隧道建造智能化是工程建造領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。隧道工程，由于其復雜多變的地質(zhì)條件、艱難的施工環(huán)境和高風(fēng)險的安全要求，這些因素共同推動(dòng)了智能建造技術(shù)的需求和發(fā)展。

山東大學(xué)齊魯交通學(xué)院院長(cháng)李利平在接受《對話(huà)數字建造先鋒人物》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“對話(huà)”）專(zhuān)訪(fǎng)時(shí)表示，隧道工程作為國家的“咽喉”工程，近年來(lái)在建造技術(shù)方面取得了顯著(zhù)的進(jìn)步，少人化、無(wú)人化、智能化勢必成為隧道建造的發(fā)展趨勢。

01 隧道智能建造勢在必行

《對話(huà)》：隧道施工是一項復雜而極具挑戰的工程活動(dòng)，哪些因素驅動(dòng)了隧道智能建造技術(shù)的發(fā)展？

李利平：我覺(jué)得主要有三個(gè)方面。

首先，關(guān)于中國工程建造的規模和難度。眾所周知，中國已經(jīng)成為世界上工程建設規模和規劃體量上最大的國家，以地下工程為代表的建設項目在規模和難度上都是前所未有的。在這樣的背景下，智能建造技術(shù)的發(fā)展成為了必然趨勢。中國市場(chǎng)的廣闊性和對先進(jìn)建造技術(shù)的迫切需求，是推動(dòng)這一進(jìn)步的首要因素。

其次，國內許多重大工程都位于極端地質(zhì)環(huán)境和建造條件下，例如人們所熟知的某重大高原鐵路和某重大水利水電工程，這些項目多位于國家西部地區。西部工程，由于其高能的地質(zhì)環(huán)境，建造過(guò)程中容易遇到前所未有的挑戰，急需先進(jìn)的智能建造技術(shù)來(lái)應對極端的地質(zhì)環(huán)境和建造條件。

第三點(diǎn)，中國的人口自2022年開(kāi)始出現負增長(cháng)。在這種情況下，大量工程建造從傳統的勞動(dòng)力密集型轉變?yōu)楦右蕾?lài)技術(shù)進(jìn)步，推動(dòng)少人化和無(wú)人化的建造技術(shù)變得尤為重要。

以某高原鐵路為例，該工程位于缺氧或少氧環(huán)境中。在這種條件下，如果仍然依靠大量人員進(jìn)行工程建造，顯然難以滿(mǎn)足工地的需求。因此，由高端裝備和機器人取代人力，完成建造工序的少人化和無(wú)人化，智能建造技術(shù)成為了一個(gè)必然選擇。

02 技術(shù)創(chuàng )新服務(wù)工程一線(xiàn)

《對話(huà)》：隨著(zhù)科技的進(jìn)步和工程需求的增加，智能化技術(shù)在隧道施工中的應用越來(lái)越廣泛。目前，智能建造技術(shù)在隧道工程中有哪些探索？

李利平：隧道工程是國家的“咽喉”工程。近年來(lái)，我國在隧道智能建造技術(shù)方面取得了顯著(zhù)的進(jìn)步，集中體現在兩種主流工法上：鉆爆法和掘進(jìn)機法。

首先是鉆爆法，以某高原鐵路為代表，目前正推動(dòng)全工序的機械裝備。再進(jìn)一步，比如我們（山東大學(xué)）與徐工聯(lián)合組建的高端機械裝備智能制造全國重點(diǎn)實(shí)驗室，在地下工程智能建造模式上，推行機器人與高端裝備的混合協(xié)同作業(yè)。這意味著(zhù)讓機器人加入高端裝備行業(yè)，代替人工進(jìn)行作業(yè)。而高端裝備則通過(guò)智能化提升，減少人員需求，兩者共同實(shí)現最大程度的減員效果。

再說(shuō)掘進(jìn)機法。大家都知道某高原鐵路的工程極具挑戰性，掘進(jìn)機法在其中的使用率很低，主要原因是掘進(jìn)機在推進(jìn)過(guò)程中，由于隧道較長(cháng)，且地質(zhì)不斷變化，很難適應不斷變化的地勢。因此，我們需要提升掘進(jìn)機的智能化水平。

我們的理念是，如果前方存在不良地質(zhì)，就像駕駛時(shí)遇到坑洼一樣，我們需要知道其位置，這樣就可以降低速度，而不是在不知情的情況下發(fā)生事故。對于TBM（隧道掘進(jìn)機）來(lái)說(shuō)，主要問(wèn)題是減少停機和換刀，當機器少停機、少換刀時(shí)，施工效率就會(huì )提高。

那目前，為什么不能實(shí)現少停機和少換刀呢？是因為我們對前方地質(zhì)的變化缺乏足夠的感知。當我們擁有了一系列智能化裝備，并將這些信息匯總起來(lái)輔助決策時(shí)，就可以避免許多原本需要停機甚至卡機的問(wèn)題，包括減少換刀。這是實(shí)現智能建造，并最大限度推進(jìn)施工工序的最佳途徑。

03 未來(lái)展望

《對話(huà)》：未來(lái)，隧道智能建造技術(shù)會(huì )向哪些方向發(fā)展？

李利平：從當前技術(shù)的發(fā)展來(lái)看，未來(lái)將向四個(gè)方向拓展和延伸。

第一，隧道智能建造裝備將向譜系化方向發(fā)展。目前，我們面對的地質(zhì)環(huán)境各不相同，擁有各種類(lèi)型的裝備，如掘進(jìn)機、鉆爆法的臺車(chē)式等。未來(lái)，我們需要針對不同的地質(zhì)環(huán)境，形成一套譜系化的設計、理念、方法和模式，包括模塊化、集成化的應用和制造。

第二，新型動(dòng)力驅動(dòng)裝備及綠色化裝備體系發(fā)展。機器在高原工作時(shí)需要氧氣，許多重大工程存在人機爭氧的問(wèn)題。因此，需要推動(dòng)新能源裝備的發(fā)展，利用氫能等能源驅動(dòng)裝備改造升級，避免人機爭氧和環(huán)境污染問(wèn)題。

第三，當裝備集群在工程現場(chǎng)運轉時(shí)，我們希望實(shí)現最大程度的少人化和無(wú)人化，這需要實(shí)現自主決策。自主決策，意味著(zhù)裝備與裝備之間能夠像人與人之間一樣感應、協(xié)調，進(jìn)行協(xié)同工作。目前的裝備本身還未達到機器人層次，需要在技術(shù)上取得突破，并推動(dòng)這一方向的發(fā)展。

最后一個(gè)發(fā)展趨勢，我們希望建造過(guò)程中盡可能規避安全問(wèn)題，盡量使所有機器人和裝備在洞內操作，所有操作人員在洞外安全區域指揮。通過(guò)這種模式，機器人和高端裝備在洞內互相協(xié)作，即使出現任何問(wèn)題，也比人員在洞內的情況要好得多。這將涉及到裝備集群在洞內的工作建造模式和洞外人員遠程指揮的架構體系。

這些是未來(lái)地下工程智能建造的發(fā)展方向。