編者按：

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

峰會現場，鐵十九局集團有限公司副總經理、總工程師尚爾海發表了題為《智能建筑與智慧礦山》的演講。以下為尚爾海演講內容的整理。

近年來，我局全力加強科技創新能力建設，持續完善科技創新體制機制，大力提升自主和協同創新水平，開發一批具有自主知識產權科技成果，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，中鐵十九局堅持創新引領，基于5G+數字化技術，建立了擁有自主知識產權的“智慧礦山一體化智控中心”，率先突破了傳統采礦行業臟亂差的工作環境，變革了施工安全隱患大的現狀，實現了可以西裝革履、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組成。兩種模型其中之一是數字地形模型，采用無人機攜帶彩色數碼攝像機，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合，生成礦區的數字地形模型。該系統相對人工測量、技工掃描等手段具有高效率、高精度、數據可靠度高、覆蓋面大等顯著優勢，作業機動性和環境適應性極強。第二種模型是三維地質模型。三維地質建模是將地質、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據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模型并數字孿生，為精準開采提供科學依據。

四個系統首先是控制爆破系統。 炸藥爆炸是一個高溫、高壓、高速的瞬態過程，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，形成了一系列大數據研究成果，開發了精準控制爆破系統并成功應用。第二項系統是精準篩分系統，為解決在混爆區電鏟對礦、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，研發定向堆積技術，實現礦石和巖石定向堆積分類，降低礦石的貧化率。第三個系統是智能配礦系統，該系統可根據開采方向、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，并結合實際需求設置配礦約束條件，采用目標規劃和動態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供需變化，系統將自動激活調整，支持生產實時情況自適應配礦約束條件。第四個系統是微震監測系統。 該系統主要用于露天礦邊坡穩定性監測，全自動采集、計算數據后通過無線網絡傳輸到系統終端，并自動分析邊坡變形數據。該系統對邊坡表面變形量的監測精度達亞毫米級，可全天候運行，無需接近被測目標區域，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，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。我們聯合清華大學等高校開發了智能調度系統，開展了純電動卡車無人駕駛技術研究，目前已經實現了導航標定、轉彎導巡、主動避障、定點泊車等功能。我們展區還有物聯網智能安全帽、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進入了全新階段，并逐步向中西部地區發展，出現了更多長大、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展，以應對更為復雜多變建設現狀。為此，我們圍繞隧道動態施工組織、質量、安全、成本管控四個模塊搭建的信息化管控系統，將各施工工序、材料、設備等建立起“互聯”“共享”的“智能物聯”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，我們聯合科研院所開發完成了“智慧隧眼”、“智隧三維激光點云處理分析”、“隧道智慧交通調度”、“智慧隧道通風”等多個系統，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完成掌子面地質素描，識別巖層節理、斷層、產狀等信息，并進行掌子面穩定分析、建立地質信息模型，實現了掌子面地質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。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、沉降收斂變形等數據進行自動采集、計算并分析，完成對隧道施工全過程的指導和管控，這個系統在展區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度系統，針對特長隧道施工，大型機械設備交叉干擾影響多，我們研發了隧道智慧交通調度系統。該系統通過定位模塊實現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。依托躍龍門隧道工程，我們自主研發了智慧隧道通風系統，按照主通風+逐步通風系統組合模式，獨創國內外首例“特長型高瓦斯隧道階段型動態”施工通風技術，實現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。系統應用光電傳輸和系統控制理論，采用模糊智能控制系統和防爆遠程控制箱，遠程控制洞內外所有空風機，有毒有害氣體監測系統的數據共享識別，系統根據識別數據和設計通風方案對應通風量，自動對各作業面通風智能調節風量，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，已經在成蘭鐵路躍龍門隧道長達十年的建造周期實現了高效應用。躍龍門隧道地處汶川特大地震核心區，穿越著名的龍門山高裂度地震活動斷裂帶，是龍門山地區第一長越嶺隧道，隧道不良地質復雜多變，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條件，因此對裝備技術的先進性有了更高要求。我們聯合鐵建重工、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化、設備適用性技術改造及維保等方面開展系統深入的研究，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分別在廣佛環線城際鐵路及引水隧洞工程得到成功應用，填補了國內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換設計，在有限的主機空間范圍內，實現螺旋輸送機與主機皮帶機共存，極大提高模式轉換效率。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，探明掘削參數與刀具磨耗的相互關系，建立了刀具磨耗預測模型，根據現場刀具更換數據統計對預測模型進行驗證，實現刀具減磨設計；同時通過對刀圈材質、形式及刃厚等參數進行優化，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大源站～太和站區間得到成功應用。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設備對復雜地質條件適用性，為了提高TBM設備對復雜地質條件適用性，我們通過對敞開式TBM刀盤擴挖、護盾、支撐推進系統、鋼管片拼裝系統及泡沫系統設計安裝等技術改造，將單一敞開式TBM施工模式轉換為單護盾施工模式，并在TBM穿過軟巖破碎帶后，在洞內完成了由單護盾施工模式轉換為敞開式TBM模式掘進，實現了雙模自由轉換。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，豐富了現有國內設備改造技術，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驗。同時，我們針對智能設備維保，與中科院聯合研究基于維保數據與刀具磨損數據的保養熱點發現技術，建立規劃停機維保方案，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，實現故障頻發的裝備部件信息反饋設計。并對刀具的結構型式、排列組合進行優化改良設計，以提高工作效率，降低工程成本。

—— 尚爾海