《交通運(yùn)輸科學(xué)技術(shù)新成果推廣目錄》（２０２1）第二部分—隧道工程篇《道路隧道服役安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與預(yù)防控制關(guān)鍵技術(shù)及裝備》

完成單位：招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司，同濟(jì)大學(xué)，西南交通大學(xué)，重慶市城投路橋管理有限公司，成都軌道交通集團(tuán)有限公司，廈門路橋工程投資發(fā)展有限公司，成都天佑智隧科技有限公司

主要完成人：丁浩，仇文革，丁文其，李科，張清照，章慧健，馬非，趙程，龔倫，江星宏，李政，林立華，茍明中，李文鋒，廖志鵬

項(xiàng)目簡(jiǎn)介

　　截至2021年，我國(guó)城市道路達(dá)56.9萬公里，大中城市路網(wǎng)密度超4.0km/km2，交通聚集、路擠車密。城市隧道作為路網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，暢通保障極為關(guān)鍵，加之寸土寸金環(huán)境復(fù)雜、近接多樣、輿論敏感，運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)防控要求高、難度大。鑒于此，《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》指明了“推動(dòng)大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、…等新技術(shù)與交通行業(yè)深度融合”、“推進(jìn)隧道工程…機(jī)械裝備研發(fā)”、“加強(qiáng)交通安全綜合治理”的戰(zhàn)略方向。

　　針對(duì)城市隧道交通、結(jié)構(gòu)與環(huán)境復(fù)雜條件，研發(fā)運(yùn)營(yíng)隧道風(fēng)險(xiǎn)在線獲取、智能評(píng)估、事前防控、快速診處的管控體系需求迫切、意義深遠(yuǎn)。然而，服役安全典型風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估智能化、自動(dòng)化與平臺(tái)化研發(fā)需要多學(xué)科多專業(yè)交叉融合、協(xié)同工作，研發(fā)投入大、周期長(zhǎng)、挑戰(zhàn)多，目前尚未形成成熟評(píng)估與防控理論、技術(shù)、裝備與平臺(tái)體系，具體表現(xiàn)如下：

　　服役安全典型風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法亟待完善：目前，以法國(guó)特征災(zāi)害調(diào)查法、荷蘭公路隧道情景分析法和挪威TUSI評(píng)價(jià)方法為代表的評(píng)價(jià)方法未能體現(xiàn)城市環(huán)境特性與交通流特征，結(jié)構(gòu)損傷量化評(píng)估理論準(zhǔn)尚未成形，環(huán)境影響分區(qū)突變，難以滿足城市隧道安全估評(píng)需求。

　　交通參數(shù)與結(jié)構(gòu)損傷在線感知裝備缺失：交通感知方面，已研發(fā)的車輛識(shí)別系統(tǒng)主要針對(duì)“兩客一危”重點(diǎn)對(duì)象的區(qū)域監(jiān)測(cè)，無法實(shí)現(xiàn)車輛運(yùn)行狀態(tài)的快速辨別與智能跟蹤。結(jié)構(gòu)損傷感知方面，既有產(chǎn)品主要針對(duì)定期檢測(cè)，無拱墻結(jié)構(gòu)多病害巡檢與仰拱結(jié)構(gòu)無損檢測(cè)裝備，無針對(duì)性成套智能識(shí)別算法

　　高效快速可靠的風(fēng)險(xiǎn)防控技術(shù)能力不足：為保障城市隧道交通順暢，結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)多要集中在交流量較小的深夜短時(shí)間天窗期內(nèi)處置，傳統(tǒng)套拱、換拱作業(yè)方式封道時(shí)間長(zhǎng)、處治效率低，難以滿足城市隧道運(yùn)營(yíng)處治需求。微創(chuàng)修繕、裝配式處治發(fā)展較晚，計(jì)算理論與應(yīng)用效果等方面的研究嚴(yán)重不足。

