城市地底，誰將實現(xiàn)智能無人駕駛？

姜浩峰 陳一葦

聽說過無人駕駛汽車，聽說過無人駕駛飛機。城市地底，用于隧道掘進的盾構(gòu)，也將加入到無人駕駛俱樂部。

在10月18日于杭州召開的2018年中國城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與管理國際大會上，上海城建集團對外宣布，他們與上海航天衛(wèi)星應(yīng)用有限公司共同實施智能化盾構(gòu)的研究和應(yīng)用。上海城建正在對一臺盾構(gòu)進行更新，預(yù)計2019年上半年，有望實現(xiàn)首臺自動巡航盾構(gòu)的實踐使用。

本次大會，聚焦“數(shù)據(jù)智能‘點亮城市未來”主題，圍繞城市綜合治理、智能交通、運營安全等核心話題與前沿技術(shù)，為應(yīng)對城市建設(shè)發(fā)展面臨的共同難題、創(chuàng)造更加美好的城市生活匯聚“中國方案”和“世界智慧”。

上海城建集團上海隧道工程有限公司總經(jīng)理李波稱，自動巡航盾構(gòu)即將使用，標志著隧道建設(shè)即將進入“人工智能”時代。這給了本次大會一個實實在在的注解。

一次次走在世界前列

羅馬并非一日造就。

盾構(gòu)機問世至今，已有近200年歷史。19世紀，法國工程師依靠船蛆打洞的靈感，提出了盾構(gòu)掘進隧道原理，并取得了英國專利，這就是最早的開放型手掘盾構(gòu)機。那個年月，需要投入大量的人力，盾構(gòu)施工進度很低，事故不斷。

業(yè)界對目前即將投入使用的首臺自動巡航盾構(gòu)之看好，某種程度上是在認同上海隧道在直徑14米隧道開掘技術(shù)、類矩形盾構(gòu)“陽明號”開掘技術(shù)上的成功先例。

后來，盾構(gòu)機類型不斷演變——網(wǎng)格擠壓式、土壓平衡式、泥水平衡式等等，事故率越來越低。盾構(gòu)機作業(yè)能做到地面上不用大面積拆遷、不阻斷交通、施工無噪聲、地面沉降小，不影響居民的正常生活，但若要駕駛這一“鋼鐵蚯蚓”，所使用的人力還是不少。

如果實現(xiàn)盾構(gòu)無人駕駛，亦即掘進的自動巡航，那么，疲勞駕駛、情緒駕駛、憑經(jīng)驗操作、偶然失誤等等主觀因素都將不復(fù)存在。代替這些的將是智能感知、智能分析、智能決策、智能執(zhí)行。

未來，盾構(gòu)推進將不再需要大量人員進行操作，而是通過計算機實現(xiàn)自動推進、自動糾偏、自動拼裝、自動注漿，并同步完成自動化決策管控等。未來，“人工”和“智能”的工作比例將進一步不斷地發(fā)生變化，原本需要人工才能完成的工作，或者人機結(jié)合的工作，將逐漸由系統(tǒng)代為接管。

而其第一步，即是自動巡航。

記者了解到，盾構(gòu)機自動巡航技術(shù)目前國際上尚未有其他公司涉足。可以說，上海隧道工程有限公司（以下稱“上海隧道”）在這一技術(shù)上，又一次走在我們生活的藍色星球的前列。

兩年前，《新民周刊》曾報道過該公司世界最大斷面的類矩形盾構(gòu)“陽明號”。它能夠解決一般傳統(tǒng)圓形盾構(gòu)無法解決的問題，同時，借助特殊的構(gòu)造及拼裝原理，使得類矩形盾構(gòu)掘進一次便能形成兩條隧道，極大地縮短了建設(shè)周期。

目前，仍在寧波4號線一期進行施工的“陽明號”，有了個2.0版本的兄弟，已在寧波2號線二期掘進中，其各項功能都有所提升。

為何上海隧道屢有科技成果轉(zhuǎn)化的領(lǐng)先之舉？

有一部分原因在于目前中國城市軌道橋隧建設(shè)需求之大。譬如一些發(fā)達國家目前并無太多城市軌道建設(shè)項目，也無太多倒逼施工方科技創(chuàng)新的動力。而中國許多城市軌道交通建設(shè)方興未艾。

