隧道建造智能化是工程建造領域的重要發展方向。隧道工程，由于其復雜多變的地質條件、艱難的施工環境和高風險的安全要求，這些因素共同推動了智能建造技術的需求和發展。

山東大學齊魯交通學院院長李利平在接受《對話數字建造先鋒人物》（以下簡稱“對話”）專訪時表示，隧道工程作為國家的“咽喉”工程，近年來在建造技術方面取得了顯著的進步，少人化、無人化、智能化勢必成為隧道建造的發展趨勢。

01 隧道智能建造勢在必行

《對話》：隧道施工是一項復雜而極具挑戰的工程活動，哪些因素驅動了隧道智能建造技術的發展？

李利平：我覺得主要有三個方面。

首先，關于中國工程建造的規模和難度。眾所周知，中國已經成為世界上工程建設規模和規劃體量上最大的國家，以地下工程為代表的建設項目在規模和難度上都是前所未有的。在這樣的背景下，智能建造技術的發展成為了必然趨勢。中國市場的廣闊性和對先進建造技術的迫切需求，是推動這一進步的首要因素。

其次，國內許多重大工程都位于極端地質環境和建造條件下，例如人們所熟知的某重大高原鐵路和某重大水利水電工程，這些項目多位于國家西部地區。西部工程，由于其高能的地質環境，建造過程中容易遇到前所未有的挑戰，急需先進的智能建造技術來應對極端的地質環境和建造條件。

第三點，中國的人口自2022年開始出現負增長。在這種情況下，大量工程建造從傳統的勞動力密集型轉變為更加依賴技術進步，推動少人化和無人化的建造技術變得尤為重要。

以某高原鐵路為例，該工程位于缺氧或少氧環境中。在這種條件下，如果仍然依靠大量人員進行工程建造，顯然難以滿足工地的需求。因此，由高端裝備和機器人取代人力，完成建造工序的少人化和無人化，智能建造技術成為了一個必然選擇。

02 技術創新服務工程一線

《對話》：隨著科技的進步和工程需求的增加，智能化技術在隧道施工中的應用越來越廣泛。目前，智能建造技術在隧道工程中有哪些探索？

李利平：隧道工程是國家的“咽喉”工程。近年來，我國在隧道智能建造技術方面取得了顯著的進步，集中體現在兩種主流工法上：鉆爆法和掘進機法。

首先是鉆爆法，以某高原鐵路為代表，目前正推動全工序的機械裝備。再進一步，比如我們（山東大學）與徐工聯合組建的高端機械裝備智能制造全國重點實驗室，在地下工程智能建造模式上，推行機器人與高端裝備的混合協同作業。這意味著讓機器人加入高端裝備行業，代替人工進行作業。而高端裝備則通過智能化提升，減少人員需求，兩者共同實現最大程度的減員效果。

再說掘進機法。大家都知道某高原鐵路的工程極具挑戰性，掘進機法在其中的使用率很低，主要原因是掘進機在推進過程中，由于隧道較長，且地質不斷變化，很難適應不斷變化的地勢。因此，我們需要提升掘進機的智能化水平。

我們的理念是，如果前方存在不良地質，就像駕駛時遇到坑洼一樣，我們需要知道其位置，這樣就可以降低速度，而不是在不知情的情況下發生事故。對于TBM（隧道掘進機）來說，主要問題是減少停機和換刀，當機器少停機、少換刀時，施工效率就會提高。

那目前，為什么不能實現少停機和少換刀呢？是因為我們對前方地質的變化缺乏足夠的感知。當我們擁有了一系列智能化裝備，并將這些信息匯總起來輔助決策時，就可以避免許多原本需要停機甚至卡機的問題，包括減少換刀。這是實現智能建造，并最大限度推進施工工序的最佳途徑。

03 未來展望

《對話》：未來，隧道智能建造技術會向哪些方向發展？

李利平：從當前技術的發展來看，未來將向四個方向拓展和延伸。

第一，隧道智能建造裝備將向譜系化方向發展。目前，我們面對的地質環境各不相同，擁有各種類型的裝備，如掘進機、鉆爆法的臺車式等。未來，我們需要針對不同的地質環境，形成一套譜系化的設計、理念、方法和模式，包括模塊化、集成化的應用和制造。

第二，新型動力驅動裝備及綠色化裝備體系發展。機器在高原工作時需要氧氣，許多重大工程存在人機爭氧的問題。因此，需要推動新能源裝備的發展，利用氫能等能源驅動裝備改造升級，避免人機爭氧和環境污染問題。

第三，當裝備集群在工程現場運轉時，我們希望實現最大程度的少人化和無人化，這需要實現自主決策。自主決策，意味著裝備與裝備之間能夠像人與人之間一樣感應、協調，進行協同工作。目前的裝備本身還未達到機器人層次，需要在技術上取得突破，并推動這一方向的發展。

最后一個發展趨勢，我們希望建造過程中盡可能規避安全問題，盡量使所有機器人和裝備在洞內操作，所有操作人員在洞外安全區域指揮。通過這種模式，機器人和高端裝備在洞內互相協作，即使出現任何問題，也比人員在洞內的情況要好得多。這將涉及到裝備集群在洞內的工作建造模式和洞外人員遠程指揮的架構體系。

這些是未來地下工程智能建造的發展方向。