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隧道建造智能化是工程建造领域的重要发展方向。隧道工程，由于其复杂多变的地质条件、艰难的施工环境和高风险的安全要求，这些因素共同推动了智能建造技术的需求和发展。

山东大学齐鲁交通学院院长李利平在接受《对话数字建造先锋人物》（以下简称“对话”）专访时表示，隧道工程作为国家的“咽喉”工程，近年来在建造技术方面取得了显著的进步，少人化、无人化、智能化势必成为隧道建造的发展趋势。

01 隧道智能建造势在必行

《对话》：隧道施工是一项复杂而极具挑战的工程活动，哪些因素驱动了隧道智能建造技术的发展？

李利平：我觉得主要有三个方面。

首先，关于中国工程建造的规模和难度。众所周知，中国已经成为世界上工程建设规模和规划体量上最大的国家，以地下工程为代表的建设项目在规模和难度上都是前所未有的。在这样的背景下，智能建造技术的发展成为了必然趋势。中国市场的广阔性和对先进建造技术的迫切需求，是推动这一进步的首要因素。

其次，国内许多重大工程都位于极端地质环境和建造条件下，例如人们所熟知的某重大高原铁路和某重大水利水电工程，这些项目多位于国家西部地区。西部工程，由于其高能的地质环境，建造过程中容易遇到前所未有的挑战，急需先进的智能建造技术来应对极端的地质环境和建造条件。

第三点，中国的人口自2022年开始出现负增长。在这种情况下，大量工程建造从传统的劳动力密集型转变为更加依赖技术进步，推动少人化和无人化的建造技术变得尤为重要。

以某高原铁路为例，该工程位于缺氧或少氧环境中。在这种条件下，如果仍然依靠大量人员进行工程建造，显然难以满足工地的需求。因此，由高端装备和机器人取代人力，完成建造工序的少人化和无人化，智能建造技术成为了一个必然选择。

02 技术创新服务工程一线

《对话》：随着科技的进步和工程需求的增加，智能化技术在隧道施工中的应用越来越广泛。目前，智能建造技术在隧道工程中有哪些探索？

李利平：隧道工程是国家的“咽喉”工程。近年来，我国在隧道智能建造技术方面取得了显著的进步，集中体现在两种主流工法上：钻爆法和掘进机法。

首先是钻爆法，以某高原铁路为代表，目前正推动全工序的机械装备。再进一步，比如我们（山东大学）与徐工联合组建的高端机械装备智能制造全国重点实验室，在地下工程智能建造模式上，推行机器人与高端装备的混合协同作业。这意味着让机器人加入高端装备行业，代替人工进行作业。而高端装备则通过智能化提升，减少人员需求，两者共同实现最大程度的减员效果。

再说掘进机法。大家都知道某高原铁路的工程极具挑战性，掘进机法在其中的使用率很低，主要原因是掘进机在推进过程中，由于隧道较长，且地质不断变化，很难适应不断变化的地势。因此，我们需要提升掘进机的智能化水平。

我们的理念是，如果前方存在不良地质，就像驾驶时遇到坑洼一样，我们需要知道其位置，这样就可以降低速度，而不是在不知情的情况下发生事故。对于TBM（隧道掘进机）来说，主要问题是减少停机和换刀，当机器少停机、少换刀时，施工效率就会提高。

那目前，为什么不能实现少停机和少换刀呢？是因为我们对前方地质的变化缺乏足够的感知。当我们拥有了一系列智能化装备，并将这些信息汇总起来辅助决策时，就可以避免许多原本需要停机甚至卡机的问题，包括减少换刀。这是实现智能建造，并最大限度推进施工工序的最佳途径。

03 未来展望

《对话》：未来，隧道智能建造技术会向哪些方向发展？

李利平：从当前技术的发展来看，未来将向四个方向拓展和延伸。

第一，隧道智能建造装备将向谱系化方向发展。目前，我们面对的地质环境各不相同，拥有各种类型的装备，如掘进机、钻爆法的台车式等。未来，我们需要针对不同的地质环境，形成一套谱系化的设计、理念、方法和模式，包括模块化、集成化的应用和制造。

第二，新型动力驱动装备及绿色化装备体系发展。机器在高原工作时需要氧气，许多重大工程存在人机争氧的问题。因此，需要推动新能源装备的发展，利用氢能等能源驱动装备改造升级，避免人机争氧和环境污染问题。

第三，当装备集群在工程现场运转时，我们希望实现最大程度的少人化和无人化，这需要实现自主决策。自主决策，意味着装备与装备之间能够像人与人之间一样感应、协调，进行协同工作。目前的装备本身还未达到机器人层次，需要在技术上取得突破，并推动这一方向的发展。

最后一个发展趋势，我们希望建造过程中尽可能规避安全问题，尽量使所有机器人和装备在洞内操作，所有操作人员在洞外安全区域指挥。通过这种模式，机器人和高端装备在洞内互相协作，即使出现任何问题，也比人员在洞内的情况要好得多。这将涉及到装备集群在洞内的工作建造模式和洞外人员远程指挥的架构体系。

这些是未来地下工程智能建造的发展方向。