2024年中国盾构TBM隧道智能建造蓝皮书

目录 前言..............................................................................................1 （一）国家战略驱动智能化发展势在必行...........................3（二）隧道行业的转型升级需要智能化支撑.......................5（三）盾构/TBM隧道建造技术发展突飞猛进....................8（四）盾构/TBM装备自主技术快速发展..........................10（五）盾构/TBM隧道建造技术代纪形成..........................13 二、新一代信息技术和机器人技术深度赋能...........................17 （一）传感器、5G、物联网技术........................................18（二）大数据技术.................................................................19（三）人工智能技术.............................................................19（四）BIM+GIS技术............................................................20（五）机器人技术.................................................................21（六）云计算技术.................................................................22 三、盾构/TBM隧道建造智能技术取得突破............................22 （一）智能感知竞相深化.....................................................23（二）智能设计有序推进.....................................................26（三）智能预制迈向成熟.....................................................27（四）智能掘进快速发展.....................................................29（五）智能安装纵深推广.....................................................31 （六）智能构筑持续进步.....................................................33（七）智能环控大势所趋.....................................................34（八）智能运输初显效用.....................................................35（九）智能管控日臻完善.....................................................36四、面临问题挑战及对策...........................................................38（一）问题与挑战.................................................................38（二）对策与建议.................................................................40结束语............................................................................................43 前言 当今世界，人类正面临国际政治格局加速演变、全球经济增长放缓、产业变革日新月异、新一代信息技术和工业技术快速发展等巨大机遇与挑战，各行各业正经历着前所未有的变革与重塑。人工智能、大数据、云计算、5G网络及机器人等新兴技术，正快速与传统行业深度融合，经济社会变革的磅礴大势已将建筑业推到转型升级的历史关口。 隧道工程[1]是国民经济发展基础设施的重要组成部分，近5年来中国年均建成隧道里程超4000千米，为铁路、公路、地铁、水利、能源、国防等事业发展提供了强力支撑。盾构/TBM法作为高度机械化的隧道施工方法，相较其他隧道施工方法具有安全、优质、高效的特点。近年来国外隧道工程采用盾构/TBM法修建的占比已超过50%，而中国相应占比不足15%，盾构/TBM隧道在中国具有巨大的发展前景。 本蓝皮书从上承勘察初步设计、下接运营维护的隧道智能建造关键环节，围绕隧道工程的动态设计与施工转型，全面展示了中国盾构/TBM隧道智能建造的“智能感知、智能设计、智能预制、智能掘进、智能安装、智能构筑、智能环控、智能运输、智能管控”最新成果，并指明了其发展趋势，旨在为行业内外人士开展隧道智能建造研究与实践提供参考和借鉴。 隧道行业“提质增效、绿色低碳”是盾构/TBM隧道智能建 造追求的目标，伴随着新兴技术的深度赋能，在“交通强国”、“水安全保障”、“能源安全”等战略和“一带一路”倡议的引导下，中国必将进一步加快盾构/TBM隧道智能建造技术全面深入发展，中国盾构/TBM隧道智能建造已启动并蓄势远航。 我们期待与各方携手共进，发展隧道行业新质生产力，为推动隧道行业高质量发展、建设中国式现代化、构建人类美好生活贡献智慧和力量。 【注1】本蓝皮书所指隧道工程包括交通隧道、输水隧洞、地下能源洞库工程。 