我国铁路隧道智能化建造技术发展现状及展望

2023年12月13日发(作者：情侣节日)

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我国铁路隧道智能化建造技术发展现状及展望王同军（中国国家铁路集团有限公司，北京100844）摘要：明确铁路隧道智能化建造的概念，阐述智能化建造组成架构中智能化装备、智能感知、数据资源、智能决策、智能管控层级间关系及各自作用，提出智能化建造研究与实践范畴所涵盖的基础理论、设计方法、工艺工法、标准规程、协同管理的内涵，并提炼出2个关键科学或技术问题。研究铁路隧道智能化建造技术发展总体概况及基础理论、勘察设计、施工与协同管控4个方面的发展现状，在此基础上提出技术提升方向，以及当前至2026年短期内的发展展望，可为铁路隧道及相关行业建设者提供技术参考。关键词：铁路隧道；智能化建造；发展现状；建造技术；关键技术；提升方向中图分类号：U455文献标识码：A文章编号：1001-683X（2020）12-0001-09DOI：10.19549/.1001-683x.2020.12.001中央第十四个五年规划和2035年远景目标中提到计、机械化、信息化、物料人员资源配置及管理提出了新的挑战，铁路隧道建造方式的进步或者变革已经是时代摆在铁路建设工作者面前亟待解决的难题。隧道智能化建造是工程建造领域的发展方向，是新形势下铁路工程建设发展的必然趋势［2］，智能化建造技术的推广运用，迫切需要明确基本概念与架构组成，确定研究与实践技术范畴，提炼关键科学与技术问题，客观梳理当前技术发展水平，并针对性地指出进一步提升方向，在此基础上提出切实可行的发展展望，为我国铁路隧道智能化建造有序推进提供指导。“当今世界正经历百年未有之大变局，新一轮科技革命和产业变革深入发展”，在新一轮科技革命和产业变革自孕育兴起已至深入发展之际，人类社会已经迈入智能时代［1］。智能时代的到来对铁路隧道建设技术创新发展提出了新的机遇与挑战，已经引起世界范围内隧道建设强国的关注和重视。未来世界范围内铁路隧道建设技术水平竞争直接取决于隧道建设过程中智能化技术运用的广度和深度。改革开放40多年来，我国隧道建设技术取得了长足的进步和发展［2］，我国已经是世界第一隧道建设大国。日均4km的隧道建设速度，对基础理论、勘察设基金项目：中国工程院重大咨询研究项目（2018-ZD-05）作者简介：王同军（1964—），男，副总经理，正高级工程师。1铁路隧道智能化建造技术1.1概念与架构组成铁路隧道的建设管理、设计、施工、监理由不同CHINARAILWAY2020/12-1-单位承担，按照工作内容可分为施工管理、施工组织管理、设计管理和建设质量监督与管理，是一个复杂的体系。施工管理涉及基本信息管理、项目管理、合同管理以及安全质量、物资材料、成本控制等管理，施工组织管理涵盖进度计划、机械工装配置、大临工程施工、人员配置、施工方法与施工方案，设计管理涵盖图纸绘制、图纸方案变更、技术交底、图纸存档，建设质量监督与管理涵盖安全生产管理、风险评估、安全专项方案、施工检查、监控量测、第三方检测等。为促进隧道建设更高效、更安全，上述各个方面需统筹推进并结合移动互联网、物联网、BIM、GIS、云计算、大数据、人工智能等先进技术开展创新应用。基于此，铁路隧道智能化建造可定义为将信息化、机械化、自动化、智能化技术与先进的隧道建造技术相融合，通过对地质、结构、机械、人员、材料等信息的全面感知、泛在互联、融合处理、主动学习和科学决策，面向隧道勘察、设计、施工、质量管控及建设管理，实现绿色高效、安全可靠的建造技术体系。隧道智能化建造体系架构由智能化装备、智能感知、数据资源、智能决策、智能管控5个方面组成［2］（见图1）。智能装备直接服务于隧道施工，通过信息化技术实现远程监视、遥控遥感、精准定位和安全施工。我国铁路隧道智能化建造技术发展现状及展望王同军智能感知层集中汇集各类智能装备、硬件传感器、触发装置、定位装置、采集分析芯片和扫描设备所感知或采集的装备自身、施工环境、工程地质条件、围岩条件、结构状态等信息资源，并传输至数据服务平台。