隧道展訊 唐超至今都記得2016年在武漢進(jìn)行隧道結(jié)構(gòu)病害三維激光掃描系統(tǒng)研發(fā)的那段日子。當(dāng)時(shí)，他忙完白天的活兒，在夜里地鐵運(yùn)營(yíng)結(jié)束后還要鉆進(jìn)地鐵隧道，開展測(cè)量、記錄數(shù)據(jù)等工作。

那時(shí)，博士畢業(yè)的唐超剛?cè)肼毐本┏墙睖y(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱“北京城勘院”）兩年。這所為修建北京地鐵1號(hào)線而成立的設(shè)計(jì)院，是全國(guó)第一家從事地下鐵道勘察、測(cè)繪的企業(yè)。

近年來(lái)，隨著運(yùn)營(yíng)線路和運(yùn)營(yíng)里程的增加，地鐵的運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)越來(lái)越重要。據(jù)交通運(yùn)輸部數(shù)據(jù)，2023年4月，31個(gè)省（區(qū)、市）和新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)共有54個(gè)城市開通運(yùn)營(yíng)城市軌道交通線路292條，運(yùn)營(yíng)里程9652.6公里，實(shí)際開行列車311萬(wàn)列次。

地鐵建設(shè)期和運(yùn)營(yíng)期的隧道結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)及智能檢測(cè)裝備集成研發(fā)，是唐超帶領(lǐng)的城市智能感知與精密測(cè)量工程技術(shù)中心（又稱“唐超創(chuàng)新工作室”）的研究方向。“隨著城市的建設(shè)發(fā)展，地鐵周邊地上建筑物不斷增多，很容易影響到地鐵隧道的受力。我們的工作是通過(guò)監(jiān)測(cè)手段對(duì)城市基礎(chǔ)設(shè)施可能遭受的重大災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測(cè)和預(yù)警。”唐超說(shuō)。

在北京城勘院，這支由12名成員組成、平均年齡33歲的青年團(tuán)隊(duì)，一直在為地鐵運(yùn)營(yíng)安全監(jiān)測(cè)的智能化、智慧化發(fā)展而努力，他們將傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等運(yùn)用于傳統(tǒng)工程測(cè)量，助力地鐵運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)跑出“加速度”。

研發(fā)點(diǎn)子從實(shí)踐中來(lái)

如果把地鐵隧道看成一個(gè)圓筒，那傳統(tǒng)的地鐵運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)則是在隧道里每隔40米測(cè)量一個(gè)截面，測(cè)繪人員拿著全站儀（用來(lái)測(cè)量某一點(diǎn)具體坐標(biāo)的儀器——記者注）對(duì)截面上固定點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)測(cè)量，通過(guò)多期對(duì)比分析隧道變形的趨勢(shì)。

“如果截面上固定點(diǎn)的數(shù)據(jù)沒(méi)有變化，一般就會(huì)認(rèn)為這段隧道沒(méi)有變化。”唐超說(shuō)，這種測(cè)量方式忽略了兩個(gè)截面之間可能發(fā)生的數(shù)據(jù)變化，隱藏著很大的安全風(fēng)險(xiǎn)。

雖然當(dāng)時(shí)架站式三維激光掃描儀（一種以激光測(cè)距為原理的測(cè)量?jī)x器——記者注）已經(jīng)逐步應(yīng)用在地鐵隧道結(jié)構(gòu)檢測(cè)領(lǐng)域，但是連續(xù)架站造成的時(shí)間浪費(fèi)和連續(xù)拼站造成的精度降低，使得這種檢測(cè)方式很難在生產(chǎn)上大規(guī)模應(yīng)用。

2016年，為了適應(yīng)信息化、智能化的發(fā)展趨勢(shì)，北京城勘院成立北京城建智慧工程院。作為新部門的一員，學(xué)測(cè)繪的唐超和另一名年紀(jì)更小的同事組成一個(gè)兩人團(tuán)隊(duì)，開始進(jìn)行隧道自動(dòng)化檢測(cè)方向的研究，這也是唐超創(chuàng)新工作室的雛形。

