編者按：

2022世界機器人大會主論壇群星璀璨，產(chǎn)、學、研各領域大咖齊聚首，共話巔峰，為機器人未來發(fā)展領航。

峰會現(xiàn)場，鐵十九局集團有限公司副總經(jīng)理、總工程師尚爾海發(fā)表了題為《智能建筑與智慧礦山》的演講。以下為尚爾海演講內(nèi)容的整理。

近年來，我局全力加強科技創(chuàng)新能力建設，持續(xù)完善科技創(chuàng)新體制機制，大力提升自主和協(xié)同創(chuàng)新水平，開發(fā)一批具有自主知識產(chǎn)權科技成果，其中在綠色智慧礦山、隧道智慧建造和城軌交通、智慧裝備等領域，取得了多項國內(nèi)領先乃至國際領先核心技術成果。

首先綠色智慧礦山，在露天礦山開采領域，中鐵十九局堅持創(chuàng)新引領，基于5G+數(shù)字化技術，建立了擁有自主知識產(chǎn)權的“智慧礦山一體化智控中心”，率先突破了傳統(tǒng)采礦行業(yè)臟亂差的工作環(huán)境，變革了施工安全隱患大的現(xiàn)狀，實現(xiàn)了可以西裝革履、全機械化地完成采礦，開啟了礦山建設的新紀元。該中心由兩種模型和四套系統(tǒng)組成。兩種模型其中之一是數(shù)字地形模型，采用無人機攜帶彩色數(shù)碼攝像機，通過航拍抓取地表信息，組合形成高分辨率全景影像，并將遙感勘測高層與算法結(jié)合，生成礦區(qū)的數(shù)字地形模型。該系統(tǒng)相對人工測量、技工掃描等手段具有高效率、高精度、數(shù)據(jù)可靠度高、覆蓋面大等顯著優(yōu)勢，作業(yè)機動性和環(huán)境適應性極強。第二種模型是三維地質(zhì)模型。三維地質(zhì)建模是將地質(zhì)、測井、地球物理資料或概念模型綜合生成三維定量隨機模型。首先將不同階段的地勘數(shù)據(jù)通過算法分別建立巖相和物性模型，最終形成礦山資源品位的三維地質(zhì)模型并數(shù)字孿生，為精準開采提供科學依據(jù)。

四個系統(tǒng)首先是控制爆破系統(tǒng)。 炸藥爆炸是一個高溫、高壓、高速的瞬態(tài)過程，爆破條件也復雜多變，因此精準地控制爆破難度極大。我們反復嘗試提高爆破能量利用率，形成了一系列大數(shù)據(jù)研究成果，開發(fā)了精準控制爆破系統(tǒng)并成功應用。第二項系統(tǒng)是精準篩分系統(tǒng)，為解決在混爆區(qū)電鏟對礦、巖爆堆難，以實施精確鏟裝的問題，基于等時線定向拋擲理論，研發(fā)定向堆積技術，實現(xiàn)礦石和巖石定向堆積分類，降低礦石的貧化率。第三個系統(tǒng)是智能配礦系統(tǒng)，該系統(tǒng)可根據(jù)開采方向、出礦量、品位、選取礦料鏟裝位置等要求精細化設定下礦部位，并結(jié)合實際需求設置配礦約束條件，采用目標規(guī)劃和動態(tài)算法精細化配礦方案，得出每小時下礦量，提高配礦精確度。當采場或卸點任何一方出現(xiàn)供需變化，系統(tǒng)將自動激活調(diào)整，支持生產(chǎn)實時情況自適應配礦約束條件。第四個系統(tǒng)是微震監(jiān)測系統(tǒng)。 該系統(tǒng)主要用于露天礦邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測，全自動采集、計算數(shù)據(jù)后通過無線網(wǎng)絡傳輸?shù)较到y(tǒng)終端，并自動分析邊坡變形數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)對邊坡表面變形量的監(jiān)測精度達亞毫米級，可全天候運行，無需接近被測目標區(qū)域，無需安裝反射器，30分鐘快速布設，水平掃描210度，垂直掃描90度，實用性極高，安全效益顯著。