数据服务平台作为数据资源的基础平台，汇集全国铁路隧道建设、运维期的各类数据信息，并将勘察设计数据、施工数据、监理数据、物资数据、质量评价和管理档案分类存储，供智能决策分析。智能决策是隧道智能化建造的核心与难点，涵盖统计学、工程统筹、人工智能等学科交叉耦合，灵活采用机器学习、深度学习、交互分析，在大数据汇集的基础上，实现智能进阶，为智能管控服务。智能管控是隧道智能化建造的最终目标与体现，涵盖动态化三维设计（BIM+GIS）、智能化施工和管理3个方面，实现三维图纸管理、动态施工管理、集成信息管理、监控量测管理、风险评估、可视化交底与虚拟建造，将一般意义上的隧道建设提升为智能化的建造。隧道智能化建造的特征是实现机械化、信息化深度融合，实施基础是实现机械水平、数据资源、人员素质和管理模式的有效提升，研发路径遵循循序渐进、突破重点、技术集成到人机结合的发展规律，目标定位为无人化、可视化、智慧化。［2］图1隧道智能化建造体系架构-2-CHINARAILWAY2020/12我国铁路隧道智能化建造技术发展现状及展望王同军图2）。其中，基础理论是基石，智能化设计方法与配套的工艺工法是手段，相对应的标准规范规程是保障，设计施工多系统协同管理是目的。1.2实践范畴铁路隧道智能化建造研究与实践范畴涵盖基础理论、设计方法、工艺工法、标准规程、协同管理（见图2智能化建造研究与实践范畴主要组成部分基础理论方面，隧道的围岩力学特性及其荷载效应是隧道力学的基础科学问题，围岩与支护体系的动态作用关系在掌子面开挖后应力重分布过程中占主要作用，结构体系的动力响应串联建设期与运营期结构受力，引出隧道全生命周期力学响应，上述3个方面又涉及监测检测、设计参数与多场耦合。设计方法方面，当前设计参数的智能化已有应用，代表当前技术水平，可通过GIS、BIM、大数据融合和智能化传感、感知、定位跟踪，最终实现绿色数字隧道与智慧隧道。而隧道智能辅助设计软件的开发是设计方法中的先行要素，主要集中在关键技术与软件开发两方面，其中关键技术主要包括变量设计技术、参数特征模型以及基于专业知识的智能化设计；软件开发体现在系统组成、隧道参数特征模型建立洞身衬砌标准库的搭设［3］。工艺工法方面，面向全断面或大断面开挖的钻爆法隧道、TBM隧道及预制装配式隧道首先实现各类台车工装的信息化高度融合施工，在施工过程中建立安全性控制系统，主要针对隧道掌子面安全性控制、洞身结构安全性控制以及二衬支护实际及步距的控制［4］，以确保施工过程安全快速，建立面向施工期的监测检测机制与验收标准，并衔接运营期的周期、日常和重点检测监测。标准规程方面，吸收新技术，优化围岩分级与设计参数匹配性，明确成套装备功能组成，各类台车装备的取费、定额、摊销等规定，制定面向智能化施工的各项验收标准和可推广的通用参考图。协同管控方面，简统化、集约化建立经济高效的管理体系，施工单位的管理平台数据应能与中国国家铁路集团有限公司（简称国铁集团）的工程管理平台共享一定关键数据，实现施工装备机群之间，施工装备机群、特殊装备与协同管理平台之间信息数据流与数据处理的无缝集成［5］。隧道全生命周期数据在大数据中心集中存储与分析，管理方面同时兼顾经济合理与技术可行。1.3关键科学或技术问题隧道智能化建造的研究与实践范畴涉及多项难点与挑战，可归纳为以下2个关键科学或技术问题：（1）隧道建设空间关键要素多粒度实体化表达。隧址范围内及建设所涉及的局部区域组成隧道建设空间，其全要素地理信息采集、处理与时空数据模型构建，多模态、多粒度时空数据高效组织与分布式协同存储管理；多专业数据实时接入与探索性时空关联分析；复杂艰险山区铁路高精度空间位置服务与精密高CHINARAILWAY2020/12-3-我国铁路隧道智能化建造技术发展现状及展望王同军程基准面构建；空天地一体化测绘多技术多源异构信息融合；综合构成关键要素多粒度实体化表达。（2）智能化建造功能架构与自适应控制理论。智能化建造所涉及的物联网、云计算、移动互联、大数据、BIM、GIM等新兴技术，以及基于运筹学、管理学、工程经济学与系统工程理论，都是智能化建造的有机组成部分，自适应系统利用可调系统的输入量、状态变量及输出量来测试某种性能指标，根据测得的性能指标与给定的性能指标进行比较，自适应机构修改可调系统的参数，以保持测得的性能指标接近于给定的性能指标，或者说使测得的性能指标处于可接受性能指标的集合内［6］。