他們結(jié)合移動(dòng)測(cè)量的優(yōu)勢(shì)，經(jīng)過(guò)不斷的努力，研發(fā)了移動(dòng)式隧道結(jié)構(gòu)病害三維激光掃描裝備和技術(shù)。相較于常規(guī)測(cè)量單點(diǎn)采集的模式，它借助激光技術(shù)對(duì)隧道進(jìn)行“實(shí)景復(fù)刻”，能快速獲取被測(cè)對(duì)象表面的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)及其他關(guān)鍵信息。“測(cè)量設(shè)備在隧道鋼軌上跑一圈，就可以掃描出隧道整體的樣子。”唐超表示，這是由無(wú)數(shù)點(diǎn)組成的連續(xù)數(shù)據(jù)，可以避免以前出現(xiàn)的測(cè)量盲區(qū)。

2017年，這項(xiàng)技術(shù)開始被運(yùn)用到生產(chǎn)項(xiàng)目中。在對(duì)某地地鐵進(jìn)行運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，唐超的團(tuán)隊(duì)利用這項(xiàng)技術(shù)，成功檢測(cè)到傳統(tǒng)測(cè)量方法忽略的、位于兩個(gè)截面之間的隧道頂板上一個(gè)17.8厘米的凹陷，而這個(gè)變形數(shù)值已遠(yuǎn)超預(yù)警限值。以此次隧道安全隱患被順利排除為契機(jī)，他們的這項(xiàng)技術(shù)得以推廣。

之后，他們又研發(fā)了亞毫米級(jí)隧道裂縫檢測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)機(jī)器識(shí)別1毫米以下裂縫，還研發(fā)了鋼軌病害檢測(cè)系統(tǒng)和扣件病害檢測(cè)系統(tǒng)。
 

2019年年底，唐超創(chuàng)新工作室聯(lián)合武漢大學(xué)成功研發(fā)了全斷面一體化隧道病害智能檢測(cè)裝備，它將移動(dòng)三維激光掃描裝置、地鐵隧道高清相機(jī)裝置、軌道道床表面檢查裝置、軌道扣件病害檢查裝置等集于一體。作為多位一體的應(yīng)用于軌道交通隧道結(jié)構(gòu)安全檢測(cè)的移動(dòng)測(cè)量設(shè)備，它解決了地鐵安全測(cè)量長(zhǎng)久以來(lái)“要素測(cè)全難、精確定位難、普查測(cè)快難”的問(wèn)題，對(duì)隧道結(jié)構(gòu)病害識(shí)別率達(dá)95%以上。

“以前僅測(cè)量隧道截面，3人一組測(cè)1個(gè)區(qū)間（地鐵兩站之間的距離，約1-2公里）就得兩天。現(xiàn)在用機(jī)器，一晚上可以完成5個(gè)區(qū)間。”唐超表示，這個(gè)設(shè)備跑一趟，可將隧道結(jié)構(gòu)的、表觀的、扣件的、鋼軌的數(shù)據(jù)都采集回來(lái)，能解決地鐵運(yùn)營(yíng)中最常見的問(wèn)題，剩下的工作可以在電腦上完成。

目前，唐超創(chuàng)新工作室已經(jīng)形成在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、到科研中去解決問(wèn)題、再用解決方案到市場(chǎng)上去找新項(xiàng)目的良性運(yùn)營(yíng)模式。

校企合作，解決核心難題

回憶起研發(fā)初期的情形，唐超表示壓力很大、很難。但幸運(yùn)的是，當(dāng)時(shí)已有一些高校的科研團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了相關(guān)研究。于是，他們一邊去請(qǐng)教院士、專家，一邊找相關(guān)的科研團(tuán)隊(duì)進(jìn)行協(xié)作。最終，他們選擇與武漢大學(xué)龔健雅院士、毛慶洲教授團(tuán)隊(duì)合作進(jìn)行攻關(guān)。

“武漢大學(xué)的測(cè)繪專業(yè)很厲害，能給我們提供解決問(wèn)題的基礎(chǔ)研究支持。”唐超提到，并不是有了基礎(chǔ)研究，問(wèn)題就迎刃而解，還需要不斷去嘗試、修改。所以，唐超和團(tuán)隊(duì)成員經(jīng)常在隧道里一待就是三四個(gè)小時(shí)，“如果獲得的數(shù)據(jù)不一致，就要從各種可能存在的問(wèn)題上找原因，再去解決，這個(gè)實(shí)驗(yàn)是反反復(fù)復(fù)的”。

