近日，2023年度天津市科技獎(jiǎng)評(píng)選結(jié)果出爐，來(lái)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(duì)完成的 “盾構(gòu)拼裝機(jī)光電融合感知自動(dòng)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(jiǎng)。

在隧道工程中，盾構(gòu)機(jī)拼裝性能直接關(guān)系到施工安全和隧道質(zhì)量，針對(duì)盾構(gòu)施工中管片姿態(tài)解析、管片精準(zhǔn)定位、拼裝機(jī)運(yùn)動(dòng)精確控制的現(xiàn)實(shí)需求和瓶頸問(wèn)題，由天津大學(xué)、天津求實(shí)飛博科技有限公司、中交天和機(jī)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(kāi)發(fā)了盾構(gòu)拼裝機(jī)光電融合感知自動(dòng)拼裝關(guān)鍵技術(shù)。

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

從科研項(xiàng)目到技術(shù)實(shí)際落地應(yīng)用，并產(chǎn)生效益，這個(gè)過(guò)程并不容易。團(tuán)隊(duì)成員最初用一年多時(shí)間，解決了理論問(wèn)題，“實(shí)驗(yàn)室階段不算很難，我們最初目的很明確，就是要做好自動(dòng)拼裝，綜合考慮探測(cè)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(gè)方案。”王雙介紹說(shuō)。

但在實(shí)際應(yīng)用中，他們發(fā)現(xiàn)要解決的問(wèn)題，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建的模型。工程應(yīng)用階段非常困難，看起來(lái)是三維平面，但實(shí)際上拼裝機(jī)有6個(gè)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(lái)進(jìn)行精細(xì)化操作，工程難度上升，要求也非常高。

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過(guò)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(shí)間成本，又要考慮調(diào)試過(guò)程中不能造成碰撞危險(xiǎn)，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(shuō)，技術(shù)落地的過(guò)程，難度并不亞于從0到1的創(chuàng)造性過(guò)程。”

“在工程調(diào)試階段，比如調(diào)試車間驗(yàn)證好的參數(shù)，但現(xiàn)場(chǎng)一看，實(shí)際拼裝差距卻很大。”王雙說(shuō)，“最終我們修正原來(lái)的方法，結(jié)合拼裝機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(méi)有以往經(jīng)驗(yàn)方法可參考，在工程化過(guò)程中，一點(diǎn)點(diǎn)調(diào)試，經(jīng)過(guò)四五年時(shí)間，當(dāng)把“干不下去的難點(diǎn)”解決了，王雙與團(tuán)隊(duì)繼續(xù)考慮，如何讓盾構(gòu)自動(dòng)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(cè)問(wèn)題，比如主軸承異常故障檢測(cè)，希望實(shí)現(xiàn)更早期的預(yù)警。”王雙說(shuō)。

目前，項(xiàng)目技術(shù)已可以實(shí)現(xiàn)輔助和替代人工拼裝方式，作為盾構(gòu)機(jī)拼裝機(jī)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(xiàng)目中包括圖像、激光測(cè)距、光纖等技術(shù)應(yīng)用，項(xiàng)目已授權(quán)中國(guó)發(fā)明專利9項(xiàng)，實(shí)用新型專利2項(xiàng)。項(xiàng)目技術(shù)應(yīng)用在地鐵、鐵路、公路、市政管網(wǎng)、過(guò)江隧道、水電等國(guó)家重大工程領(lǐng)域十余項(xiàng)，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。