如何引入工程控制论的基本思想，提出适用于铁路隧道建造全生命周期的成套机械行为方式、电子远程传输、信息整合融合、材料适配优选等方面的自适应控制理论是需要解决的一个关键科学问题。2我国铁路隧道智能化建造技术发展现状2.1总体概述我国铁路隧道修建发轫于1888年，目前我国已经是世界上铁路隧道运营里程最长、在建规模最大的国家。130多年的发展历程中，隧道建造工艺工法先后经历了图解法、上下导坑先拱后墙法、漏斗棚架先墙后拱法，以及新奥法理念下的多种台阶法、眼镜工法和配合各类机械装备的具有中国特色的大断面钻爆法和TBM成创新，引进、消化、吸收、再创新，到形成我国技工法。这一过程体现了隧道建设从原始创新，集术标准体系，实现了“走出去”发展战略的伟大转变。智能化建造发展包含3个阶段：即数字化建造、数字化网络化建造、数字化网络化智能化建造。铁路隧道智能化建造作为其中的一部分，是未来隧道建造发展的必然趋势。从信息化和智能技术在我国铁路工程领域的应用现状看，虽然已在铁路规划、设计、施工、运营和维护等阶段发挥重要作用，但是仍处于第一代和第二代智能建造阶段。例如近年来京张铁路、郑万铁路等线路隧道工程在设计、施工和运营方面建设实现了一定程度的智能化建造理念的应用。在科学技术迅猛发展的今天，我国铁路隧道建造智能技术发展不能-4-简单重复从第一代、第二代到新一代智能技术依次发展，必须借助全球人工智能的快速发展。在新一代智能技术研发和应用方面，突破关键技术，实现弯道超车，实现真正意义上的智能化建造，为智慧铁路奠定基础，实现铁路隧道建设管理深层次发展。2.2智能化建造基础理论智能化建造理论与多学科息息相关，涉及通信、信息、计算机软件、人工智能、管理科学、行为科学、控制管理以及系统科学等，这是科学构成其发展的理论基础。近年来，我国铁路建设管理单位开始将运筹学、管理学、工程经济学与系统工程理论相结合，吸纳新技术，将物联网、云计算、移动互联、大数据、术、BIM、GPSGIM和等技术融合，在信息论与信息技术、通信技GIS技术、控制理论与技术等领域，理论研究都在不断深化和改进。在京张铁路、郑万铁路隧道工程中进行了机械化与信息化深度融合实践，包含全生命周期、系统层级、智能化功能3个维度的铁路隧道智能化建造功能框架已具雏形。当前初步实现了工程控制论与计算机信息技术的理论结合，并结合京张铁路八达岭等典型隧道智能化建造全过程，实现了机械行为方式、电子远程传输、信息整合融合、材料适配优选4个方面的自适应控制管理。基于现代隧道建造理念，依托郑万铁路湖北段典型隧道工程建设，掌握了隧道开挖、锚喷支护、二次衬砌支护时机对于围岩松动圈或塌落拱的影响规律，揭示了无台阶或微台阶工况下，二次衬砌合理封闭距离，掌握深浅层围岩的破坏特性及深部围岩的结构层效应特点及围岩失稳典型模式。人工神经网络技术、BP神经网络技术、遗传算法、模拟退火算法和群集智能技术等技术已经应用于围岩分级与智能化设计参数优先［7-10］，并开始针对于隧道安全监测系统中面临的大量数据处理和分析难题开展应用，为信息化介入设计、施工奠定了基础。总体来说，国内智能化建造基础理论发展仍处在起步阶段，智能化是建造技术的发展趋势，如何将先进的信息技术及资源，与岩土工程、隧道工程、岩石力学等学科相结合，进行工程智能决策并构建完善的设计、施工决策体系已经成为铁路隧道智能化建造基CHINARAILWAY2020/12我国铁路隧道智能化建造技术发展现状及展望王同军础理论发展的核心问题。2.3智能化勘察设计隧道智能化建造在勘察设计方面，综合应用物联网、大数据、人工智能等信息技术，依托智能化装备，实现基础三维实体模型全生命周期信息再现的自动化动态设计。依据空天地一体化的测绘多技术融合勘测方案，有利于及时提供施工各阶段数字化地质资料，在质量、工期和安全保证等方面为隧道建造提供有力的基础数据保障［2］。钻探与超前地质预报方面，国铁集团在面向川藏铁路隧道工程开展的系统性科研攻关课题中，提出了千米级钻机整套装备相应的设计方法，建立了基于物探、钻探、点云和数字凿岩信息的综合超前预报体系。