近日，2023年度天津市科技獎評選結(jié)果出爐，來自天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院的教師王雙領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊完成的 “盾構(gòu)拼裝機光電融合感知自動拼裝關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”，榮獲天津市科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎。

在隧道工程中，盾構(gòu)機拼裝性能直接關(guān)系到施工安全和隧道質(zhì)量，針對盾構(gòu)施工中管片姿態(tài)解析、管片精準(zhǔn)定位、拼裝機運動精確控制的現(xiàn)實需求和瓶頸問題，由天津大學(xué)、天津求實飛博科技有限公司、中交天和機械設(shè)備制造有限公司和中交第一航務(wù)工程局有限公司合作開發(fā)了盾構(gòu)拼裝機光電融合感知自動拼裝關(guān)鍵技術(shù)。

“項目進(jìn)行中出現(xiàn)很多次復(fù)雜狀況，光現(xiàn)場調(diào)試就進(jìn)行了4年時間。”王雙介紹說。早在9年前，天津大學(xué)和天津求實飛博科技有限公司就與中交天和機械設(shè)備制造有限公司科研團(tuán)隊進(jìn)行交流，接觸到盾構(gòu)管片拼裝項目，自2016年項目正式立項以來，王雙與團(tuán)隊成員一直進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研合作，從模型構(gòu)建，到車間實驗，再到施工現(xiàn)場，邊調(diào)邊試、邊改進(jìn)，最終，他們研究出來最好用、最實用的盾構(gòu)自動拼裝技術(shù)方法。

從科研項目到技術(shù)實際落地應(yīng)用，并產(chǎn)生效益，這個過程并不容易。團(tuán)隊成員最初用一年多時間，解決了理論問題，“實驗室階段不算很難，我們最初目的很明確，就是要做好自動拼裝，綜合考慮探測精度、范圍、環(huán)境適應(yīng)性等要求，最后確定光電是最可行的一個方案。”王雙介紹說。

但在實際應(yīng)用中，他們發(fā)現(xiàn)要解決的問題，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出實驗室構(gòu)建的模型。工程應(yīng)用階段非常困難，看起來是三維平面，但實際上拼裝機有6個自由度，還有管片尺寸不同要調(diào)整設(shè)定參數(shù)，在很重很大的設(shè)備上來進(jìn)行精細(xì)化操作，工程難度上升，要求也非常高。

現(xiàn)場調(diào)試過程歷經(jīng)4年之久。王雙告訴記者：“系統(tǒng)調(diào)試既要考慮施工單位時間成本，又要考慮調(diào)試過程中不能造成碰撞危險，系統(tǒng)方案和算法還要適應(yīng)復(fù)雜的盾構(gòu)施工環(huán)境。隧道施工環(huán)境下，要把大噸位管片的拼裝誤差控制在3毫米內(nèi)，是非常有挑戰(zhàn)性的，某種程度上可以說，技術(shù)落地的過程，難度并不亞于從0到1的創(chuàng)造性過程。”

“在工程調(diào)試階段，比如調(diào)試車間驗證好的參數(shù)，但現(xiàn)場一看，實際拼裝差距卻很大。”王雙說，“最終我們修正原來的方法，結(jié)合拼裝機狀態(tài)監(jiān)測和反饋控制技術(shù)，增加光學(xué)杠桿效應(yīng)，提高了拼裝精準(zhǔn)度。”

沒有以往經(jīng)驗方法可參考，在工程化過程中，一點點調(diào)試，經(jīng)過四五年時間，當(dāng)把“干不下去的難點”解決了，王雙與團(tuán)隊繼續(xù)考慮，如何讓盾構(gòu)自動拼裝進(jìn)行的更有效率。

“我們目前還在考慮解決其他盾構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域的檢測問題，比如主軸承異常故障檢測，希望實現(xiàn)更早期的預(yù)警。”王雙說。

目前，項目技術(shù)已可以實現(xiàn)輔助和替代人工拼裝方式，作為盾構(gòu)機拼裝機的組成部分輔助挖掘隧道工程，提高了隧道工程施工的質(zhì)量和效率。項目中包括圖像、激光測距、光纖等技術(shù)應(yīng)用，項目已授權(quán)中國發(fā)明專利9項，實用新型專利2項。項目技術(shù)應(yīng)用在地鐵、鐵路、公路、市政管網(wǎng)、過江隧道、水電等國家重大工程領(lǐng)域十余項，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。