中國移動聯(lián)合中鐵裝備 打造全球首個5G盾構(gòu)地鐵項目

盾構(gòu)機，被譽為“最強穿山甲”，開山挖洞的“重器”。

這個龐然大物在開挖隧道時，面臨的作業(yè)環(huán)境復(fù)雜多變，施工難度大，危險系數(shù)也高。不過在5G的加持下，這一幕將成為過去：中國移動聯(lián)合中鐵裝備在河南創(chuàng)新研發(fā)并落地的5G盾構(gòu)地鐵項目，讓盾構(gòu)機地下作業(yè)由“摸黑前進”變成“透明操作”。

隧道盾構(gòu)的“智慧掘進”

盾構(gòu)機是基建中的核心裝備，是衡量一個國家地下施工裝備制造水平的標志。

根據(jù)前期工程調(diào)研情況，工程師會根據(jù)土壤、水文等地質(zhì)條件為不同的線路設(shè)計馬蹄狀、矩形、圓形等不同形狀、不同刀頭的盾構(gòu)機。龐大的鋼鐵機器深入地下，按照規(guī)劃好的線路掘進，刀頭旋轉(zhuǎn)震動，泥沙、石塊等渣土掉落，隨即被傳送帶運到隧道外。

與此同時，“盾牌”形狀的水泥板會被運進施工坑道完成坑道四周硬化，軌道也會同步鋪設(shè)?？梢哉f，盾構(gòu)機相當(dāng)于一個移動的隧道作業(yè)車間，所到之處，挖掘、硬化、軌道鋪設(shè)一站式完成。

地下作業(yè)環(huán)境涉及地質(zhì)、水文、壓力等多重因素，復(fù)雜多變。高溫高濕、不透風(fēng)的工作環(huán)境導(dǎo)致施工人員作業(yè)難度大，危險系數(shù)也高。而且，盾構(gòu)機每掘進一點都需要實時監(jiān)控分析大量且分散的施工數(shù)據(jù)，以確定下一步挖掘的最佳著力點。倘若盾構(gòu)機出現(xiàn)故障，不但難以發(fā)現(xiàn)故障點，還會造成工期延遲，成本代價巨大。

“盾構(gòu)機掘進時刀頭是高頻率振動的，一秒鐘有100次到200次數(shù)據(jù)，過去施工時的振動數(shù)據(jù)都是通過網(wǎng)線進行傳輸，網(wǎng)絡(luò)部署成本高、穩(wěn)定性差，一旦遇到網(wǎng)線斷裂，只能人工去拷貝主機振動數(shù)據(jù)。”中鐵裝備智能技術(shù)研究院院長荊留杰說。針對這個痛點，中國移動的技術(shù)網(wǎng)絡(luò)團隊發(fā)揮5G基站組網(wǎng)靈活的優(yōu)勢，給盾構(gòu)機內(nèi)部裝上了“迷你”的5G微基站，保證盾構(gòu)機在掘進過程中核心機位5G網(wǎng)絡(luò)通暢，實現(xiàn)了對設(shè)備運行、施工環(huán)境的實時監(jiān)控和數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸。

5G提升“神器”的“神經(jīng)”靈敏度

“盾構(gòu)機全身裝了很多傳感器，能夠感知隧道內(nèi)環(huán)境的變化，如果在掘進過程中地質(zhì)出現(xiàn)變化，就要及時改變操作，不然就會導(dǎo)致刀盤出現(xiàn)問題。”荊留杰說。5G的應(yīng)用讓“傳感神經(jīng)”更加靈敏，數(shù)據(jù)傳輸故障率降低99.99%，可以完成秒級精度參數(shù)控制，不但能做到實時分析振動數(shù)據(jù)并快速反饋至地面大數(shù)據(jù)終端，還能通過決策中心分析海量分散的信息，第一時間發(fā)出機器故障預(yù)警。

除了盾構(gòu)機上植入5G，施工的隧道內(nèi)還采用了“5G﹢UWB(室內(nèi)精準定位)”技術(shù)，可以對施工人員、物料、車輛進行高精準定位。施工人員通過佩戴裝有5G模組的智慧安全帽對工地進行“視頻直播”，將畫面回傳至管控平臺，管理人員就能第一時間指導(dǎo)前線進行設(shè)備維修或傳遞施工指令。

5G﹢人員行為分析更是“監(jiān)督利器”，利用雙目UVC相機，搭配行為分析算法，監(jiān)測主司機的駕駛狀態(tài)，分析其閉眼、打哈欠、瞌睡點頭等動作，判斷其是否在疲勞駕駛，提高了駕駛員安全作業(yè)保障。

2021年4月，中國移動助力中鐵裝備、河南五建在鄭州地鐵三號線司南站-南曹站區(qū)間完成世界首個盾構(gòu)法掘進隧道地鐵項目的貫通，2021年8月，基于南曹地鐵站的成功項目經(jīng)驗，5G智慧盾構(gòu)又成功復(fù)制在鄭州地鐵六號線桐淮站項目中。未來，三方將共同打造“1﹢1﹢N”整體解決方案，即依托1張5G專網(wǎng)、1個智能決策中心、N個5G應(yīng)用，建設(shè)智慧盾構(gòu)5G技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新基地，由點到面，逐步實現(xiàn)5G智慧盾構(gòu)在全行業(yè)的推廣應(yīng)用。

在中國移動河南鄭州分公司副總經(jīng)理喬朋看來，打造類似于中鐵裝備盾構(gòu)遠程指揮中心的決策平臺，實現(xiàn)邊-端-云海量多源數(shù)據(jù)的實時感知、傳輸和分析，推動智慧盾構(gòu)在全行業(yè)的廣泛復(fù)制是他們更長遠的目標。“這是我們的一個積極嘗試，未來可以在施工難度更高的隧道建設(shè)中進行更多的探索。”喬朋說。(王靜)

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