近年来，拉林、郑万铁路等在建项目及即将开工的川藏铁路雅安—林芝段都面临多类型严峻的不良地质考验，综合采用POS（PositionandOrientationSystem）数码航空影像［11］、高分辨率卫星影像、雷达影像、机载LIDAR光扫描及超前千米级水平钻机等综合测量技术，形成空（激光雷达）、无人机摄影及倾斜摄影、三维激天地一体化的测绘多技术融合勘测方案。郑万铁路湖北段在智能设计方面，主要收集现有设计参数，构建设计参数数据库，根据隧道围岩智能分级结果，利用数据库搜索算法，自动匹配选择出设计参数初选值。并利用现有设计理论编译相关软件，实现对参数初选值进行自动校核，当满足要求时得到推荐值，不满足要求时进行优化，给出最终推荐值。初步实现了设计参数智能匹配、推荐及校核、优化，但其匹配推荐方式为固定式匹配，严格依赖所建参数数据库，无法进行模糊综合匹配，此外其校核公式仅涵盖部分设计参数，重要设计优化参数如锚杆并不能实现智能检核优化。以上方法智能化程度不高，需要人工介入，可靠性、泛化性也尚需大量工程验证。智能化勘察设计是隧道智能化建造的核心和精髓，长久以来，新奥法支护理论依然在山岭隧道占据主导作用，其强调围岩支护不能单纯依靠支护结构，需要通过支护作用去充分调动围岩的自承载能力，由围岩作为主体结构去承担围岩压力。但目前的隧道施工普遍重视、强调支护结构中被动支护的作用，而对加固围岩与充分发挥围岩自身承载能力方面重视不够或衬砌施作不到CHINARAILWAY2020/12位，我国铁路隧道支护总体上属于被动支护体系，主动支护理念尚不统一。我国在多年隧道建设中，对变形主动控制已经达成基本共识，即在隧道施工中，主动控制围岩变形及充分发挥调动围岩的自承载作用，是隧道现代修建技术的核心理念，锚杆、锚索以及注浆加固地层等是主动控制围岩变形的关键技术措施。但变形主动控制理念的内涵、应用条件和适用范围等尚未在理论研究和实际应用形成统一的认识。智能化建造应由表及里，重视主动支护体系的作用。2.4智能化施工智能化施工是智能化建造技术水平的重要体现，智能化施工涉及机械工程、机械电子、计算机技术、定位技术、遥控技术等学科融合，施工过程中机械工装用量多少、参与深度综合代表了我国铁路隧道建设的技术水平。20世纪80年代以来，带有液压机械臂的凿岩钻机在隧道内开始应用，标志着我国隧道机械化施工的开端［12］。当前，隧道在超前钻探、开挖、初支、仰拱、防（排）水板、二次衬砌及水沟电缆槽等作业生产线采用谱系化工装已经相当普遍。当前机械化应用规模由小到大、试用范围由窄到宽、信息化水平由低到高、支护结构适应性由差变强［12］。目前，铁路隧道型谱化智能装备施工状态实时感知国外以电脑凿岩台车为主，虽然具备自动定位、自动标记钻孔位置、自动传输数据并快速生成施工报告等智能化功能，但未形成全工序成套智能施工装备［13］；国内在此方面的研究起步较晚，多采用引进、消化、吸收、创新的策略进行国产化研发，且多集中于凿岩台车、湿喷机械手等单台装备，但型谱化智能装备施工状态实时感知水平整体不高［14-15］。郑万铁路初步研制了智能型凿岩台车、智能型注浆台车、智能型拱架台车、智能型锚杆台车、智能型湿喷台车、数字化衬砌台车，部分装备实现了施工状态实时感知，其中智能型凿岩台车具备了对炮孔数量、位置等信息实时感知功能；智能型注浆台车具备了注浆量信息实时感知功能。我国动态调控技术主要根据工程经验、人工输入基础参数再匹配的方式来实现对当前施工状态的动态调控，但是目前参与智能施工的专业化人才较为缺乏，人员的专业技术都是针对智能建造中各分-5-领域的技术，受工程经验和数据库本身的局限，不能对整体智能建造施工有充分的掌握。而距离基于机器本身参数的动态、实时、自动调控的完全智能化调控仍相差甚远。实践表明，既有装备尚不能满足复杂艰险山区高能地质环境条件下隧道工程安全高效施工的需求，故采用主动支护体系替代传统支护体系，研发适配于主动支护体系的隧道智能施工装备，形成基于隧道智能施工装备的质量控制技术，建立隧道智能监测技术及体系，从而指导主动支护体系智能化施工，实现隧道安全、高效、优质及少人化施工目标，意义重大且十分急迫。