小编语：随着自动化与智能化的概念在地下工程行业中的逐渐火热，更多的项目和公司开始尝试在tbm隧道施工中尝试使用自动化，甚至是智能化技术。最近，澳洲的悉尼地铁西线项目也宣布将首次使用自动化tbm来进行施工。本期，小编就为大家来介绍一下！
澳洲首秀
近日，悉尼地铁西线项目的承包商：gamuda-laing o'rourke决定将在项目中使用自动化tbm施工：由gamuda开发的自动化操作系统“a-tbm”将操作两台tbm挖掘“奥林匹克公园站”到“西草地”站之间9公里的隧道，这将是澳大利亚首次使用自动化tbm。
两台重1,266吨，长165米的海瑞克tbm将作为自动化操作系统”a-tbm“的载体。这套系统会以比人类更高的准确性，进行所有重复性操作。但在这次应用中，仍然会有人类操作员负责总体控制。承包方相信使用该技术可以使tbm施工更加精确，减少开挖隧道所需的时间。通过对tbm掘进速度和力量的精确控制，可以减少设备磨损，缩短维护停机时间。这些优势都可以节省项目成本。
a-tbm的前世今生
自主运行tbm系统（autonomous tbm，简称为a-tbm）是一种实现tbm自主推进、转向与控制的智能化系统。该系统的前身实际上是一套tbm驾驶员培训设备。在2016年，由马来西亚隧道培训学院（tta）搭建。
在2018年，经过深入开发与完善，研究团队为这套培训设备搭建了完整的可编程逻辑控制器（plc），以此为基础研发了盾构的自动转向控制功能。此后团队开始研究更深入、细致的控制算法，将自主运行扩展至tbm运行的所有子系统中，最终创建了自主运行tbm系统（autonomous tbm，简称为a-tbm）。在2019年的国际隧协大会上，这套系统还获得了“年度技术革新”大奖。
盾构也要“无人驾驶”，马来西亚的自主运行tbm了解一下！
经过数年的发展，包括在吉隆坡kv地铁2号线工程中的实地测试。如今的a-tbm系统已能自动控制tbm的各个子系统，其中包括：
-盾构轴线的自动控制；
-盾构推力
-刀盘转速
-自动切削
-自动注浆
-开挖量平衡
-泥水平衡的自动控制。
每个子系统的自动化控制系统均采用模块化设计，可以只实现特定功能。
“即插即用”
a-tbm系统“即插即用”的特性是这一系统能在悉尼地铁西线项目中被应用的重要原因。搭载a-tbm系统的两台海瑞克tbm看上去与项目中所有的其他海瑞克tbm是相同的。
当然所谓“即插即用”的a-tbm系统还是需要与tbm的可编程逻辑控制器（plc）配合才能进行工作。两者交换数据后，a-tbm系统会根据plc的反馈信息做出决策。
可编程逻辑控制器plc：
一台tbm上有数以百计的传感器，这些传感器都可以连接至可编程逻辑控制器（plc），控制器每分钟可以采样数千个数据点，以人类无法做到的速度同时处理大量数据并采取响应措施。
交换数据并做出决策，这一个过程看似简单。实际是一个极其复杂的过程。tbm各个子系统的数据输入和输出之间存在非线性和交叉耦合，需要花费了大量时间连接各个算法，对所有的tbm子系统进行整合优化。
为了同时控制tbm中的多个子系统，a-tbm实际上是由多种ai算法综合而成，大多是基于专有的通用控制算法，如pid，pid是当今的经典控制算法，广泛应用于汽车巡航控制、温度调节等。
历史应用
虽然悉尼地铁西线项目是a-tbm是在澳洲的首次应用。但实际上，这套系统在吉隆坡kv地铁2号线，13.5km的隧道的建设已经得到过应用。工程所用的12台tbm中有10台搭载了这一系统。
与悉尼地铁西线项目中，主要由砂岩和页岩构成的地质环境不同。吉隆坡kv地铁2号线隧道穿越了复杂多变的喀斯特地层，沿线至少存在6个断层带，是隧道工程界最具挑战性的地质之一。在复杂的地质环境中，a-tbm顺利的完成了掘进任务。数据显示：在无人值守的情况下，自动掘进中的tbm护盾的偏移值为 -5mm，运行平稳。
a-tbm系统还曾经以海瑞克的可变密度盾构作为实验平台，以尝试控制更复杂的tbm平台。
现在与未来
本次a-tbm在悉尼地铁西线项目中的应用，无论是在规模还是在难度上都要远小于在吉隆坡kv地铁2号线上的应用。但是如果本次应用得到了积极的反馈，相信在澳洲未来的地下工程建设中，会更多的使用自动化，甚至是智能化的tbm。
此外a-tbm系统采用“即插即用”与模块化设计，使得这套系统更容易被承包商和业主接受。“即插即用”的特性使其可以应用于大部分现有盾构上。而模块化的设计，则可以灵活满足承包商的需求。
a-tbm系统带来的效益也很明显，减少操作人员进入设备的次数和人数。不用忙于观察与操作，可以更多关注管片拼装、沉降等。ai相比人类具有更短响应时间、更客观的决策能力，同时可以避免人类由于疲劳或数据过多造成的认知负荷与操作失误。可以非常直观的提高推进效率与精度。
未来，随着机器学习与大数据技术的发展，自主的事前预测技术逐渐成熟，未来的自动化系统将可以开始接管工程师的岗位，进行一些规划性工作，例如制定tbm长期的运行策略等。
结 语
a-tbm所使用的技术未必是最先进的。但a-tbm的模式使其更容易被业主和承包商接受，更容易获得实地应用的机会。而随着人工智能技术的发展，未来的盾构最终必然会向无人驾驶方向发展。但就目前来看，要实现真正的智能化tbm施工，还有很长的路要走。
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