“貴陽地鐵盾構工程中，使用了我們的‘火眼金睛’超前地質預報系統和‘聽波聰耳’地層特征識別系統，可以成功探測出前方地下的破碎帶、溶洞和地下含水體等不良地質情況。徐州地鐵和新疆某引水工程使用了我們的‘超級巧鼻’有毒氣體監測系統，有效預報了有毒氣體地層，避免了人員中毒與盾體爆燃等風險;濟南地鐵使用了“號脈靈手”同步注漿檢測系統，發現了隧道管片后的漿液厚度不足情況，及時補漿，確保管片壁后密實、質量可靠。還有廣州地鐵等全國多家地鐵集團前來咨詢學習，部分企業已經表達了強烈的引進愿望，濟南智慧盾構技術正快速向全國市場推廣。”

近日，山東大學齊魯交通學院院長、高端工程機械智能制造國家重點實驗室副主任李利平教授告訴記者，在濟南地鐵成功應用后，順利經過市場及工程檢驗，濟南“五官一腦”智慧盾構技術火熱出圈，頗受行業內外關注，已經有兩臺搭載全套智慧盾構技術的盾構機被客戶預定，預計年底下線始發。不少地鐵企業根據當地的實際地質情況需要，分別搭載一種或多種智慧盾構裝備，盾構智能化水平逐步提升，實現了國產智慧盾構“換道超車”。

“五官一腦”智慧盾構技術更趨完善

2022年9月17日，“濟南造”盾構機搭載“五官一腦”智慧盾構技術，在濟南軌道交通6號線鳳凰路站開始了智慧掘進之旅的嘗試。今年4月，在成功護航盾構機運轉218天后，智慧盾構技術得到了實踐檢驗，確保施工區間順利貫通。

搭載“五官一腦”的智慧盾構機助力濟南軌道交通6號線徐鳳區間順利貫通。

李利平告訴記者，濟南有世界獨有的泉域環境和水文地質條件，地鐵施工面臨泉水保護、穿越斷裂帶、下穿采空區、超大規模孤石群等重大技術難題，對盾構安全施工和災害防控提出了更高要求。為了攻克建設期間面臨的諸多難題，山東大學聯合濟南軌道交通集團，圍繞盾構智慧掘進領域，共同設計制造了“五官一腦”高端智能系列化搭載裝備，為盾構機裝上“眼睛”“耳朵”和“鼻子”，全面提升“濟南造”盾構機的智能感知能力，通過“大腦”中樞的智能決策，大幅降低盾構施工安全風險，更有效地適應復雜多變的施工環境和高標準技術要求，提升盾構裝備智能化水平。

目前，“五官一腦”智慧盾構技術經過實踐改進后更趨成熟。所謂“五官一腦”主要包括“火眼金睛”“聽波聰耳”“超級巧鼻”“鋼牙神經”“號脈靈手”和“人工智腦”六套智慧系統。

“火眼金睛”超前地質預報系統，主要功能是探測盾構機前方50—80米隱伏的溶洞、地層破碎帶、地下含水體等不良地質情況，幫助盾構施工人員有效避免地下突水、涌砂等重大災害。在濟南地鐵施工實踐中，“火眼金睛”成功探測出7處地層破碎帶和多處地下含水體、溶洞等，效果非常顯著。

“聽波聰耳”地層特征識別系統，如同給盾構機安裝上一雙聽聲辨位的順風耳，根據盾構刀盤的振動信號，科學識別開挖面地層強度、復合地層界面分布特征等，指導優化盾構掘進參數，降低施工沉降風險。在穿越鐵路、既有隧道、大型建筑物時，效果特別明顯。

“超級巧鼻”有毒氣體監測系統，能夠“聞氣嗅險”，高精度監測16種有毒有害氣體及環境參數，有效預報前方含有有毒氣體的地層，超前防控人員中毒與盾體爆燃等風險。在地鐵施工實踐中，有一次因工人焊接作業時有害氣體含量超標，“超級巧鼻”就進行了報警提示，并針對性提出嚴控作業標準等建議，保障了綠色安全施工。

