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澳洲首次使用自动化TBM:"无人驾驶"TBM距离我们还有多远?

发布于:2022-04-07 11:13:07 来自:道路桥梁/隧道工程 [复制转发]
来源:隧道网


小编语

From The Editor

随着自动化与智能化的概念在地下工程行业中的逐渐火热,更多的项目和公司开始尝试在TBM隧道施工中尝试使用自动化,甚至是智能化技术。最近,澳洲的悉尼地铁西线项目也宣布将首次使用自动化TBM来进行施工。本期,小编就为大家来介绍一下!


澳洲首秀

近日,悉尼地铁西线项目的承包商:Gamuda-Laing O'Rourke决定将在项目中使用自动化TBM施工:由Gamuda开发的自动化操作系统“A-TBM”将操作两台TBM挖掘“奥林匹克公园站”到“西草地”站之间9公里的隧道,这将是 澳大利亚首次使用自动化TBM

     
      两台重 1,266 吨,长 165 米的海瑞克TBM将作为自动化操作系统”A-TBM“的载体。这套系统会以比人类更高的准确性,进行所有重复性操作。      
但在这次应用中,仍然会有人类操作员负责总体控制。承包方相信使用该技术可以使TBM施工更加精确,减少开挖隧道所需的时间。通过对TBM掘进速度和力量的精确控制,可以减少设备磨损,缩短维护停机时间。这些优势都可以节省项目成本。      

A-TBM的前世今生

      自主运行TBM系统(Autonomous TBM,简称为A-TBM)是一种实现TBM自主推进、转向与控制的智能化系统。该系统的前身实际上是一套TBM驾驶员培训设备。在2016年,由马来西亚隧道培训学院(TTA)搭建。

      在2018年,经过深入开发与完善,研究团队为这套培训设备搭建了完整的可编程逻辑控制器(PLC),以此为基础研发了盾构的自动转向控制功能。此后团队开始研究更深入、细致的控制算法,将自主运行扩展至TBM运行的所有子系统中,最终创建了自主运行TBM系统(Autonomous TBM,简称为A-TBM)。 在2019年的国际隧协大会上,这套系统还获得了“年度技术革新”大奖。

盾构也要 无人驾驶 ,马来西亚的自主运行 TBM 了解一下!  

     


     经过数年的发展,包括在吉隆坡KV地铁2号线工程中的实地测试。如今的A-TBM系统已能自动控制TBM的各个子系统,其中包括:

-盾构轴线的自动控制;

-盾构推力

-刀盘转速

-自动切削

-自动注浆

-开挖量平衡

-泥水平衡的自动控制。

每个子系统的自动化控制系统均采用模块化设计,可以只实现特定功能。

“即插即用”

     A-TBM系统“即插即用”的特性是这一系统能在悉尼地铁西线项目中被应用的重要原因。搭载A-TBM系统的两台海瑞克TBM看上去与项目中所有的其他海瑞克TBM是相同的。

     


      当然所谓“即插即用”的A-TBM系统还是需要与TBM的可编程逻辑控制器(PLC)配合才能进行工作。两者交换数据后,A-TBM系统会根据PLC的反馈信息做出决策。      


可编程逻辑控制器PLC:

     一台TBM上有数以百计的传感器,这些传感器都可以连接至可编程逻辑控制器(PLC),控制器每分钟可以采样数千个数据点,以人类无法做到的速度同时处理大量数据并采取响应措施。

     


    交换数据并做出决策,这一个过程看似简单。实际是一个极其复杂的过程。TBM各个子系统的数据输入和输出之间存在非线性和交叉耦合,需要花费了大量时间连接各个算法,对所有的TBM子系统进行整合优化。

    为了同时控制TBM中的多个子系统,A-TBM实际上是由多种AI算法综合而成,大多是基于专有的通用控制算法,如PID,PID是当今的经典控制算法,广泛应用于汽车巡航控制、温度调节等。

历史应用

虽然悉尼地铁西线项目是A-TBM是在澳洲的首次应用。但实际上,这套系统在吉隆坡KV地铁2号线,13.5km的隧道的建设已经得到过应用。工程所用的12台TBM中有10台搭载了这一系统。

     


与悉尼地铁西线项目中,主要由砂岩和页岩构成的地质环境不同。吉隆坡KV地铁2号线隧道穿越了复杂多变的喀斯特地层,沿线至少存在6个断层带,是隧道工程界最具挑战性的地质之一。在复杂的地质环境中,A-TBM顺利的完成了掘进任务。 数据显示:在无人值守的情况下,自动掘进中的TBM护盾的偏移值为+-5mm,运行平稳。

     


A-TBM系统还曾经以海瑞克的可变密度盾构作为实验平台,以尝试控制更复杂的TBM平台。      

现在与未来

本次A-TBM在悉尼地铁西线项目中的应用,无论是在规模还是在难度上都要远小于在吉隆坡KV地铁2号线上的应用。但是如果本次应用得到了积极的反馈,相信在澳洲未来的地下工程建设中,会更多的使用自动化,甚至是智能化的TBM。

     


     此外A-TBM系统采用“即插即用”与模块化设计,使得这套系统更容易被承包商和业主接受。“即插即用”的特性使其可以应用于大部分现有盾构上。而模块化的设计,则可以灵活满足承包商的需求。

    A-TBM系统 带来的效益也很明显,减少操作人员进入设备的次数和人数。不用忙于观察与操作,可以更多关注管片拼装、沉降等。AI相比人类具有更短响应时间、更客观的决策能力,同时可以避免人类由于疲劳或数据过多造成的认知负荷与操作失误。可以非常直观的提高推进效率与精度。

     


未来,随着机器学习与大数据技术的发展,自主的事前预测技术逐渐成熟,未来的自动化系统将可以开始接管工程师的岗位,进行一些规划性工作,例如制定TBM长期的运行策略等。      

结 语

A-TBM所使用的技术未必是最先进的。但A-TBM的模式使其更容易被业主和承包商接受,更容易获得实地应用的机会。而随着人工智能技术的发展,未来的盾构最终必然会向无人驾驶方向发展。但就目前来看,要实现真正的智能化TBM施工,还有很长的路要走。      

     




全部回复(2 )

只看楼主 我来说两句抢地板
  • 会飞的口罩

    感谢,学习一下。

    2022-05-07 14:55:07

    回复 举报
    赞同0
  • 晚晚皆安
    晚晚皆安 板凳

    在不久的将来,我们很快就会实现了

    2022-04-09 14:21:09

    回复 举报
    赞同0

隧道工程

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