盾构机：“智造”转型进行时

吉青

中国盾构机制造企业不断提升产品性能和质量，国产设备逐步替代进口设备。

飞天有神舟，潜海有蛟龙，追风有高铁，入地有盾构。

盾构机作为建设隧道的“掘进神器”，犹如在黑暗中开车，复杂的环境让它步履维艰，面临施工风险、质量、效率等多方面挑战。如今，重达上千吨的盾构机将有望通过人工智能，自动挖掘出一条条地铁、公路隧道。

“大国重器”有担当

4月29日，国产超大直径盾构机“聚力一号”在江苏江阴靖江长江隧道A2标段开始掘进。A2标段由中交隧道局承建，据悉，江阴靖江长江隧道开挖断面直径达到16.09米，最深处距离江面82米，是国内超大直径、超大埋深过江隧道。

“聚力一号”盾构机于去年10月12日在中交天和常熟基地下线，是目前国内最先进、智能化水平最高的超大直径盾构机。中交天和对“聚力一号”作了针对性极强的专业化设计，运用完全自主研发、世界首创的先进技术，实现了“大块头”与智能化的完美结合。

“聚力一号”采用特有的超长距离不换刀技术，可实现该线全线5000米掘进不换刀;同时，配备智能化导向、智能化地质超前预报、高精度有害气体监测和同步双液注浆等系统，确保盾构隧道施工做到“可视、可测、可控、可达”，使高强度、高风险、高污染的掘进作业转为安全、高效、节能、环保的绿色掘进模式。该盾构机在设计时还在刀盘上涂装了“微笑天使”长江江豚的图案，寓意对长江生态的保护。

“聚力一号”自主研发的背后集结、闪耀着“中国智造”的智慧。中交天和副总经理、总工程师，江苏省“双创之星”周骏曾在两年前说过：“盾构机均采用国产装备，标志着中国超大直径盾构隧道施工依靠国外品牌时代的终结。”

盾构机宛如穿行地下、吞石吐泥的巨龙，刀具就是它的牙齿，对隧道的顺利贯通至关重要。两年前，中交天和就自主研制了第9台超大直径盾构机——长城号。在这台盾构机上，中交天和在全球首次将光纤磨损检测技术应用于盾构刀具检测上，操作人员根据实时检测数据及时发现和分析刀具磨损原因，及时调整盾构掘进参数，提升刀具使用寿命和掘进效率。同时，项目还应用了中交天和自主研发的管片自动化拼装技术、智慧化远程安全监控管理系统、绿色环保管路延长装置、泥水分层逆洗循环技术、国产常压换刀装置、刀盘伸缩摆动装置等世界先进技术和装备，不仅降低制造成本，还将核心技术牢牢掌握在自己手中。

盾构机是工程机械领域的重大装备，被誉为“工程机械之王”。以前，中国还没有能力制造盾构机的时候，只能高价购买外国企业的盾构机，甚至还要支付高昂的服务和维修费用。随着像中交天和这样的企业茁壮成长，盾构机技术也被中国人攻破，中国盾构机制造企业不断提升产品性能和质量，国产设备逐步替代进口设备。目前，国产盾构机在国内市场的占有率高达90%以上，同时，国产盾构机在国际市场的占有率也达到45%。眼下，中国盾构机已经走出国门，出口到世界各地。

智能化水平突飞猛进

国产盾构机在制造、研发环节不断攀登新高峰的同时，还在智能化方面先人一步。

在城市深邃的地下，不需要工程师人工决策、手动操作，盾构机能够通过人工智能自己挖出一条条地铁、公路隧道。虽然重达千吨，但人工智能控制施工的盾构工程，其质量控制、风险控制水平甚至比人类工程师更优秀。

上海正在探索推进盾构机“无人驾驶”。去年底，上海城建集团与华为签署全面合作协议，将在城市地下空间建设、智慧高速解决方案、智慧城市建设运营等领域开展全方位合作，為包括上海在内的全国城市的数字化转型提供“中国方案”。