以上是智慧礦山一體化指控中心兩種模型和四套核心系統(tǒng)，目前取得良好應用效果，服務客戶覆蓋了歐亞大陸、西非、南美等多個國家。我們聯(lián)合清華大學等高校開發(fā)了智能調(diào)度系統(tǒng)，開展了純電動卡車無人駕駛技術研究，目前已經(jīng)實現(xiàn)了導航標定、轉(zhuǎn)彎導巡、主動避障、定點泊車等功能。我們展區(qū)還有物聯(lián)網(wǎng)智能安全帽、巡檢機器人等適用于危險性較大應用場景的產(chǎn)品。

我交流第二部分是隧道智慧建造。

當前我國高鐵與地下工程建設已經(jīng)進入了全新階段，并逐步向中西部地區(qū)發(fā)展，出現(xiàn)了更多長大、特長性隧道，目前川藏鐵路隧道施工難度極高，促使隧道建造領域逐步有信息化向智慧化發(fā)展，以應對更為復雜多變建設現(xiàn)狀。為此，我們圍繞隧道動態(tài)施工組織、質(zhì)量、安全、成本管控四個模塊搭建的信息化管控系統(tǒng)，將各施工工序、材料、設備等建立起“互聯(lián)”“共享”的“智能物聯(lián)”關系，提供一套以“智慧建造”為核心的全施工周期解決方案。

目前，我們聯(lián)合科研院所開發(fā)完成了“智慧隧眼”、“智隧三維激光點云處理分析”、“隧道智慧交通調(diào)度”、“智慧隧道通風”等多個系統(tǒng)，下面我向大家逐一推介。一是智慧隧眼，智慧隧眼可在三分鐘內(nèi)完成掌子面地質(zhì)素描，識別巖層節(jié)理、斷層、產(chǎn)狀等信息，并進行掌子面穩(wěn)定分析、建立地質(zhì)信息模型，實現(xiàn)了掌子面地質(zhì)信息的全自動采集和分析。二是智隧三維激光點云處理分析系統(tǒng)。依托三維激光掃描測量機器人，搭配智隧點云處理分析系統(tǒng)對光爆半孔率、超欠挖值、凈空限界、襯砌鋼筋、沉降收斂變形等數(shù)據(jù)進行自動采集、計算并分析，完成對隧道施工全過程的指導和管控，這個系統(tǒng)在展區(qū)有實時應用場景演示，有興趣朋友下午可以前往了解。三是隧道智慧交通調(diào)度系統(tǒng)，針對特長隧道施工，大型機械設備交叉干擾影響多，我們研發(fā)了隧道智慧交通調(diào)度系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過定位模塊實現(xiàn)機械車輛的精確定位，后臺對車輛的行動軌跡自動運算，遠程操控智能交通信號模塊，完成智能聯(lián)動交通控制指揮，大幅提高隧道施工物流組織效率和安全管控風險的能力。四是智慧隧道通風系統(tǒng)。依托躍龍門隧道工程，我們自主研發(fā)了智慧隧道通風系統(tǒng)，按照主通風+逐步通風系統(tǒng)組合模式，獨創(chuàng)國內(nèi)外首例“特長型高瓦斯隧道階段型動態(tài)”施工通風技術，實現(xiàn)了高效智能通風管理，徹底解決了特長型復雜隧道施工通風技術難題。系統(tǒng)應用光電傳輸和系統(tǒng)控制理論，采用模糊智能控制系統(tǒng)和防爆遠程控制箱，遠程控制洞內(nèi)外所有空風機，有毒有害氣體監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享識別，系統(tǒng)根據(jù)識別數(shù)據(jù)和設計通風方案對應通風量，自動對各作業(yè)面通風智能調(diào)節(jié)風量，并以最低能耗確保隧道施工安全。

我們在隧道智慧建造方面科研成果，已經(jīng)在成蘭鐵路躍龍門隧道長達十年的建造周期實現(xiàn)了高效應用。躍龍門隧道地處汶川特大地震核心區(qū)，穿越著名的龍門山高裂度地震活動斷裂帶，是龍門山地區(qū)第一長越嶺隧道，隧道不良地質(zhì)復雜多變，建造難度屬世界罕見，風險極高。截止2022年4月，該隧道全部貫通，刷新了四項隧道建造全國紀錄。