2.5智能化协同管控智能管控集中体现智能建造的精髓与能动性、互动性，是全生命周期智能建造过程的集中展示与运用。目前，国内智能建造协同管控尚处于起步阶段，郑万铁路湖北段隧道工程建设在“地-隧-机-信-人”智能建造协同管控方面做了初步尝试，构建隧道智能化建造协同管理平台，具备了围岩智能分级、设计参数智能优选、开挖及支护智能施工和施工质量管控等4项功能。京雄高铁明挖隧道衬砌施工建立了由移动厂房、智能钢筋台车、智能模板台车、中央集料斗布料系统、智能养护系统组成的集中控制管理平台。上述平台采用了轻量化BIM技术，构建的可视化远程控制平台实现了隧道施工信息的数字化储存与可视化展示，保证了项目参与各方良好的信息交流和沟通协调［16］；此外还有监测及检测结果的可视化，主要采用应力或变形远程自动监测方法。其中，应力监测需埋入大量自动传感器，建立庞大的监测网络；变形监测应用了三维激光扫描、测量机器人等先进技术［17］，但不能将隧道支护结构变形数据转化为应力数据，控制方式单一。隧道施工质量智能管控主要利用三维点云扫描、热成像技术、地质雷达等无损检测手段实现［18-22］，如通过三维点云扫描实现超欠挖轮廓矫正，利用热成像摄像机测量混凝土温度进而实时确定喷射混凝土强度，基于地质雷达的衬砌检测等。铁路隧道智能化建造的抓手是网络化数据传输与信息化经营管理。协同管控体现在包含国铁集团、建设单位、设计单位、咨询单位、施工单位、监理单位-6-我国铁路隧道智能化建造技术发展现状及展望王同军等在内的隧道参建各方可简统化、集约、方便地开展工作，并可在软件平台实现设计、施工、物料信息的传输与管理。协同管理平台软件是实现协同管控的直接工具，施工单位的信息化管理平台需与铁路工程建设管理平台接驳，隧道建设过程中各项资料应能汇集于大数据中心，一方面便于数据存档、可追溯，一方面便于随时备查可查，为运营养护提供辅助。针对平台开发，当前中国铁道科学研究院集团有限公司已经依托国铁集团立项的课题开展工作。3铁路隧道智能化建造技术提升方向3.1智能化建造体系架构隧道建造过程中的少量大型装备运用以及机械化、信息化与辅助决策相融合并不能简单称为“智能建造”，铁路隧道智能化建造是一个系统工程，其体系架构由智能装备、智能感知、数据资源、智能决策和智能管控等5个层级构成，缺一不可。体系架构完善，需研发型谱化、标准化的智能装备，解决全过程数据流的畅通，建设完备的工程地质环境信息综合勘察判释数据库，建立自动化围岩分级与爆破参数优化算法，继而实现智能感知与智能装备、后台服务器的智能化连接。通过多样化的采集方式，实现数据自动读取与传输，开发基于变形主动控制及设计参数智能化设计理论以及智能建造协同管控与可视化远程控制系统的综合平台。3.2智能化设计理论铁路隧道智能化建造与我国铁路隧道设计方法并不等同，智能化建造的技术运用首先应在设计层面解决适用性的问题，并非所有的线路类型、工程地质、水文地质、环境条件、社会条件下的隧道均适用于智能化建造。设计理论应积极吸纳“新奥法”“新意法”“挪威法”等设计理论中的适用于我国隧道建造的部分，结合隧道设计模型中荷载反力模型、收敛约束模型、连续体模型，重视围岩、锚杆承重作用，发挥主动支护作用，建立健全变形主动控制支护体系框架、优化设计理念、明确承载主体、提高安全储备、重视监控量测、加强数据采集、提高风险管理。建立设计参数匹配方法，融合专家知识库和机器学习开源框架，CHINARAILWAY2020/12我国铁路隧道智能化建造技术发展现状及展望王同军构建可实现动态协调、安全使用、耐久高韧、长效主动的主动支护体系设计理论。3.3智能化施工机械工装的标准化应与智能化同样重视，当前我国面向铁路隧道仅铺挂台车、衬砌台车、养护台车发布了国铁集团技术标准，尚未对装备进行认证。