上海隧道工程有限公司始建于1965年，是中國最早開展盾構(gòu)法隧道技術(shù)研發(fā)和施工應(yīng)用的專業(yè)公司。公司圍繞隧道建設(shè)前沿不斷創(chuàng)新技術(shù)，進一步強化在超大直徑隧道、軌道交通工程、超深基坑等核心領(lǐng)域的強大優(yōu)勢，創(chuàng)下了業(yè)內(nèi)諸多“第一”：建成國內(nèi)首條越江隧道——上海打浦路隧道、世界首條15米級盾構(gòu)法隧道——上海長江隧道、世界首例復(fù)雜環(huán)境下大直徑土壓平衡盾構(gòu)法隧道——上海外灘通道、國內(nèi)首條雙層公路隧道——上海上中路隧道、世界首條公鐵合建隧道也是國內(nèi)最大直徑盾構(gòu)法隧道——武漢三陽路長江隧道；研制了我國首臺具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“先行號”土壓平衡盾構(gòu)、“進越號”大型泥水平衡盾構(gòu)以及世界首臺類矩形盾構(gòu)“陽明號”，率先實現(xiàn)國產(chǎn)盾構(gòu)裝備的產(chǎn)業(yè)化與批量出口。據(jù)該公司副總工程師吳惠明介紹，目前，上海隧道共有近百個地下工程項目在全國范圍內(nèi)施工，項目北至烏魯木齊，南至珠海、昆明，還有鄭州、成都等地，遍布11省21市。通過技術(shù)攻關(guān)取得的行業(yè)優(yōu)勢，也逐步體現(xiàn)在工程訂單上。譬如隨著我國城市化進程的發(fā)展和交通需求的迅猛增長，國際主流的直徑14米以上的超大直徑隧道成為許多城市的首選、標配。這項技術(shù)，上海隧道也是當(dāng)之無愧的業(yè)界翹楚。

李波是如此解讀在這一領(lǐng)域上海隧道達到國際領(lǐng)先水平的：“直徑14米的隧道，可滿足單層3車道、雙層4-6車道或者公路軌道交通疊層的需求。上海隧道自2004年在國內(nèi)率先進入直徑14米領(lǐng)域，至今14年來，已累計承建15個項目，里程超過70公里，推動了創(chuàng)新技術(shù)、工藝、材料和設(shè)備的不斷進步，最終使我國在這一領(lǐng)域達到國際先進水平。”

業(yè)界對目前即將投入使用的首臺自動巡航盾構(gòu)之看好，某種程度上是在認同上海隧道在直徑14米隧道開掘技術(shù)、類矩形盾構(gòu)“陽明號”開掘技術(shù)上的成功先例。

宅在家里挖隧道

記者在上海隧道工程有限公司的盾構(gòu)法隧道施工管控中心（以下簡稱管控中心）看到，一群行業(yè)內(nèi)的專家正聚精會神盯著屏幕上不斷跳躍的數(shù)據(jù)。

“盾構(gòu)機的各項工作參數(shù)和設(shè)備情況，以及關(guān)于項目的質(zhì)量、進度、安全等海量信息，都會實時匯集到管控中心，每一組數(shù)據(jù)由多方資深專家組成的技術(shù)團隊24小時遠程監(jiān)控管理，及時診斷，給出專業(yè)建議及解決方案。”李波表示，“依托管控中心的信息化和智能化的管理模式，管控效率和規(guī)模得到了大幅提升。”

這些數(shù)據(jù)來自千里之外正進行掘進施工的盾構(gòu)機中。在盾構(gòu)機中安裝的傳感器，將數(shù)據(jù)傳到管控中心。

“我們采用分級控制的方式，第一級是井下操作員控制，第二級是地面監(jiān)控室控制，第三級是專家遠程控制，第四級是管控中心的人工智能模型控制。” 上海隧道盾構(gòu)管控中心常務(wù)副總監(jiān)李剛表示，“井下操作員距離盾構(gòu)機最近，最了解現(xiàn)場發(fā)生的狀況；地面監(jiān)控室可以根據(jù)情況，整體調(diào)度施工；專家有豐富的施工經(jīng)驗，及時預(yù)判各種可能會發(fā)生的風(fēng)險；人工智能模型根據(jù)歷史施工數(shù)據(jù)，深度學(xué)習(xí)施工經(jīng)驗輔助施工。”

據(jù)不完全統(tǒng)計，上海隧道盾構(gòu)管控中心先后對接入的170臺次盾構(gòu)機進行管控，包含了單圓地鐵盾構(gòu)、類矩形盾構(gòu)和大直徑泥水盾構(gòu)，涵蓋上海、寧波、杭州、鄭州、武漢、昆明、天津、珠海等城市。

