本帖最后由 张女士 于 2025-7-31 09:09 编辑
智能检测技术引领水下隧道运维新纪元
作者：宋嘉祺 文章来源：养护与管理公众号
引 言 近年来，中国隧道工程飞速发展，我国已成为世界上大型跨江水下隧道工程建设数量最多的国家。截至2023年底，中国共修建（含开工未建成）水下隧道333条。主要施工方法为盾构法、明挖法和沉管法，其中盾构法应用最多。
我国水下隧道按开工年份统计
相较于普通山岭隧道，特长水下隧道通常具有特殊的营运条件和复杂的结构体系，在运维工作上面临多重复杂挑战：
①特长水下隧道结构体系较复杂，主隧道与其他附属土建结构相结合，同时拥有数量庞大的机电设施设备，使得隧道管养工作量显著增大，养护需投入的人力及物力成本较高。
水下隧道隧道结构体系复杂
②采用盾构、沉管等多种工法建造的特长水下隧道通常具有特殊结构和构件，如沉管隧道的管节接头、盾构隧道管片接缝等，通常人工巡查不便于抵近，并且隧道烟道层、电缆廊道、车道下层等空间狭小，人员检测存在行走困难、效率低、安全风险高等问题。
水下隧道特殊构件、结构和构造
③运营期大交通量要求尽可能的缩短隧道养护时交通管制时间。
因此，传统人工养护方式已难以满足特长水下隧道的管养需求。智能巡检机器人与隧道检测车可在不封道的情况下完成作业，大幅降低人力成本；隧道智慧管养系统则将繁杂的养护数据集中数字化管理，实现一线养护人员的无纸化作业。以下将对这三类技术的应用进行详述。
PART.01
隧道巡检机器人的应用
隧道巡检机器人通常具备高性能的移动能力、自动导航系统以及多种传感器，能够在隧道内进行自动化巡检，是长大水下隧道智慧巡检发展的主要趋势。
根据机器人运动方式可分为轨道式、轮式、履带式。轨道式机器人多用于隧道行车孔巡检，轮式机器人多用于安全通道或机电设备用房巡查，履带式机器人则多用于进入排烟通道、电缆廊道等狭小空间巡视。
不同样式隧道巡检机器人示意图
通过对全国范围内隧道巡检机器人应用进行调研，轨道式机器人应用最为广泛，对部分典型案例进行介绍。
案例1 山东某高速公路隧道隧道智能巡检机器人
功能：土建病害识别、机电设备异常监测、环境监测报警等。
案例2 重庆市九龙坡区某特长城市隧道安装巡检机器人
功能：隧道日常巡检、结构检查，隧道交通状况的动态，应急事故快速响应。
案例3 济南黄河大道城市隧道部署隧道机器人
功能：隧道外观结构监测、设备红外测温、路况信息监控、噪音、火焰、有害气体监测。
案例4 山西吕梁某高速公路山岭隧道引入AI动态智能应急巡检机器人系统
功能：自主执行巡检任务、广播和双向语音对讲、实时监测环境变化、车辆及行人的状态、危险品泄漏、火灾、爆炸等并发出预警。
广东省某跨海隧道工程全长6.8公里，是世界首例双向八车道海底钢壳沉管隧道，位于珠江口东西两岸，连接深圳和中山两座重要城市。
集桥、岛、隧、水下互通于一体的跨海集群工程
作为一条超长海底沉管隧道，结构、环境、机电设备等系统分布广泛，水下高湿、高盐、高腐蚀环境对设备稳定性和长寿命提出更高要求，运维工作量巨大，传统人工巡检效率较低。
并且一旦发生事故，人员或车辆难以快速到达现场，应急处置难以满足秒级响应要求，为实现隧、桥、人工岛、调度中心、监控系统高度融合，实现跨系统协同应急，需借助智能巡检技术，因此在6.8 km的海底隧道段顶部轨道上部署了14台智能巡检机器人，平均每1.2 km一台，分别在隧道行车洞和中管廊中工作。
机器人不仅可实时巡视隧道内的各类设备安全，还可以在应急情况下，在3分钟内到达任意指定地点，通过气体检查、语音对讲指挥、红外高清识别等功能，对应急现场进行指挥和调度。
隧道智能巡检机器人功能一览
PART.02隧道智能检测车的应用
隧道智能检测车原理为利用车载面阵或线阵相机，在可见光或红外光照明设备的辅助下，高速移动过程中对隧道表面图像进行快速、连续、全覆盖采集，再通过配套软件对采集图片进行预处理、拼接、病害智能识别、人工复核等过程，最终获取隧道定期检查所需的病害清单、病害展布图等编制隧道定期检查报告所需的基础成果。
以国内某款公路隧道智能检测车为例，可实现隧道结构病害检查、隧道环境监测及隧道轮廓断面检测，检测速度可达80km/h，在高速公路亦可实现不封道作业，进行快速、无损、自动的数据采集，包括隧道结构病害数据、环境数据、变形数据以及设备状态数据。
隧道智能检测车设备构造图