“去年4月，我们实现了盾构机的‘自主巡航，这就好比当前新能源车的辅助驾驶系统，盾构机能在精准感知施工信息的基础上，快速判断自身状态并认知周边环境特征，在特定工况下按照既定轴线实现自主掘进，过程中不需要人工介入。”上海城建上海隧道公司负责人表示。传统盾构机实现无人化、数字化的难点，在于人工智能算法的开发、盾构周边环境的数据感知，而这正是华为的强项。引入华为技术，将提高盾构机的“自主巡航”能级，推动盾构机加快进入无人驾驶阶段。

今年2月，伴随着盾构刀盘轰鸣的震响，机场联络线12标第3台盾构机“智驭号”已经胜利始发，这标志着倍受关注的上海机场联络线工程又有新进展。这台“智驭号”盾构机“含金量”可不小。它是特别针对施工中涉及的极小转弯半径、长距离掘进、易环境保护等问题，独家定制、最新研发的又一台智慧系列装备。

据了解，这台盾构机的切削直径为9.325米，总机长约82米，推进速度最高可达每分钟80毫米，搭载了最先进的“自动巡航”控制技术。为精准施工，建设者通过科学决策与智能控制，按照既定轴线实现自主掘进，过程中不需要人工介入，同时以大数据管理平台为主导，形成盾构“全生命周期式”管控，逐步实现“数字化”盾构。

数字化深入产业链多个环节

国产盾构机除了在产品研发、制造环节不断更新技术，提高性能之外，在整个产业链的人才培养方面也不断融入数字化技术。

头戴VR眼镜、手持控制器，看似酷炫，但选手们却是在非常紧张地调整参数，还要应对VR模拟系统突然跳出来的“盾构机突发情况”。这是南京市职工职业（行业）技能大赛城市轨道交通盾构机司机技能竞赛上常见的一幕。来自南京地铁建设一线的几十名盾构机司机通过这样的技能PK提升业务能力。

利用VR技术模拟盾构机推进过程是一项实操，在此过程中，盾构机司机除了能进行常规的掘进操作，还要对突发故障进行判断与排除。“盾构机操作以往都是传统的师带徒模式。师带徒固然可以使徒弟较快上手，但这种模式与数字化实操模拟相比，显然没有太多的实用性。” 徐工集团凯宫重工南京股份有限公司（以下简称徐工凯宫）副总经理孙其争介绍。

徐工凯宫设有江苏省内唯一一家盾构机司机培训考核基地，截至目前已有258人顺利通过考核并获得了行业认可的相关证书。其中由徐工凯宫自行研发的盾构机司机VR考核系统便是考核司机的一柄“利刃”。它运用VR虚拟现实技术构建了真实的盾构机操作场景，学员们通过系统能了解设备本身的原理、作用、机理、工艺过程、操作步骤，这显然能很快提升学员的操作水平。

除了盾构机司机培养方面，在盾构机智能化焊接方面，“智改数转”同样重要。

盾构机一般重千吨甚至数千吨、长100多米、由10多万个零部件组成。盾构机需要焊接的焊缝约有3万条，其中盾构机刀盘、变速箱、盾体等关键核心部件的焊接质量和焊接效率，是盾构整体制造质量和制造效率能否取得更大突破的关键。采用常规传统焊接，过程对条件的要求是极其苛刻的，不仅空气湿度、钢板厚度等常规因素会影响焊接效果，就连焊接电压电流高低、作业人员精神状态等人控因素也会决定焊接成果是否合格。

面对这一行业痛点，中交天和联合国内知名院校研制出了智能焊接机器人，智能控制系统就和人的大脑一样，可以下达指令来完成一系列的操作。经过该焊接机器人完成的产品不仅合格率高，还解放了焊接工人。现在工人完成工件焊接只需在操作面板上设定好程序即可，让机器人替他完成，一个人同时还可以操作多机。截至目前，中交天和已拥有包括轨道式、固定式、移动式在内的各式焊接机器人40多台，所产盾构机零部件焊接任务均可由机器人焊接完成，这在盾构机生产领域实属罕见。

由此可见，智慧互联、远程诊断、大数据应用正改变着盾构机传统的施工方式和施工设备管理模式。当盾构机的研发、制造、运营和管理接入互联网平台之后，传统盾构机全产业链均将迎来提质增效。