　　服役安全風(fēng)險(xiǎn)防控集成平臺(tái)研發(fā)滯后：國(guó)內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)防控平臺(tái)主要針對(duì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)和機(jī)電設(shè)備，缺乏對(duì)隧道運(yùn)營(yíng)安全風(fēng)險(xiǎn)防控平臺(tái)。平臺(tái)數(shù)據(jù)多來源于監(jiān)、檢測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)于國(guó)內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和第三方天氣、交通數(shù)據(jù)，抓取利用較少，未形成交通-結(jié)構(gòu)-環(huán)境種類齊全的城市隧道運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)庫(kù)。

　　著眼于城市隧道風(fēng)險(xiǎn)感知、智能估評(píng)和高效處治的安全保障全鏈條技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與管控核心技術(shù)與平臺(tái)裝備的新突破，構(gòu)建我國(guó)“快速、低影響、高可靠”的城市隧道運(yùn)維安全保障技術(shù)與裝備體系。通過示范應(yīng)用與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，顯著提升我國(guó)城市隧道的服役安全風(fēng)險(xiǎn)防范能力與管控技術(shù)水平。

　　研究成果已獲2021年度中國(guó)交通運(yùn)輸協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)1等獎(jiǎng)。

項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)

　　研究針對(duì)城市隧道人車交通流密集、周邊擾動(dòng)易發(fā)頻發(fā)、節(jié)點(diǎn)災(zāi)病加劇問題、社會(huì)影響成倍放大的服役安全典型風(fēng)險(xiǎn)特征，采用理論分析、數(shù)值模擬、室內(nèi)外試驗(yàn)和工程驗(yàn)證等多種研究手段，通過交通+機(jī)器視覺、人工智能多學(xué)科融合，解決了城市隧道服役安全典型風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論與防控關(guān)鍵技術(shù)難題，具體創(chuàng)新成果如下：

　　(1)建立了涵蓋交通-結(jié)構(gòu)-環(huán)境的城市隧道服役安全典型風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法體系

　　針對(duì)城市隧道人車交通流密集、周邊擾動(dòng)易發(fā)頻發(fā)、節(jié)點(diǎn)災(zāi)病加劇城市問題、社會(huì)影響成倍放大的服役安全風(fēng)險(xiǎn)特征，建立了雙因素評(píng)價(jià)模型、基于強(qiáng)度折減法的近接隧道環(huán)境安全影響分區(qū)評(píng)價(jià)和隧道結(jié)構(gòu)損傷與服役安全評(píng)價(jià)理論和方法，形成了涵蓋交通-結(jié)構(gòu)-環(huán)境的城市隧道服役安全典型風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系。

　　(2)研發(fā)了基于人工智能的城市隧道交通參數(shù)與結(jié)構(gòu)損傷在線感知裝備體系

　　針對(duì)城市隧道密集交通與無擾無損檢監(jiān)測(cè)需求，基于圖像、面波等機(jī)器視覺方法，采用深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、多元圖像融合方法、基于貝葉斯統(tǒng)計(jì)理論的MCMC機(jī)器學(xué)習(xí)反演程序等人工智能方法，研發(fā)了運(yùn)營(yíng)隧道交通識(shí)別與定位跟蹤裝備、運(yùn)營(yíng)隧道拱墻結(jié)構(gòu)損傷巡檢機(jī)器人、運(yùn)營(yíng)隧道仰拱結(jié)構(gòu)無損檢測(cè)機(jī)器人等智能裝備，實(shí)現(xiàn)了城市隧道交通狀態(tài)與結(jié)構(gòu)損傷安全風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)時(shí)在線智能感知。

　　(3)構(gòu)建了集預(yù)防-控制-修復(fù)一體的城市隧道服役安全風(fēng)險(xiǎn)多級(jí)微擾防控技術(shù)體系

　　針對(duì)城市隧道周期性密集交通處治時(shí)效性與可靠性需求，結(jié)合不同安全風(fēng)險(xiǎn)程度防控目標(biāo)差異，提出預(yù)防護(hù)、創(chuàng)微修繕、快速修復(fù)不同等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)控制目標(biāo)，研發(fā)了城市隧道結(jié)構(gòu)損傷短錨微創(chuàng)修繕技術(shù)和城市隧道結(jié)構(gòu)病損波紋鋼快速修復(fù)技術(shù)，構(gòu)建了不同程度結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)防控體系。