隧道智能检测车主要包括隧道检测数据采集系统和隧道病害图像分析系统，集病害数据自动采集技术、病害图像自动拼接技术、病害自动识别技术、病害展布图和检测报告自动生成技术为一体。
江苏省某特长高速公路水下隧道，采用明挖堰筑法施工，全长10.79km。鉴于隧道体量庞大、结构外观检查效率低且封道作业难度大，我们在一次定期检查中引入了智能隧道检测车，对行车孔进行了外观检测。智能检测车仅用一天便完成了检测工作，而传统人工检查则需耗时 4 至 6 天。该技术不仅显著提升了检查效率，也大幅提高了外业作业的安全性。
隧道智能检测车现场检测照片
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]隧道智能检测车完成外业数据采集后采用配套的数据处理软件进行数据处理，根据隧道结构影像数据能够进行隧道衬砌、路面、内装饰、检修道到结构病害信息的识别提取，并通过图像拼接形成隧道展布图。
隧道智能检测车病害识别提取及展布图
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]通过对激光扫描数据的处理，获得隧道限界、三维点云模型等成果；隧道定检报告可定制模板，实现系统批量生成导出。相较于传统的人工检测数据成果，隧道智能检测车得到的成果更加丰富、直观、快捷。
隧道智能检测车检测数据成果
PART.03隧道智慧管养系统的应用
隧道智慧管养系统是一种集成大数据、人工智能和物联网技术的综合运营管理平台，主要面向隧道土建结构和机电设施的日常管理与养护。系统可接入智能巡检机器人、隧道检查车等巡检设备，联动获取结构和设施的检测数据；同时能与机电管控系统联通，实时掌握通风、照明、供电、消防等机电系统的运行状态；并结合结构健康监测数据，辅助开展隧道结构状况评估。
该系统的核心优势在于对管养活动的标准化归集与信息整合。通过统一的数据模型和编码体系，构件信息、病害记录、维养任务、历史档案等实现一体化管理，显著提升了管养工作的效率、精度和可追溯性。
南京某过江隧道为2008年开通运营的交通工程，采用“左汊盾构隧道+右汊桥梁”方案。隧道结构复杂，设计施工难度高，隧道内机电、交安等设施众多，隧道养护任务十分艰巨。因此结合隧道工程特点及管养工作实际需求，基于BIM、GIS、移动互联网等信息化技术新建一套管养信息系统很有必要。
南京某过江隧道结构示意图
系统利用BIM建模技术，对全长5.8公里的路桥隧结构和机电设施进行了数字模型化呈现和统一管理，并为每一个构件和设备进行标准化编码，并与云端数据库连接，实现了设计、施工、运营等各阶段信息的全面记录和调用。
基于标准化数据格式和记录，实现历史及实时管养数据在BIM模型上的展示和管理；实现隧道土建和机电的动静态信息查看、病害管理；实现了土建检查、渗漏水专项维养、机电检修等管养任务的发布、查看与管理等；实现了技术状况评定、文档管理等管养功能，提高了管养的效率和水平。 系统还能实现web端与移动端APP互通，实现了多方各部门的协同办公，大大减少了沟通的障碍，提高了管养效率。
隧道结构与设备设施BIM模型
总结与展望
如今，智能检测技术已在大型基础设施运营维护中发挥出显著作用，通过自动化采集与分析，显著减少人工巡检频次与人员暴露风险，提升运维效率与安全性；同时，它在降低人力成本、优化资源配置的基础上，有效缩短养护作业对交通的干扰，保障通行连续性与公共安全。
然而智能检测技术的应用推广仍面临诸多挑战：例如在部署初期往往需要结合隧道结构进行定制化设计，初期成本较高、复杂环境下的自主决策能力不足、多源数据融合与异常判断的准确性仍需提升等。
但随着技术标准的不断统一、模块化设计理念的发展以及巡检设备的国产化、低成本化，智能检测技术将更加通用、灵活，部署门槛将逐步降低；并且在人工智能、边缘计算、5G通信与新型传感器技术革新的助力下，智能检测技术将更加自主、智能与互联，必将推动隧道运维从“被动响应”走向“主动预测”，加速交通基础设施维护向更高效、环保和可持续的方向发展。
参考资料[1] 陈建芹, 冯晓燕, 魏怀. 中国水下隧道数据统计与分析(截至 2023 年底)[J]. [2] 吴建勋.公路隧道智能检测设备对比及应用效果分析[C]//中国公路学会,2024.013188.
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