高度智能化大机装备国产化不足，在技术可行、安全可靠、经济合理的前提下，重点围绕开挖支护作业生产线，综合考虑机械工装的工作量、工作效率、能源消耗、劳力资源、设备易操作性、通用性、耐久性、灵活性以及维修的难易性、购置费、使用年限、单位时间利息率、设备在场的工作效率和易损件的储备量，立足国产化，研发适配于主动支护体系的标准化智能化装备，对应编制国铁集团标准及进行CRCC认证，并且建立施工安装管理系统，依靠施工信息采集系统中快速采集的超前地质数据、围岩收敛量测数据和隧道位移应力数据，实现信息共享和预警，有利于施工方、监理方、设计方和业主方及时了解隧道施工动态，并采取应对措施，建立动态感知、实施分析、精准决策、自主执行的隧道智能化建造体系，最终形成适用面广、可推广的安全快速智能化施工工法。3.4标准规程技术立法当前，与智能化建造相适应的标准规程技术体系尚不完备，专门性的设计、施工、监控量测、机械装备、检验验收、定额造价技术体系亟须建立，可结合代表性典型工点与施工步骤，结合目前学术研究成果与最新探究方向，一方面修正、修编既有规范、规程、技术条件、各类工法与指南不足或不匹配问题；另一方面统一编制与机械化施工、智能化设计、信息化管控、科学化管理相匹配的各项规范、规程、技术条件、各类工法与指南，从行业政策上明确智能化应用率目标，以保障隧道建设过程有据可依，有据可判。3.5信息化协同管控针对机械化、信息化、人机结合等方面在铁路隧道建造过程中的应用，充分调动参建各方的积极能动性，在保质量、保安全、重效率、节能耗、重环保的前提下，将变量化设计技术和专家系统方法应用到铁路隧道辅助设计中，建立参数化特征模型和洞身衬砌CHINARAILWAY2020/12标准库，以智能化建造为驱动和根本目的，建立涵盖管理单位、建设单位、设计单位、施工单位、监理单位等的标准化铁路隧道管理模式，形成安全、经济、高效与可普适推广的创新性管理体系。明确信息化平台管理体系中，国铁集团、建设单位及设计、施工、质量监督单位自上而下的管理权责，加强大数据中心对于全路隧道建设数据的接收、汇集与安全保护，立足我国当前既有铁路隧道建设项目管理特点，依托科研课题及工程实践制定信息化管理平台技术标准，以技术标准、作业标准、管理标准为重点，建立适用于智能建造体系的标准化协同管理体系，结合物联网、大数据、人工智能等先进技术，全面助力铁路智能建造全面升级。4展望综合当前高速铁路隧道建设需求、现阶段技术水平及发展现状［23-25］，我国隧道智能化建造技术的发展趋势为：随着智能化建造体系的试验与推行，不断积累完善各类地质条件下的隧道设计与施工方法，最终突破基于深度学习的隧道智能化建造技术理论，实现自学习、自适应的隧道智能化建造体系，随后建立动态感知、实施分析、精准决策、自主执行的隧道智能化建造体系，全面推广、实现隧道智能化建造。（1）2020—2023年，建立铁路隧道智能化勘察设计技术体系。提出基于GIS的工程勘察涵盖空天地一体化隧道地质勘察预报以及智能化量测、隧址范围内地形地貌全要素信息获取与快速处理、隧道工程地质和环境综合勘察与基于隧址范围内地质信息的综合勘察判释，实现隧道超前地质预报多源信息融合与智能快速解译，突破不良地质体的亚米级成像技术，由传统的人工解译向半自动转变，大幅提高解译效率。实现围岩信息的“快速采集—实时传输—远程评价”的智能化分级，实现隧道施工中围岩质量渐进性评价。提出主动变形支护体系的关键设计参数及变形控制值，优化我国隧道支护结构设计模式，提出变形主动支护体系中各支护构件的安全性与可靠性评价方法，实现隧道主动支护体系定量化设计，并给出隧道主动支护体系机械化施工适配工法工艺。-7-我国铁路隧道智能化建造技术发展现状及展望王同军（2）2020—2025年，形成成套成系列的铁路隧道快速施工工法。提出围岩监控量测与超前地质预报、洞内循环作业优化与有害气体检测、火工品管理与人员定位、钻爆法与掘进机法施工监控的自适应控制、智能工装施工状态实时感知与动态调控以及预制装配式衬砌结构施工监控与自适应控制技术，形成隧道钻孔、开挖、支护、衬砌等主要工序施工装备智能化技术，形成基于隧道智能施工装备的施工质量控制技术，形成隧道施工质量智能监测技术及其体系。实现隧道全断面、大断面高能地质条件下隧道智能化施工，实现隧道施工质量评价方法信息化，实现隧道监测自动化，形成完备的工艺工法。（3）2021—2026年，形成铁路隧道智能化建造标准化协同管理体系。