.325米，總機(jī)長(zhǎng)約82米，推進(jìn)速度最高可達(dá)每分鐘80毫米，搭載了最先進(jìn)的“自動(dòng)巡航”控制技術(shù)。為精準(zhǔn)施工，建設(shè)者通過(guò)科學(xué)決策與智能控制，按照既定軸線(xiàn)實(shí)現(xiàn)自主掘進(jìn)，過(guò)程中不需要人工介入，同時(shí)以大數(shù)據(jù)管理平臺(tái)為主導(dǎo)，形成盾構(gòu)“全生命周期式”管控，逐步實(shí)現(xiàn)“數(shù)字化”盾構(gòu)。

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

國(guó)產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)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(gè)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(duì)VR模擬系統(tǒng)突然跳出來(lái)的“盾構(gòu)機(jī)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(jī)司機(jī)技能競(jìng)賽上常見(jiàn)的一幕。來(lái)自南京地鐵建設(shè)一線(xiàn)的幾十名盾構(gòu)機(jī)司機(jī)通過(guò)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(jī)推進(jìn)過(guò)程是一項(xiàng)實(shí)操，在此過(guò)程中，盾構(gòu)機(jī)司機(jī)除了能進(jìn)行常規(guī)的掘進(jìn)操作，還要對(duì)突發(fā)故障進(jìn)行判斷與排除?！岸軜?gòu)機(jī)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(shí)操模擬相比，顯然沒(méi)有太多的實(shí)用性?！?徐工集團(tuán)凱宮重工南京股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)徐工凱宮）副總經(jīng)理孫其爭(zhēng)介紹。

徐工凱宮設(shè)有江蘇省內(nèi)唯一一家盾構(gòu)機(jī)司機(jī)培訓(xùn)考核基地，截至目前已有258人順利通過(guò)考核并獲得了行業(yè)認(rèn)可的相關(guān)證書(shū)。其中由徐工凱宮自行研發(fā)的盾構(gòu)機(jī)司機(jī)VR考核系統(tǒng)便是考核司機(jī)的一柄“利刃”。它運(yùn)用VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建了真實(shí)的盾構(gòu)機(jī)操作場(chǎng)景，學(xué)員們通過(guò)系統(tǒng)能了解設(shè)備本身的原理、作用、機(jī)理、工藝過(guò)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(jī)司機(jī)培養(yǎng)方面，在盾構(gòu)機(jī)智能化焊接方面，“智改數(shù)轉(zhuǎn)”同樣重要。

盾構(gòu)機(jī)一般重千噸甚至數(shù)千噸、長(zhǎng)100多米、由10多萬(wàn)個(gè)零部件組成。盾構(gòu)機(jī)需要焊接的焊縫約有3萬(wàn)條，其中盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)、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(guò)程對(duì)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(huì)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(huì)決定焊接成果是否合格。

面對(duì)這一行業(yè)痛點(diǎn)，中交天和聯(lián)合國(guó)內(nèi)知名院校研制出了智能焊接機(jī)器人，智能控制系統(tǒng)就和人的大腦一樣，可以下達(dá)指令來(lái)完成一系列的操作。經(jīng)過(guò)該焊接機(jī)器人完成的產(chǎn)品不僅合格率高，還解放了焊接工人?，F(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(jī)器人替他完成，一個(gè)人同時(shí)還可以操作多機(jī)。截至目前，中交天和已擁有包括軌道式、固定式、移動(dòng)式在內(nèi)的各式焊接機(jī)器人40多臺(tái)，所產(chǎn)盾構(gòu)機(jī)零部件焊接任務(wù)均可由機(jī)器人焊接完成，這在盾構(gòu)機(jī)生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)崒俸币?jiàn)。

由此可見(jiàn)，智慧互聯(lián)、遠(yuǎn)程診斷、大數(shù)據(jù)應(yīng)用正改變著盾構(gòu)機(jī)傳統(tǒng)的施工方式和施工設(shè)備管理模式。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)的研發(fā)、制造、運(yùn)營(yíng)和管理接入互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)之后，傳統(tǒng)盾構(gòu)機(jī)全產(chǎn)業(yè)鏈均將迎來(lái)提質(zhì)增效。