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城市地底,誰將實現智能無人駕駛?

日期:2018-11-01 【 來源 : 新民周刊 】 閱讀數:0
閱讀提示:上海城建集團上海隧道工程有限公司總經理李波稱,自動巡航盾構即將使用,標志著隧道建設即將進入“人工智能”時代。

記者|姜浩峰 撰稿 | 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,也將加入到無人駕駛俱樂部。

  在10月18日于杭州召開的2018年中國城市基礎設施建設與管理國際大會上,上海城建集團對外宣布,他們與上海航天衛星應用有限公司共同實施智能化盾構的研究和應用。上海城建正在對一臺盾構進行更新,預計2019年上半年,有望實現首臺自動巡航盾構的實踐使用。

  本次大會,聚焦“數據智能‘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,為應對城市建設發展面臨的共同難題、創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理李波稱,自動巡航盾構即將使用,標志著隧道建設即將進入“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機。那個年月,需要投入大量的人力,盾構施工進度很低,事故不斷。

  后來,盾構機類型不斷演變——網格擠壓式、土壓平衡式、泥水平衡式等等,事故率越來越低。盾構機作業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。

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

  未來,盾構推進將不再需要大量人員進行操作,而是通過計算機實現自動推進、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生變化,原本需要人工才能完成的工作,或者人機結合的工作,將逐漸由系統代為接管。

  而其第一步,即是自動巡航。

  記者了解到,盾構機自動巡航技術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“陽明號”。它能夠解決一般傳統圓形盾構無法解決的問題,同時,借助特殊的構造及拼裝原理,使得類矩形盾構掘進一次便能形成兩條隧道,極大地縮短了建設周期。

  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化的領先之舉?

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

  上海隧道工程有限公司始建于1965年,是中國最早開展盾構法隧道技術研發和施工應用的專業公司。公司圍繞隧道建設前沿不斷創新技術,進一步強化在超大直徑隧道、軌道交通工程、超深基坑等核心領域的強大優勢,創下了業內諸多“第一”:建成國內首條越江隧道——上海打浦路隧道、世界首條15米級盾構法隧道——上海長江隧道、世界首例復雜環境下大直徑土壓平衡盾構法隧道——上海外灘通道、國內首條雙層公路隧道——上海上中路隧道、世界首條公鐵合建隧道也是國內最大直徑盾構法隧道——武漢三陽路長江隧道;研制了我國首臺具有自主知識產權的“先行號”土壓平衡盾構、“進越號”大型泥水平衡盾構以及世界首臺類矩形盾構“陽明號”,率先實現國產盾構裝備的產業化與批量出口。據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。通過技術攻關取得的行業優勢,也逐步體現在工程訂單上。譬如隨著我國城市化進程的發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,上海隧道也是當之無愧的業界翹楚。

  李波是如此解讀在這一領域上海隧道達到國際領先水平的:“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年在國內率先進入直徑14米領域,至今14年來,已累計承建15個項目,里程超過70公里,推動了創新技術、工藝、材料和設備的不斷進步,最終使我國在這一領域達到國際先進水平。”

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

  宅在家里挖隧道


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

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

  這些數據來自千里之外正進行掘進施工的盾構機中。在盾構機中安裝的傳感器,將數據傳到管控中心。

  “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。” 上海隧道盾構管控中心常務副總監李剛表示,“井下操作員距離盾構機最近,最了解現場發生的狀況;地面監控室可以根據情況,整體調度施工;專家有豐富的施工經驗,及時預判各種可能會發生的風險;人工智能模型根據歷史施工數據,深度學習施工經驗輔助施工。”

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

  由于不用到現場,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,是未來盾構智能化工作的核心。“在這里,可以實現‘五化’。”李波說,“一是標準化的數據采集,這是智能化的基礎和前提條件。譬如我們公司現有的進口、國產各種盾構,其技術規范是有差異的。要統一起來,測算下來,需要采集各種參數700多個。二是專業化的數據分析,為今后盾構研究提供重要關鍵數據支撐。三是可視化的數據展示,這一點可借助互聯網技術實現。四是系統化的數據推送,服務政府和業主,做到數據、信息的即時和系統化推送。五是精細化的數據管控。”

  精細化數據管控這一點,上海隧道目前除了與上海大學、上海交通大學、航天部門的研究所等進行戰略合作以外,還在將自己50余年來所積累的各種解決方案輸入電腦,其盾構智能神經網絡已具雛形。

  對于接下來的發展,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據后能提供數據包和建議值,成為盾構施工的‘三甲醫院’,各科會診形成‘體檢報告’;盾構實現全國范圍信息動態跟蹤,并建立起管理過程中的綜合評價系統。”

  “我們擁有豐富的施工經驗和完整的產業鏈,將這些與新經濟模式充分融合,充分利用最新的信息化手段,才能在城市建設的高峰期中實現整體的把控和管理。”李波表示,通過“互聯網+”模式集成的大量施工數據,為施工管理提供了決策基礎;同時,能夠實現施工的遠程管理及動態分析,實時進行風險報警,及時提供智能化決策,并對盾構機設備實現全生命周期管理。“對于工程的質量、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表現出對城市更新、存量優化的更強需求,城市發展更關注基礎設施服務的安全性和建設過程的精細化、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項目的智能化遠程管控。

  今年初,中國科學院院士、隧道與地下結構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機。”

  就目前的趨勢來說,管控中心將通過大數據分析和計算模型開發,走向智能化。“比如針對盾構施工的地質環境等,實現地質超前探測、地表變形等數據的自動化采集;開展數據智能分析模型研發。通過數據自動采集和智能分析,實現智能輔助決策結合人工干預的管控模式。” 李波說。

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

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