建立“地-隧-机-信-人”智能建造协同管控与可视化远程控制系统，形成施工期风险源识别、风险处置与管控的施工风险评价及管控系统，形成三维隧道及围岩环境信息化模型展示及设计参数动态优化的智能化动态设计辅助系统，形成超前支护、钻爆开挖、初期支护、二次衬砌、防排水体系、沟槽施作等工序的信息存储查询、三维可视化、设计施工监测数据实时反馈的智能化动态施工管控系统，形成参建各方信息汇集分析与处置的智能建造信息化协同管控及远程控制系统，形成全过程数字化管理，建立完备的铁路隧道智能化建造标准化协同管理体系。5结束语铁路隧道智能化建造已经成为全球铁路隧道建设的前沿发展方向，研究与践行铁路隧道智能化建造是时代赋予新时期铁路建设者的神圣使命。未来，物联网、大数据、人工智能等技术将进一步融合，结合围岩智能判识、智能设计、智能装备、智能施工、智能监测及质量管控、智能协同管理平台等隧道智能化建造技术的深入研究和工程应用，隧道智能化建造愿景定将全面实现。因此，智能化建造技术的理论、技术应用必将推动我国隧道建造技术在提升机械化、信息化水平的基础上向智能化方向发展，实现关键高新技术的研发与扩散，可使铁路隧道工程建造产业链得到极大的拓展与延伸，带动一系列相关产业的技术升级。-8-在当前世界制造业加速向我国转移的过程中，通过发展隧道智能相关技术的研究来提升我国铁道行业整体竞争能力，对实现“中国制造2025”和我国铁路“走出去”战略布局具有极其重要的意义。通过阐述铁路隧道智能化建造组成架构中智能装备、智能感知、数据资源、智能决策、智能管控层级间关系及各自作用，提出智能化建造研究与实践范畴所涵盖的基础理论、设计方法、工艺工法、标准规程、协同管理的内涵，提炼所涉及的关键科学与技术问题，论述在基础理论、勘察设计、施工、协同管控4个方面的技术水平，点明在体系架构、设计理论、施工、规范规程制修订与信息化协同管控5个方面的提升方向，提出当前至2026年短期内的发展展望，为我国铁路隧道智能化建造的研究实践提供参考。参考文献1］王同军.中国智能高铁发展战略研究［J］.中国铁路，2019（1）：9-14.2］王同军.我国铁路隧道建造方法沿革及智能建造技术体系与展望［J］.中国铁路，2020（3）：1-11.3］刘飞香.铁路隧道智能化建造装备技术创新与施工协同管理展望［J］.隧道建设（中英文），2019，4］王志坚39（4）：545-555..高速铁路山岭隧道智能化建造技术研究：以郑万高速铁路湖北段为例［J］.铁道学报，2020，5］WALTON42（2）：86-95.G，DIEDERICHSMS，WEINHARDTK，hangedata［detectionJ］．InternationalindrillandJournalblasttunnelsfrompointicsandMiningSciences，2018，105：172-181ofRock．Mechan⁃6］李言俊，张科.自适应控制理论及应用［M］.西安：西北工业大学出版社，2005.7］周冠南，孙玉永，贾蓬.基于遗传算法的BP神经网络在隧道围岩参数反演和变形预测中的应用［J］.现代隧道技术，2018，55（1）：107-113.8］胡斌，冉秀峰，祝凯，等.基于BP人工神经网络的隧道围岩力学参数反分析［J］.铁道建筑，2016（7）：70-73.9］凌同华，秦健，宋强，等.基于改进粒子群算法和神经网络的智能位移反分析法及其应用［J］.铁道科学与工程学报，2020，17（9）：2181-2190.10］曹文贵，卢山，胡坚丽.地下工程围岩位移反分析CHINARAILWAY2020/12［［［［［［［［［［我国铁路隧道智能化建造技术发展现状及展望王同军［19］JONESBD，DAVIESAG，dcon⁃unnelCongress，reetStationUpgrade［C］//TunnelConstruc⁃［20］许磊，王长进.基于激光点云的隧道超欠挖检测77-81.方法研究［J］.铁道工程学报，2016，33（12）：的改进模拟退火算法［J］.水文地质工程地质，［11］高文峰.POS辅助数码航空摄影测量测绘既有铁路精度分析［J］.铁道勘察，2015，41（1）：17-21.［12］韩自力.高速铁路隧道智能建造关键技术与发展趋势［J］.