孫鈞院士來到管控中心參觀后，心情激動地表示：“上海隧道管控中心辦得很有必要、很好，方便我們施工管理，以后我希望要像玩‘俄羅斯方塊一樣，打開手機就能遠程控制盾構(gòu)機。”

由于不用到現(xiàn)場，就能在公司里看到分布于全國各處的掘進施工信息，有工程師稱，這是“宅在家里挖隧道”。

在李波看來，前年建成的管控中心，是未來盾構(gòu)智能化工作的核心。“在這里，可以實現(xiàn)‘五化。”李波說，“一是標準化的數(shù)據(jù)采集，這是智能化的基礎(chǔ)和前提條件。譬如我們公司現(xiàn)有的進口、國產(chǎn)各種盾構(gòu)，其技術(shù)規(guī)范是有差異的。要統(tǒng)一起來，測算下來，需要采集各種參數(shù)700多個。二是專業(yè)化的數(shù)據(jù)分析，為今后盾構(gòu)研究提供重要關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。三是可視化的數(shù)據(jù)展示，這一點可借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)。四是系統(tǒng)化的數(shù)據(jù)推送，服務(wù)政府和業(yè)主，做到數(shù)據(jù)、信息的即時和系統(tǒng)化推送。五是精細化的數(shù)據(jù)管控。”

精細化數(shù)據(jù)管控這一點，上海隧道目前除了與上海大學(xué)、上海交通大學(xué)、航天部門的研究所等進行戰(zhàn)略合作以外，還在將自己50余年來所積累的各種解決方案輸入電腦，其盾構(gòu)智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)已具雛形。

對于接下來的發(fā)展，李波認為可以從兩個方面來看：“從管理模式上來說，管控中心未來在匯集大數(shù)據(jù)后能提供數(shù)據(jù)包和建議值，成為盾構(gòu)施工的‘三甲醫(yī)院，各科會診形成‘體檢報告；盾構(gòu)實現(xiàn)全國范圍信息動態(tài)跟蹤，并建立起管理過程中的綜合評價系統(tǒng)。”

“我們擁有豐富的施工經(jīng)驗和完整的產(chǎn)業(yè)鏈，將這些與新經(jīng)濟模式充分融合，充分利用最新的信息化手段，才能在城市建設(shè)的高峰期中實現(xiàn)整體的把控和管理。”李波表示，通過“互聯(lián)網(wǎng)+”模式集成的大量施工數(shù)據(jù)，為施工管理提供了決策基礎(chǔ)；同時，能夠?qū)崿F(xiàn)施工的遠程管理及動態(tài)分析，實時進行風(fēng)險報警，及時提供智能化決策，并對盾構(gòu)機設(shè)備實現(xiàn)全生命周期管理。“對于工程的質(zhì)量、安全、進度，管控中心成為了一種更高效可控的管理模式。”

“上海、杭州等地在新一輪城市化進程中已經(jīng)表現(xiàn)出對城市更新、存量優(yōu)化的更強需求，城市發(fā)展更關(guān)注基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)的安全性和建設(shè)過程的精細化、低影響。”李波表示，目前，管控中心已接手了上海全市所有地鐵項目以及上海城建全國范圍所有地下盾構(gòu)項目的智能化遠程管控。

今年初，中國科學(xué)院院士、隧道與地下結(jié)構(gòu)工程專家孫鈞院士來到管控中心參觀后，心情激動地表示：“上海隧道管控中心辦得很有必要、很好，方便我們施工管理，以后我希望要像玩‘俄羅斯方塊一樣，打開手機就能遠程控制盾構(gòu)機。”

就目前的趨勢來說，管控中心將通過大數(shù)據(jù)分析和計算模型開發(fā)，走向智能化。“比如針對盾構(gòu)施工的地質(zhì)環(huán)境等，實現(xiàn)地質(zhì)超前探測、地表變形等數(shù)據(jù)的自動化采集；開展數(shù)據(jù)智能分析模型研發(fā)。通過數(shù)據(jù)自動采集和智能分析，實現(xiàn)智能輔助決策結(jié)合人工干預(yù)的管控模式。” 李波說。

從人工分析決策到智能輔助決策，實現(xiàn)遠程、實時、智能、移動管理，這些在一步步變成現(xiàn)實的同時，也都指向了同一個目標——智能盾構(gòu)。