數(shù)字化轉型浪潮中，隧道的建設和運維也在經(jīng)歷著一次數(shù)字化蝶變。

如今，來自英國的創(chuàng)業(yè)公司hyperTunnel正在通過將數(shù)字孿生與AI、機器人和集群智能技術相結合，從測量、施工、挖掘、監(jiān)控乃至維護等各個階段提升隧道挖掘及使用的執(zhí)行效率，這一舉措顛覆了過去130年里幾乎沒有什么變化的地下隧道施工方法。

hyperTunnel成立于2018年，已經(jīng)擁有40名員工和一支高素質領導團隊，最近剛剛從歐洲創(chuàng)新委員會（EIC）加速器計劃中獲得了180萬歐元融資。

作為英國鐵路網(wǎng)公司的CEO，hyperTunnel董事長Mark Carne CBE同時還在負責監(jiān)管總值150億英鎊的基礎設施改善項目。

消除不確定性

在傳統(tǒng)地下施工流程中，種種不確定性因素往往導致效率低下、成本超支和工期延誤。而一切問題的源頭，就是施工方只能零散把握地質結構的各種特性。

地質樣本通常每500米采集一次，通過垂直鉆孔向下深探。然而，500米間距內(nèi)的地質、裂隙、地縫與水體分布可能發(fā)生重大變化，進而令項目面臨難以預測的意外風險。

在hyperTunnel的施工方法中，施工方會先安裝大量管路，再沿隧道路徑的中央進行平行鉆孔以采集巖心樣本。

半自動機器人會沿著這些鉆孔前進，以數(shù)字方式測量地質條件，并沿整個隧道路徑采集地質巖心樣本。

接下來就是圍繞結構邊界安裝更多管路，形成隧道輪廓。

如此一來，施工人員即可通過探地雷達（GPR）以及地震、層析成像與熱成像技術進行數(shù)據(jù)收集，并能夠將數(shù)據(jù)同GPR合并進行網(wǎng)格化處理，最終建立起可視化3D模型。

利用這些數(shù)據(jù)，即可為隧道及周邊地形創(chuàng)建數(shù)字孿生，從而為隧道擬議路徑建立起前所未有的、完整且附帶豐富數(shù)據(jù)的可視圖像。

這套詳盡的數(shù)字孿生模型可以通過計算機屏幕以高分辨率虛擬現(xiàn)實（VR）的形式呈現(xiàn)。再配合增強現(xiàn)實（AR）技術，距離隧道數(shù)千公里以外的會議室也能隨時查看內(nèi)部情況，觀察結構條件及周邊地質的實時數(shù)據(jù)。

VR技術還可用于培訓操作員，降低學習任務的成本和風險。數(shù)字孿生也可用于模擬極端場景，例如隧道在經(jīng)歷極端溫度或大風期間可能發(fā)生的情況，甚至模擬百年一遇的風暴、山體滑坡或地震等劇烈沖擊。

施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)庫

從隧道準備到施工，數(shù)字孿生繼續(xù)扮演建設流程中的核心。到這一步，機器人會被送入帶有襯砌的建筑孔內(nèi)以執(zhí)行切割和鉆孔作業(yè)，并通過增材制造部署復合建筑材料，以3D打印的形式建造地下隧道。

數(shù)字孿生還與AI協(xié)同工作，制定施工計劃。這也為hyperBots提供了關鍵數(shù)據(jù)，例如材料強度、化學原料用量和施工位置等。

利用智能集群技術，成百上千臺機器人能夠沿隧道的所有路徑同時工作，且相互穿行、自由移動。

由于能夠在隧道內(nèi)持續(xù)工作（而不像現(xiàn)有方法那樣每次只開辟一到兩個工作面），整個生產(chǎn)效率將得到飛躍。無論結構長度為500米還是5000米，只要部署了充足的施工機器人，整個隧道都能同時開展建造。

隨后，結構內(nèi)未經(jīng)處理的地質部分將被破壞分解，再通過遙控拖拉機清除出去。施工完成后，數(shù)字孿生將作為施工和地質細節(jié)的"唯一事實"數(shù)據(jù)庫、上報隧道健康狀況，借此加強資產(chǎn)管理與維護能力。

通過VR與AR，工程師們不僅能夠查看隧道的施工情況和周圍環(huán)境，還能看到線纜等隱藏工程設施的確切位置，大大縮短地質及公共事業(yè)調查周期、加快后續(xù)工作進度。

與英國鐵路網(wǎng)公司合作

hyperTunnel的首批委托主要涉及維修工作，負責解決隧道進水等問題，之后再逐步實驗建設項目。該公司去年拿下了英國鐵路網(wǎng)公司的維修合同，覆蓋其約650條維多利亞時代修建的鐵路隧道基礎設施。

今年10月，hyperTunnel展示了全球首個完全由機器人建設的地下結構。該結構位于公司在北漢普郡唐斯的研發(fā)中心。這是一條長6米、高2米、寬2米的Peak XV人行隧道，施工要求就來自與英國鐵路網(wǎng)公司的合作項目。

英國鐵路網(wǎng)公司網(wǎng)絡技術負責人（采礦與隧道）David Castlo表示，"我們一直在尋求新的隧道擴大或修復方法，希望縮短因隧道維改造成的停運周期。Peak XV讓我們離這個目標又損害了一步，而且更重要的是，這是一種能夠大大降低員工安全風險的施工方法。"

數(shù)字孿生的巨大潛力

hyperTunnel方法及其使用的數(shù)字孿生技術，還能夠在交叉通道、公共設施及停車場等其他地下結構中使用。其應用范圍極為廣泛，涵蓋止水、邊坡穩(wěn)定、大壩固定、危險廢物圍堵和地下資產(chǎn)監(jiān)控等領域。

更重要的是，這種方法甚至能夠將隧道的建造速度提升至10倍以上，而成本則削減至原先的二分之一。

這也將讓以往不具成本可能性的項目變得可行且可持續(xù)。

隨著全球人口的不斷增長，各國對于地下交通及公共事業(yè)設施的需求也在持續(xù)提升。再考慮到數(shù)以萬計需要維護的現(xiàn)有隧道，hyperTunnel數(shù)字孿生方案的效率與成本優(yōu)勢無疑顯得格外寶貴。