　　(4)建立了自動(dòng)更新、動(dòng)態(tài)評(píng)估與系統(tǒng)典型的城市隧道服役安全風(fēng)險(xiǎn)防控集成平臺(tái)

　　針對(duì)城市隧道服役安全典型風(fēng)險(xiǎn)全過程管控難題，基于網(wǎng)絡(luò)爬蟲技術(shù)自動(dòng)更新的風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)庫(kù)、宏觀信息與單體狀態(tài)融合的城市隧道運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)庫(kù)、從局部到整體的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系，建立了涵蓋隧道運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)防控系統(tǒng)、隧道周邊鄰近擾動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)防控系統(tǒng)與隧道結(jié)構(gòu)損傷安全風(fēng)險(xiǎn)防控系統(tǒng)的城市隧道服役安全風(fēng)險(xiǎn)集成防控平臺(tái)。

應(yīng)用案例

　　項(xiàng)目成果在重慶劉家臺(tái)隧道、曾家?guī)r隧道、石黃隧道、千廝門隧道和北碚隧道，鄭州市市民大道綜合管廊近距離下穿凱旋路工程，廈門市第二西通道（海滄隧道）工程，成都市地鐵區(qū)間隧道下穿既有鐵路、既有軌道等多地多個(gè)隧道與地下工程項(xiàng)目中取得應(yīng)用，解決了城市隧道風(fēng)險(xiǎn)防控難題，經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益顯著，具體工程應(yīng)用情況如下。

　　該項(xiàng)目形成的各項(xiàng)研究成果均已成功轉(zhuǎn)化落地，部分成果達(dá)到了商業(yè)化應(yīng)用程度，具備在城市隧道工程管養(yǎng)中推廣應(yīng)用的基礎(chǔ)。研究成果的應(yīng)用范圍涵蓋了城市市政、軌道交通等隧道的智能感知、可靠評(píng)估、微擾防控與品質(zhì)提升等。研究成果既可在其它城市隧道工程運(yùn)營(yíng)中按需選用也可在整個(gè)隧道管養(yǎng)過程中系統(tǒng)采用。隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，城市隧道的運(yùn)營(yíng)規(guī)模巨大，研究成果應(yīng)用前景廣闊。

社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益

　　本項(xiàng)目聚焦隧道數(shù)字化、智能化管養(yǎng)技術(shù)提升，通過系統(tǒng)技術(shù)攻關(guān)，建立了涵蓋交通-結(jié)構(gòu)-環(huán)境的城市隧道服役安全典型風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論體系，研發(fā)了車輛感知、定位與跟蹤裝備、拱墻與仰拱智能檢測(cè)裝備，構(gòu)建了集預(yù)防-控制-修復(fù)一體的微擾防控技術(shù)體系，建立了自動(dòng)更新、動(dòng)態(tài)評(píng)估與系統(tǒng)典型的城市隧道服役安全風(fēng)險(xiǎn)防控集成平臺(tái)。通過對(duì)隧道運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)的在線辨識(shí)、動(dòng)態(tài)評(píng)估和預(yù)警、微擾預(yù)防控等方法實(shí)現(xiàn)了城市隧道襯砌結(jié)構(gòu)、外部環(huán)境和運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)的智能管控，為我國(guó)城市隧道的安全運(yùn)營(yíng)和交通功能的有效發(fā)揮提供有力保障，提升城市隧道服務(wù)水平與品質(zhì)，促進(jìn)隧道韌性運(yùn)維、防災(zāi)減災(zāi)、智能檢監(jiān)測(cè)等防災(zāi)減災(zāi)新材料、新技術(shù)、新產(chǎn)品等相關(guān)學(xué)科發(fā)展，推動(dòng)城市隧道韌性建設(shè)與管養(yǎng)技術(shù)進(jìn)步。