铁道建筑，2020，60（4）：9-16.［13］PHYOW，CHEONGYM，MYANMARKK，icalrockfacemappingandkinematicsanaly⁃sisfordrillandblastexcavation［C］//UndergroundSingapore，2014.2006（2）：50-54.［21］路刚.地质雷达在铁路隧道衬砌质量检测中的应用［J］.隧道建设（中英文），2012，32（4）：459-463.［22］樊甫胜.GSSI探地雷达在隧道衬砌检测中的解释处理研究［D］.成都：成都理工大学，2012.［23］赵勇，田四明，孙毅．中国高速铁路隧道的发展及规划［J］.隧道建设（中英文），2017，31（1）：16-22.［24］MARZOUKM，-badframe⁃AutomationinConstruction，2014，41：rmanagingperformanceofsubaystations［J］.［14］杨健民.基于全电脑多臂凿岩台车和湿喷机组的公路隧道施工工艺研究［D］.重庆：重庆交通大学，2014.［15］吕爱民.喷浆机器人的结构分析与优化［D］.青岛：山东科技大学，2005.［16］王志坚.郑万高铁隧道大断面机械化施工关键技术研究［J］.隧道建设（中英文），2018，38（8）：7-20.［17］刘绍堂，王果，潘洁晨.测量机器人隧道变形自动监测系统的研究进展［J］.测绘工程，2016，［18］刘治海.隧道激光三维扫描监控量测数据处理方法研究［J］.铁道建筑技术，2020（8）：145-148.25（10）：42-48.［25］洪开荣.我国隧道及地下工程近两年的发展与展望［J］.隧道建设（中英文），2017，37（2）：123-134.责任编辑李葳收稿日期2020-11-27WANGTongjun(ChinaStateRailwayGroupCoLtd,Beijing100844,China)Abstract:Thispaperclarifiestheconceptofintelligentconstructionofrailwaytunnels,expoundstherelationshipandtheirrespectivefunctionsamongintelligentequipment,intelligentperception,dataresources,intelligentdecisionsandintelligentmanagementandcontrolintheframeworkofintelligentconstruction,putsforwardtheconnotationsinthebasictheory,designmethod,technologicalmethod,standardproceduresandcollaborativemanagementcoveredintherearchandpracticeofintelligentconstruction,eraloverviewontheintelligentconstructiontechnologyofrailwaytunnelsaswellasthedevelopmentstatusinfouraspectsincludingbasictheory,surveyanddesign,construction,hnicalimprovementtrendofeachaspectandtheshort-termdevelopmentprospectupto2026areputforwardbadonthestudy,providingtds:railwaytunnel;intelligentconstruction;developmentstatus;constructiontechnology;keytechnology;improvementtrendCHINARAILWAY2020/12-9-

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