盾構機：“智造”轉型進行時

吉青

中國盾構機制造企業不斷提升產品性能和質量，國產設備逐步替代進口設備。

飛天有神舟，潛海有蛟龍，追風有高鐵，入地有盾構。

盾構機作為建設隧道的“掘進神器”，猶如在黑暗中開車，復雜的環境讓它步履維艱，面臨施工風險、質量、效率等多方面挑戰。如今，重達上千噸的盾構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”有擔當

4月29日，國產超大直徑盾構機“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，是國內超大直徑、超大埋深過江隧道。

“聚力一號”盾構機于去年10月12日在中交天和常熟基地下線，是目前國內最先進、智能化水平最高的超大直徑盾構機。中交天和對“聚力一號”作了針對性極強的專業化設計，運用完全自主研發、世界首創的先進技術，實現了“大塊頭”與智能化的完美結合。

“聚力一號”采用特有的超長距離不換刀技術，可實現該線全線5000米掘進不換刀;同時，配備智能化導向、智能化地質超前預報、高精度有害氣體監測和同步雙液注漿等系統，確保盾構隧道施工做到“可視、可測、可控、可達”，使高強度、高風險、高污染的掘進作業轉為安全、高效、節能、環保的綠色掘進模式。該盾構機在設計時還在刀盤上涂裝了“微笑天使”長江江豚的圖案，寓意對長江生態的保護。

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

盾構機宛如穿行地下、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重要。兩年前，中交天和就自主研制了第9臺超大直徑盾構機——長城號。在這臺盾構機上，中交天和在全球首次將光纖磨損檢測技術應用于盾構刀具檢測上，操作人員根據實時檢測數據及時發現和分析刀具磨損原因，及時調整盾構掘進參數，提升刀具使用壽命和掘進效率。同時，項目還應用了中交天和自主研發的管片自動化拼裝技術、智慧化遠程安全監控管理系統、綠色環保管路延長裝置、泥水分層逆洗循環技術、國產常壓換刀裝置、刀盤伸縮擺動裝置等世界先進技術和裝備，不僅降低制造成本，還將核心技術牢牢掌握在自己手中。

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

智能化水平突飛猛進

國產盾構機在制造、研發環節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工程，其質量控制、風險控制水平甚至比人類工程師更優秀。

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

“去年4月，我們實現了盾構機的‘自主巡航，這就好比當前新能源車的輔助駕駛系統，盾構機能在精準感知施工信息的基礎上，快速判斷自身狀態并認知周邊環境特征，在特定工況下按照既定軸線實現自主掘進，過程中不需要人工介入。”上海城建上海隧道公司負責人表示。傳統盾構機實現無人化、數字化的難點，在于人工智能算法的開發、盾構周邊環境的數據感知，而這正是華為的強項。引入華為技術，將提高盾構機的“自主巡航”能級，推動盾構機加快進入無人駕駛階段。

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

據了解，這臺盾構機的切削直徑為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。為精準施工，建設者通過科學決策與智能控制，按照既定軸線實現自主掘進，過程中不需要人工介入，同時以大數據管理平臺為主導，形成盾構“全生命周期式”管控，逐步實現“數字化”盾構。

數字化深入產業鏈多個環節

國產盾構機除了在產品研發、制造環節不斷更新技術，提高性能之外，在整個產業鏈的人才培養方面也不斷融入數字化技術。

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整參數，還要應對VR模擬系統突然跳出來的“盾構機突發情況”。這是南京市職工職業（行業）技能大賽城市軌道交通盾構機司機技能競賽上常見的一幕。來自南京地鐵建設一線的幾十名盾構機司機通過這樣的技能PK提升業務能力。

利用VR技術模擬盾構機推進過程是一項實操，在此過程中，盾構機司機除了能進行常規的掘進操作，還要對突發故障進行判斷與排除。“盾構機操作以往都是傳統的師帶徒模式。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）副總經理孫其爭介紹。

徐工凱宮設有江蘇省內唯一一家盾構機司機培訓考核基地，截至目前已有258人順利通過考核并獲得了行業認可的相關證書。其中由徐工凱宮自行研發的盾構機司機VR考核系統便是考核司機的一柄“利刃”。它運用VR虛擬現實技術構建了真實的盾構機操作場景，學員們通過系統能了解設備本身的原理、作用、機理、工藝過程、操作步驟，這顯然能很快提升學員的操作水平。

除了盾構機司機培養方面，在盾構機智能化焊接方面，“智改數轉”同樣重要。

盾構機一般重千噸甚至數千噸、長100多米、由10多萬個零部件組成。盾構機需要焊接的焊縫約有3萬條，其中盾構機刀盤、變速箱、盾體等關鍵核心部件的焊接質量和焊接效率，是盾構整體制造質量和制造效率能否取得更大突破的關鍵。采用常規傳統焊接，過程對條件的要求是極其苛刻的，不僅空氣濕度、鋼板厚度等常規因素會影響焊接效果，就連焊接電壓電流高低、作業人員精神狀態等人控因素也會決定焊接成果是否合格。

面對這一行業痛點，中交天和聯合國內知名院校研制出了智能焊接機器人，智能控制系統就和人的大腦一樣，可以下達指令來完成一系列的操作。經過該焊接機器人完成的產品不僅合格率高，還解放了焊接工人。現在工人完成工件焊接只需在操作面板上設定好程序即可，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、移動式在內的各式焊接機器人40多臺，所產盾構機零部件焊接任務均可由機器人焊接完成，這在盾構機生產領域實屬罕見。

由此可見，智慧互聯、遠程診斷、大數據應用正改變著盾構機傳統的施工方式和施工設備管理模式。當盾構機的研發、制造、運營和管理接入互聯網平臺之后，傳統盾構機全產業鏈均將迎來提質增效。