一、盾构/TBM隧道智能建造新兴发展 近二十年来，中国隧道建造行业得到了快速发展，隧道总里程已达7万千米，在建和在役隧道总规模世界第一。钻爆法、沉管法、盾构/TBM法在铁路、公路等各类隧道建设中发挥巨大的作用。随着人工智能、云计算、大数据等新一代信息技术快速发展，盾构/TBM隧道建造逐步走向数字化、智能化成为必然趋势。 （一）国家战略驱动智能化发展势在必行 智能建造是落实党中央重大决策部署的关键举措。党的十九大报告要求推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合。党的二十大报告中指出，实施产业基础再造工程和重大技术装备攻关工程，支持专精特新企业发展，推动制造业高端化、智能化、绿色化发展。党的二十届三中全会提出，健全因地制宜发展新质生产力体制机制。通过深化改革，让传统产业“焕发新机”，使传统产业所蕴含的新质生产力有效释放。建筑业的智能建造带来的不仅仅是一种技术手段的革新，更是一场深刻的生产力革命，通过智能建造提质增效，能实现建筑业从劳动密集型向技术密集型转变、从粗放式向集约式升级。 智能建造是落实国家高质量发展要求的必然选择。2020年住房和城乡建设部、国家发展改革委、科技部等13部委联合印发《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》明 确提出，要围绕建筑业高质量发展总体目标，以大力发展建筑工业化为载体，以数字化、智能化升级为动力，形成涵盖科研、设计、生产加工、施工装配、运营等全产业链融合一体的智能建造产业体系。到2025年，中国智能建造与建筑工业化协同发展的政策体系和产业体系基本建立，建筑产业互联网平台初步建立，推动形成一批智能建造龙头企业，打造“中国建造”升级版。到2035年，中国智能建造与建筑工业化协同发展取得显著进展，建筑工业化全面实现，迈入智能建造世界强国行列。因此，建筑行业智能化建造是高质量发展的必然选择。 智能建造是推动建筑业市场转型升级的迫切需求。随着市场环境和竞争模式的变化，建筑业转型迫在眉睫，从传统的劳动密集型作业模式向机械化、智能化作业模式转变，是科技进步与行业发展相互交融的深刻变革。从建筑业从业人员结构看，2016年到2023年，建筑业大龄从业者占比与年轻从业者占比呈明显剪刀差，建筑工人的老龄化趋势明显；从专业技术人才培养看，即使在全国高校持续扩招的大趋势下，土木工程专业招生吸引力逐年下降，2020年到2024年，土木工程专业类的计划人数占比从3.4%下降至2.92%。智能建造在安全质量管控、效率效益提升、劳动强度降低、产业协同创新等方面都具有极强的优势，是建筑行业未来的发展趋势，更是当前建筑市场转型升级的迫切需求。 （二）隧道行业的转型升级需要智能化支撑 中国隧道建设规模持续增长。2013年到2023年底，铁路隧道运营里程从8939千米增长至23508千米，平均年增长率约10.15%；公路隧道运营里程从9606千米增长至30231.8千米，平均年增长率约12.15%；城市轨道交通运营里程从2746千米增长至8668千米，平均年增长率约12.18%（数据来源：中国土木工程学会隧道及地下工程分会、交通运输行业发展统计公报等）。 “一带一路”倡议加速中国隧道行业走向国外。1998年，中国隧道施工企业进入新加坡地铁盾构隧道建造市场；随着2013年9月习近平主席提出共建“一带一路”倡议，中国隧道行业大步伐进入国外市场。2013年，承担了全长19.2千米的“中亚第一长隧”卡姆奇克隧道建设，该隧道是丝绸之路重要国际运输走廊“中国一中亚一欧洲”的关键性工程。2015年，承建了全长约24千米的以色列特拉维夫轻轨红线，该工程是以色列建国以来最大的政府特许基础设施建设项目，全部采用中国盾构施工装备及技术；2017年，承建新加坡C885等多个地铁项目，全面展示了中国盾构隧道技术。2018年在欧洲参与建设首个地铁工程——莫斯科地铁第三换乘环线西南段项目。2021年，采用中国制造的世界最大直径的TBM修建格鲁吉亚南北公路古多里隧道，用时32个月完成8.86千米的隧道建设；2021年，承建孟加拉国首条水下隧道——卡纳普里河底隧道，也是南亚首个采用盾构法建设的水下大直径隧道项目。“一带 一路”倡议为中国盾构/TBM隧道建造技术在国外的全面拓展带来了机遇。 盾构/TBM法隧道建造前景广阔。相比传统隧道人工建造工法，盾构/TBM机械化程度高，隧道施工环境更优、劳动强度更低。国内盾构/TBM法隧道已涉及铁路、公路、地铁、水利水电、能源等领域，据不完全统计已累计建设隧道长度8708千米。国内地铁区间隧道建设盾构法施工占比超过90%以上，水下隧道盾构法施工占比超过70%。同时，盾构/TBM法隧道建造的工程隐蔽性缺陷更少，成型隧道结构质量更容易保障；施工扰动更小，施工排污更少，施工环境影响更低；从隧道建造 全生命周期看，盾构/TBM法隧道建造的工程综合造价与效用更具优势。伴随着机械化、自动化的发展，近年来，国外隧道工程采用盾构/TBM法的占比超过50%，中国不足15%，盾构/TBM法将成为未来隧道修建主要工法，具有广阔的应用前景。 隧道建造行业数智赋能具有迫切需求。隧道工程具有地质的不确知性、理论的模糊性、过程的变异性、措施的时效性等四大特性，决定了隧道工程的不确定性，使得隧道建造的安全风险高、工程成本与建造效率难以准确把控，隧道设计与施工具有复杂性与艰巨性。另一方面，隧道施工是在相对窄长狭小的地下空间进行，工作环境相对恶劣，工作质量难以精细把控。隧道行业常态化倡导的“动态设计、动态施工”更能说明隧道的不确定性，而智能化就是解决不确定问题的有力武器，在隧道行业“自感知、自决策、自操控”的盾构/TBM隧道智能建造技术成为必然的发展趋势。 （三）盾构/TBM隧道建造技术发展突飞猛进 中国盾构/TBM隧道建造技术迅猛崛起。东北阜新煤矿采用手掘式盾构修建疏水巷道，揭开了中国盾构施工技术从无到有的历史。因各种原因，在上世纪九十年代之