城市地底，谁将实现智能无人驾驶？

姜浩峰 陈一苇

听说过无人驾驶汽车，听说过无人驾驶飞机。城市地底，用于隧道掘进的盾构，也将加入到无人驾驶俱乐部。

在10月18日于杭州召开的2018年中国城市基础设施建设与管理国际大会上，上海城建集团对外宣布，他们与上海航天卫星应用有限公司共同实施智能化盾构的研究和应用。上海城建正在对一台盾构进行更新，预计2019年上半年，有望实现首台自动巡航盾构的实践使用。

本次大会，聚焦“数据智能‘点亮城市未来”主题，围绕城市综合治理、智能交通、运营安全等核心话题与前沿技术，为应对城市建设发展面临的共同难题、创造更加美好的城市生活汇聚“中国方案”和“世界智慧”。

上海城建集团上海隧道工程有限公司总经理李波称，自动巡航盾构即将使用，标志着隧道建设即将进入“人工智能”时代。这给了本次大会一个实实在在的注解。

一次次走在世界前列

罗马并非一日造就。

盾构机问世至今，已有近200年历史。19世纪，法国工程师依靠船蛆打洞的灵感，提出了盾构掘进隧道原理，并取得了英国专利，这就是最早的开放型手掘盾构机。那个年月，需要投入大量的人力，盾构施工进度很低，事故不断。

业界对目前即将投入使用的首台自动巡航盾构之看好，某种程度上是在认同上海隧道在直径14米隧道开掘技术、类矩形盾构“阳明号”开掘技术上的成功先例。

后来，盾构机类型不断演变——网格挤压式、土压平衡式、泥水平衡式等等，事故率越来越低。盾构机作业能做到地面上不用大面积拆迁、不阻断交通、施工无噪声、地面沉降小，不影响居民的正常生活，但若要驾驶这一“钢铁蚯蚓”，所使用的人力还是不少。

如果实现盾构无人驾驶，亦即掘进的自动巡航，那么，疲劳驾驶、情绪驾驶、凭经验操作、偶然失误等等主观因素都将不复存在。代替这些的将是智能感知、智能分析、智能决策、智能执行。

未来，盾构推进将不再需要大量人员进行操作，而是通过计算机实现自动推进、自动纠偏、自动拼装、自动注浆，并同步完成自动化决策管控等。未来，“人工”和“智能”的工作比例将进一步不断地发生变化，原本需要人工才能完成的工作，或者人机结合的工作，将逐渐由系统代为接管。

而其第一步，即是自动巡航。

记者了解到，盾构机自动巡航技术目前国际上尚未有其他公司涉足。可以说，上海隧道工程有限公司（以下称“上海隧道”）在这一技术上，又一次走在我们生活的蓝色星球的前列。

两年前，《新民周刊》曾报道过该公司世界最大断面的类矩形盾构“阳明号”。它能够解决一般传统圆形盾构无法解决的问题，同时，借助特殊的构造及拼装原理，使得类矩形盾构掘进一次便能形成两条隧道，极大地缩短了建设周期。

目前，仍在宁波4号线一期进行施工的“阳明号”，有了个2.0版本的兄弟，已在宁波2号线二期掘进中，其各项功能都有所提升。

为何上海隧道屡有科技成果转化的领先之举？

有一部分原因在于目前中国城市轨道桥隧建设需求之大。譬如一些发达国家目前并无太多城市轨道建设项目，也无太多倒逼施工方科技创新的动力。而中国许多城市轨道交通建设方兴未艾。

上海隧道工程有限公司始建于1965年，是中国最早开展盾构法隧道技术研发和施工应用的专业公司。公司围绕隧道建设前沿不断创新技术，进一步强化在超大直径隧道、轨道交通工程、超深基坑等核心领域的强大优势，创下了业内诸多“第一”：建成国内首条越江隧道——上海打浦路隧道、世界首條15米级盾构法隧道——上海长江隧道、世界首例复杂环境下大直径土压平衡盾构法隧道——上海外滩通道、国内首条双层公路隧道——上海上中路隧道、世界首条公铁合建隧道也是国内最大直径盾构法隧道——武汉三阳路长江隧道；研制了我国首台具有自主知识产权的“先行号”土压平衡盾构、“进越号”大型泥水平衡盾构以及世界首台类矩形盾构“阳明号”，率先实现国产盾构装备的产业化与批量出口。据该公司副总工程师吴惠明介绍，目前，上海隧道共有近百个地下工程项目在全国范围内施工，项目北至乌鲁木齐，南至珠海、昆明，还有郑州、成都等地，遍布11省21市。通过技术攻关取得的行业优势，也逐步体现在工程订单上。譬如随着我国城市化进程的发展和交通需求的迅猛增长，国际主流的直径14米以上的超大直径隧道成为许多城市的首选、标配。这项技术，上海隧道也是当之无愧的业界翘楚。

