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基於數字孿生的盾構軸數字盾構 智享未來—基於數字孿生的盾構軸，地鐵作為城市現代化交通體系中的重要角色，其在中國的建設進程正在不斷深入加速。 2010 年世界城市地鐵里程排行前十名中，中國僅 4 座城市上榜，然而在 10 年後的今天，前十名中國占據 7 座，上海地鐵以 738 公里的運營里程居世界第一。不僅如此，2020 年中國各城市地鐵規劃目標顯示，在今後的十年甚至更長時間裡，中國各城市的地鐵將處於高速建設狀態。到 2035 年，北京、上海、廣州等 12 座城市的地鐵建成里程數將超過 900 公里，成都、重慶、瀋陽等 9 座城市的規劃里程也將超過 500 公里……在未來的幾十年中，

簡介

世界地鐵通車裡程排名前十的城市將被中國霸榜，前 30 的城市中國將達 20 余個。

在如此龐大的地下城市交通系統中，盾構機作為地下城市的「穿山甲」，是城市地鐵施工建設過程中必不可少的重要施工設備。盾構機，是一種使用盾構法進行作業的隧道掘進機。其基本工作過程是在作業區域內盾構機的圓柱體鋼組件沿隧洞軸線對土壤進行挖掘。盾構機憑藉快速、方便、安全的優勢廣泛應用於鐵路、公路、地鐵及市政建設。

然而在 20世紀 90 年代末，我國盾構機技術不甚成熟，嚴重依賴外國技術和設備的進口。在充分認識到「洋盾構」不能長久依賴和自主掌握核心技術的重要性後，我國積極組織科研隊伍，集中攻克難題，在 2008 年擁有了首台自主知識產權的盾構機——「中國中鐵1 號」，並大範圍的投產應用。

但是盾構機投產應用的 10 餘年來，盾構施工作業仍然存在諸多問題和痛點，其中盾構機的軸線偏離問題與盾構機的超挖問題尤其突出。這些問題造成的事故不在少數， 2013-2017 年共發生了 322 起地鐵安全事故，2018-2019 年發生地鐵安全事故超過 10 起，廣州、寧波等多地都曾因盾構機軸線偏離等問題發生多起大面積坍塌現象，並造成了嚴重的人員傷亡。由此可見，在國家着力建設地鐵的大背景下，盾構機技術的升級和改造，盾構機軸線偏離問題的解決成為亟待研討的問題。

內容和技術

多年來，在盾構機參與施工的工程項目中，盾構機軸線偏離及其所帶來的一系列危險事故一直困擾着施工隊伍和工程專家。如何精準的預測盾構機軸線偏離方向、如何及時的控制盾構的行進路線，是行業內急需解決的問題。一個實時準確的盾構機糾偏平台對於盾構施工的重要性不言而喻。針對於以上問題，我們提出了「數字盾構，智享未來——基於數字孿生的盾構軸線糾偏平台」。

該平台基於數字孿生理論，針對盾構施工建立雲端大數據平台，實時跟蹤盾構機工作狀態，應用機器學習算法建立預測模型，針對盾構軸線偏離狀況及時給出預警和控制措施，為施工隊伍提供決策支撐。本平台模型完整、分析精準、預警及時，可快速部署進入盾構施工系統。

該項目平台在盾構施工中的應用，將極大提高盾構機工作效率及其施工的安全性，同時也將對全國範圍內正加速建設的軌道交通系統形成強大的推動力。目前，該項目是我國首個盾構實時糾偏平台，掌握極高的技術話語權，並通過逐步開展的建設應用證實了平台的實用性與可靠性。我們的目標在於持續優化平台核心技術，全面發展平台應用範圍，將真技術應用於真建設，用嚴謹科學務實的態度詮釋平台發展的未來。

市場前景

（1）、市場定位

我們設計的平台服務於盾構機的生產設計和盾構機的施工建設環節，針對盾構運行軸線提供實時的數據建模和分析服務，目前該服務在市場上具有較強的不可替代性和較高的專業話語權。該平台所提供服務的主要受眾為盾構機生產商和地鐵建設施工項目。目前，我們已跟中鐵一局簽訂長期合同，長遠目標則是將市場從陝西省推廣至全國，根據各地不同的地鐵施工需求和差異化的土地環境，提供更因地制宜的服務。

（2）、市場規模

2010 年至 2017 年，軌道建設工程量以每年約 17%的速度增長，伴隨着國內地鐵總里程數的急速擴張，用戶對盾構機的使用需求也不斷加大。目前在世界範圍內，我國已經形成了規模最大、發展最快的軌道交通建設市場，同時也是盾構機需求最大的市場。在盾構機需求量直線上升的市場環境下，為了保證盾構施工與作業的安全性，市場對於盾構機軸線糾偏平台的需求將得到進一步提高。

（3）、市場環境

在中國地鐵領域內發生的各種事故中，由於地鐵施工路線選擇不當盾構機軸線偏離導致的地鐵安全事故占比高達 39%。事故造成問題包括人員傷亡、直接財產損失、工期延滯、交通問題越發嚴重等等。保守估計，僅一件事故就可造成不低於五百萬的經濟損失。在當前市場環境下，盾構機技術的不斷改造升級是必然要求，尤其是在盾構機軸線偏離的問題上，因此，我們構建的盾構機軸線糾偏平台十分切合如今的市場環境。

（4）、市場預測

當下，數字技術引領社會生產體系的發展趨勢，結合數字孿生思想構建的盾構施工模型一來解決地鐵施工建設安全問題，二來大力助推地鐵建設行業迅猛發展。到 2022 年底，全國鐵路固定資產投資將達 8300 億元，其中包括城市軌道交通建設（主要是地鐵建設）2000億元。隨着全國地鐵施工建設需要不斷上升，地鐵線路設計和施工監測市場規模也將會有非常迅速的增長。