“鋼牙神經”滾刀磨損監測系統，相當于給盾構機嵌入了“鋼牙神經”，能夠感知“齲害”，通過電磁互感實時獲取滾刀磨損狀態，精準分析開倉換刀的時機，避免盲目開倉帶來風險，為換刀決策提供了可靠的數據支撐，提高了施工效率。

“號脈靈手”同步注漿檢測系統，能夠對剛剛裝好的隧道管片背后注漿情況進行精準檢測，及時發現注漿脫空、不密實等缺陷的具體位置，確保施工質量，助力后期地鐵安全運營。在濟南地鐵施工中，“號脈靈手”發現了20多片管片背后存在漿液厚度不足的缺陷，指導施工人員及時補漿。

“人工智腦”輔助決策支撐系統，可以綜合調取和分析上述“五官”收集的數據，達到“控險減災”的效果，為施工決策提供參考。

通過在濟南地鐵實戰嘗試后，研發人員改進了滾刀磨損監測裝備與刀箱一體化“鋼牙神經”設計方案，提高了裝備的耐久性;優化有毒氣體監測裝備和“人工智腦”的安裝位置，提升了空間的利用率;計劃提升“號脈靈手”同步注漿監測系統的智能化水平，實現遠程控制。“通過以上改進，濟南智慧盾構技術更趨完善，能更好地滿足客戶的需要，助力‘濟南造’盾構機更好地搶占全國市場。”李利平說。

靈活組合搭配出多種“智慧效果”

“我國自主研發的盾構技術借鑒了國外的經驗，并取得了長足的進步，實現了彎道超車，殊為不易。不過，現在世界上的盾構施工大多依靠經驗判斷問題，而盾構技術人員數量不足，制約著盾構產業的發展。如果能像醫院給人看病那樣，通過相關的檢測數據，準確診斷病情并及時治療，防止病情惡化，就可以避免后期進行更大的‘手術’。‘五官一腦’就相當于醫院的檢測儀器，能對前方不可預知的地層情況進行精準檢測和分析、超前預警，使盾構施工更加安全高效。”山東大學齊魯交通學院副教授王旌說。

據介紹，濟南智慧盾構技術在濟南地鐵工程成功嘗試后，引起國內很多城市地鐵集團和業內專家的關注。目前，國內高校和相關企業在智能建造方面也有部分嘗試，但大多停留在試驗階段。濟南特殊的泉域水文地質條件為山東大學提供了充足的創新土壤，再加上濟南軌道交通集團的大力支持，才成功研發出濟南“五官一腦”智慧盾構技術。目前，濟南正初步形成了智慧盾構“研發-生產-推廣”一體化產業發展鏈條，市場上沒有強有力的競爭對手。

“其實，‘五官一腦’智慧盾構技術整體使用效果最好，但同樣適合單一或者幾項組合使用，這就給客戶提供了多種組合方式。根據不同城市的不同地質條件，客戶可以選用不同的組合，以達到最佳的效果。”王旌告訴記者，隨著數字經濟時代的到來，盾構隧道綠色、高效、智能建造成為新的發展趨勢，智慧盾構也向著智能化、數字化、無人化方向發展，并拓展到更廣闊的領域，比如超大直徑盾構、超小直徑盾構、TMB等領域，為穿江越海隧道、電力管網隧道、水工隧道等的智能安全施工提供技術支撐。

目前，山東大學已經承擔了濟南地鐵、廣州地鐵、貴陽地鐵、濟南黃河隧道、青島膠州灣第二海底隧道等工程項目10余項，并與很多建設單位建立了良好的合作關系，未來有望在他們更多的工程中推廣應用，快速占領更多的“智慧盾構市場”。

據統計，目前已經確定搭載“號脈靈手”同步注漿檢測系統的客戶有十幾家，貴陽地鐵組合使用了“火眼金晴”超前地質預報系統和“聽波聰耳”地層特征識別系統，徐州地鐵和新疆某引水工程使用了“超級巧鼻”有毒氣體監測系統，濟南地鐵使用了“號脈靈手”同步注漿檢測系統，還有不少客戶正在對“五官一腦”智慧盾構技術進行考察，準備結合工程地質條件，選用不同的組合方式進行試驗，以取得最佳的施工效果。