李波是如此解读在这一领域上海隧道达到国际领先水平的：“直径14米的隧道，可满足单层3车道、双层4-6车道或者公路轨道交通叠层的需求。上海隧道自2004年在国内率先进入直径14米领域，至今14年来，已累计承建15个项目，里程超过70公里，推动了创新技术、工艺、材料和设备的不断进步，最终使我国在这一领域达到国际先进水平。”

业界对目前即将投入使用的首台自动巡航盾构之看好，某种程度上是在认同上海隧道在直径14米隧道开掘技术、类矩形盾构“阳明号”开掘技术上的成功先例。

宅在家里挖隧道

记者在上海隧道工程有限公司的盾构法隧道施工管控中心（以下简称管控中心）看到，一群行业内的专家正聚精会神盯着屏幕上不断跳跃的数据。

“盾构机的各项工作参数和设备情况，以及关于项目的质量、进度、安全等海量信息，都会实时汇集到管控中心，每一组数据由多方资深专家组成的技术团队24小时远程监控管理，及时诊断，给出专业建议及解决方案。”李波表示，“依托管控中心的信息化和智能化的管理模式，管控效率和规模得到了大幅提升。”

这些数据来自千里之外正进行掘进施工的盾构机中。在盾构机中安装的传感器，将数据传到管控中心。

“我们采用分级控制的方式，第一级是井下操作员控制，第二级是地面监控室控制，第三级是专家远程控制，第四级是管控中心的人工智能模型控制。” 上海隧道盾构管控中心常务副总监李刚表示，“井下操作员距离盾构机最近，最了解现场发生的状况；地面监控室可以根据情况，整体调度施工；专家有丰富的施工经验，及时预判各种可能会发生的风险；人工智能模型根据历史施工数据，深度学习施工经验辅助施工。”

据不完全统计，上海隧道盾构管控中心先后对接入的170台次盾构机进行管控，包含了单圆地铁盾构、类矩形盾构和大直径泥水盾构，涵盖上海、宁波、杭州、郑州、武汉、昆明、天津、珠海等城市。

孙钧院士来到管控中心参观后，心情激动地表示：“上海隧道管控中心办得很有必要、很好，方便我们施工管理，以后我希望要像玩‘俄罗斯方块一样，打开手机就能远程控制盾构机。”

由于不用到现场，就能在公司里看到分布于全国各处的掘进施工信息，有工程师称，这是“宅在家里挖隧道”。

在李波看来，前年建成的管控中心，是未来盾构智能化工作的核心。“在这里，可以实现‘五化。”李波说，“一是标准化的数据采集，这是智能化的基础和前提条件。譬如我们公司现有的进口、国产各种盾构，其技术规范是有差异的。要统一起来，测算下来，需要采集各种参数700多个。二是专业化的数据分析，为今后盾构研究提供重要关键数据支撑。三是可视化的数据展示，这一点可借助互联网技术实现。四是系统化的数据推送，服务政府和业主，做到数据、信息的即时和系统化推送。五是精细化的数据管控。”

精细化数据管控这一点，上海隧道目前除了与上海大学、上海交通大学、航天部门的研究所等进行战略合作以外，还在将自己50余年来所积累的各种解决方案输入电脑，其盾构智能神经网络已具雏形。

对于接下来的发展，李波认为可以从两个方面来看：“从管理模式上来说，管控中心未来在汇集大数据后能提供数据包和建议值，成为盾构施工的‘三甲医院，各科会诊形成‘体检报告；盾构实现全国范围信息动态跟踪，并建立起管理过程中的综合评价系统。”

“我们拥有丰富的施工经验和完整的产业链，将这些与新经济模式充分融合，充分利用最新的信息化手段，才能在城市建设的高峰期中实现整体的把控和管理。”李波表示，通过“互联网+”模式集成的大量施工数据，为施工管理提供了决策基础；同时，能够实现施工的远程管理及动态分析，实时进行风险报警，及时提供智能化决策，并对盾构机设备实现全生命周期管理。“对于工程的质量、安全、进度，管控中心成为了一种更高效可控的管理模式。”

“上海、杭州等地在新一轮城市化进程中已经表现出对城市更新、存量优化的更强需求，城市发展更关注基础设施服务的安全性和建设过程的精细化、低影响。”李波表示，目前，管控中心已接手了上海全市所有地铁项目以及上海城建全国范围所有地下盾构项目的智能化远程管控。

今年初，中国科学院院士、隧道与地下结构工程专家孙钧院士来到管控中心参观后，心情激动地表示：“上海隧道管控中心办得很有必要、很好，方便我们施工管理，以后我希望要像玩‘俄罗斯方块一样，打开手机就能远程控制盾构机。”

就目前的趋势来说，管控中心将通过大数据分析和计算模型开发，走向智能化。“比如针对盾构施工的地质环境等，实现地质超前探测、地表变形等数据的自动化采集；开展数据智能分析模型研发。通过数据自动采集和智能分析，实现智能辅助决策结合人工干预的管控模式。” 李波说。

从人工分析决策到智能辅助决策，实现远程、实时、智能、移动管理，这些在一步步变成现实的同时，也都指向了同一个目标——智能盾构。