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盾构机:“智造”转型进行时

2022-05-30吉青

风流一代·TOP青商 2022年8期
关键词:智造盾构隧道

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。

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