我交流第三部分是智能裝備。

近年來，隧道與TBM施工技術已逐步成為隧道施工主要方法，淡淡一模式設備掘進無法滿足日益復雜的地質(zhì)條件，因此對裝備技術的先進性有了更高要求。我們聯(lián)合鐵建重工、大連理工大學等單位，開展雙模式智能設備設計與應用研究，在設備選型、刀盤到具合理性配置及刀具優(yōu)化、設備適用性技術改造及維保等方面開展系統(tǒng)深入的研究，并取得了較好的技術成果。

其中單護盾-土壓平衡雙模式掘進機，和敞開式-單護盾雙模式TBM分別在廣佛環(huán)線城際鐵路及引水隧洞工程得到成功應用，填補了國內(nèi)外相關領域技術空白。單護盾-土壓平衡雙模式掘進機，參與國產(chǎn)首臺鐵路大直徑土壓-TBM雙模掘進機設計并成功應用。在長距離穿越軟硬交替復雜地質(zhì)時，單一模式的盾構機在極端硬巖地層掘進效率低，而單護盾或雙護盾TBM無法在復合地層中掘進。為此，我們與鐵建重工聯(lián)合在雙模掘進機共用一刀盤上進行了研究；同時通過在線模式轉(zhuǎn)換設計，在有限的主機空間范圍內(nèi)，實現(xiàn)螺旋輸送機與主機皮帶機共存，極大提高模式轉(zhuǎn)換效率。針對不同類型、不同位置刀具的破巖機理與運行軌跡展開研究，探明掘削參數(shù)與刀具磨耗的相互關系，建立了刀具磨耗預測模型，根據(jù)現(xiàn)場刀具更換數(shù)據(jù)統(tǒng)計對預測模型進行驗證，實現(xiàn)刀具減磨設計；同時通過對刀圈材質(zhì)、形式及刃厚等參數(shù)進行優(yōu)化，使刀具既滿足掘進施工需求又降低磨損率，形成了一套大直徑盾構機刀具配置理論體系。

目前，該設備在十九局承建的廣佛東環(huán)大源站～太和站區(qū)間得到成功應用。在穿越黏土較多的復合地層、無地表加固條件的滯水凹槽及全斷面硬巖夾雜破碎帶地層，主機皮帶、接渣斗、溜渣槽均運轉(zhuǎn)良好，土倉石渣基本無堆積，達到設計預期，既滿足了軟土地層、極端上軟下硬地層掘進，又滿足了長距離超硬巖地層掘進的多功能需求，特別是中風化片麻巖段，最大飽和抗壓強度約155MPa，最大掘進速度達60毫米每分鐘，整機可靠性高、耐久性強，能夠一機多用，效益顯著，在我們展區(qū)有該設備1：6方針模型，歡迎大家參觀給予意見。

二是敞開式—單護盾雙模式TBM。為了提高TBM設備對復雜地質(zhì)條件適用性，為了提高TBM設備對復雜地質(zhì)條件適用性，我們通過對敞開式TBM刀盤擴挖、護盾、支撐推進系統(tǒng)、鋼管片拼裝系統(tǒng)及泡沫系統(tǒng)設計安裝等技術改造，將單一敞開式TBM施工模式轉(zhuǎn)換為單護盾施工模式，并在TBM穿過軟巖破碎帶后，在洞內(nèi)完成了由單護盾施工模式轉(zhuǎn)換為敞開式TBM模式掘進，實現(xiàn)了雙模自由轉(zhuǎn)換。該技術改造在中鐵十九局承建的新疆某水利工程得到驗證應用，成功解決了TBM長距離24公里獨頭掘進中卡機、巖泥裹刀、高承壓水及高地應力巖爆等技術難題，豐富了現(xiàn)有國內(nèi)設備改造技術，為今后長大隧道施工，尤其是川藏鐵路、引江補漢等水利工程建設提供了寶貴的經(jīng)驗。同時，我們針對智能設備維保，與中科院聯(lián)合研究基于維保數(shù)據(jù)與刀具磨損數(shù)據(jù)的保養(yǎng)熱點發(fā)現(xiàn)技術，建立規(guī)劃停機維保方案，構建雙模式、敞開式、單護盾模式TBM復雜裝備維保歷史信息庫，實現(xiàn)故障頻發(fā)的裝備部件信息反饋設計。并對刀具的結(jié)構型式、排列組合進行優(yōu)化改良設計，以提高工作效率，降低工程成本。

—— 尚爾海