隨著雙方合作的深入，2019年3月，北京城勘院和龔健雅院士、毛慶洲教授團(tuán)隊(duì)正式組建城市智能感知與精密測(cè)量工程中心。同年，唐超工作室進(jìn)行的全斷面一體化隧道病害智能檢測(cè)裝備研發(fā)遇到了更關(guān)鍵、棘手的問(wèn)題：它需要將3類傳感器匯集到一個(gè)設(shè)備上，但這3類傳感器無(wú)法實(shí)現(xiàn)時(shí)空同步。

唐超解釋說(shuō)，每臺(tái)傳感器所記錄的時(shí)間、空間要一致，才能保證所有數(shù)據(jù)計(jì)算時(shí)的可靠性，其中涉及的知識(shí)更綜合、復(fù)雜。

對(duì)此，武漢大學(xué)為唐超團(tuán)隊(duì)提供了相關(guān)基礎(chǔ)理論的支持，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的時(shí)空同步。這對(duì)設(shè)備的成功研發(fā)起到了重要作用。

談起合作經(jīng)驗(yàn)，唐超說(shuō)，企業(yè)主要是搞生產(chǎn)，沒(méi)那么多基礎(chǔ)研究，高校恰恰能彌補(bǔ)企業(yè)這方面的不足。通過(guò)校企合作進(jìn)行技術(shù)成果轉(zhuǎn)化，是值得持續(xù)做好的事情。

為青年提供開闊的發(fā)展空間

做設(shè)備需要很多跨學(xué)科知識(shí)，多專業(yè)領(lǐng)域的人才支撐尤為重要。如今，唐超工作室的12名成員來(lái)自測(cè)繪、機(jī)電、結(jié)構(gòu)、地理信息等多個(gè)相關(guān)專業(yè)。

其中，1991年出生的徐鵬宇年紀(jì)最小，她的主要工作內(nèi)容是處理隧道現(xiàn)場(chǎng)三維激光掃描后傳回的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。最近，她正在做武漢地鐵的項(xiàng)目，拿到手的測(cè)量數(shù)據(jù)就有50G左右，“每天一睜眼迎接我的就是一堆Excel表”。不過(guò)面對(duì)龐大的數(shù)據(jù)量，她已逐漸找到了自己的工作節(jié)奏。

在團(tuán)隊(duì)里，大家會(huì)經(jīng)常圍繞專業(yè)上的問(wèn)題提出各自的想法，并在實(shí)踐中檢驗(yàn)。比如，偏向于結(jié)構(gòu)研究的項(xiàng)目經(jīng)理王曉靜，針對(duì)大跨度鋼結(jié)構(gòu)變形，通過(guò)學(xué)習(xí)、鉆研，提出了一種鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中空間位形定量判斷的方法，完善了國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域的研究。

“我在這里可以充分發(fā)揮自己的作用，領(lǐng)導(dǎo)特別支持個(gè)人的發(fā)展提升。”團(tuán)隊(duì)里的一名年輕人說(shuō)，有一次她準(zhǔn)備參加一個(gè)職業(yè)技能考試，唐超知道后特意給她放了一周假，讓她專心備考。

唐超將部門定義為一個(gè)應(yīng)用研究型單位，他也在不斷思考自己和團(tuán)隊(duì)成員的職業(yè)發(fā)展。他覺(jué)得，只有不斷創(chuàng)新，善于用新技術(shù)解決新的問(wèn)題，才能為團(tuán)隊(duì)爭(zhēng)取到更多的發(fā)展空間和機(jī)會(huì)，讓年輕人發(fā)展得更好。

現(xiàn)在，他們的技術(shù)已經(jīng)在北京、武漢、蘇州、長(zhǎng)春、南寧、哈爾濱等多地地鐵項(xiàng)目中落地。雖然這群年輕人在做的只是軌道交通細(xì)分領(lǐng)域一個(gè)很小的點(diǎn)，但唐超說(shuō)，他們會(huì)一如既往地踏實(shí)做下去。

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