3D打印|智能机器人当家——颠覆传统隧道建设的新方式( 二 ) 智能机器人

将收集到的岩心样本补充到地质测绘图和现有的钻孔数据等常用信息中。并且，沿钻孔方向运行专有的3D探地雷达(GPR)系统，可以收集更多的数据。地震、地质断层扫描和热成像数据也可以在必要时结合到一起，以增强数字模型的可视化潜能。
这样操作的结果是，可以详细了解是否存在或何处存在地质变化、裂缝、空隙、水等特征，这对于在隧道建设过程中遇到特殊的地面条件时，能够快速洞察和做出判断。
根据GPR系统得到隧道和周围地质信息之后，将其导入完全参数化的3D数字模型中，并使用虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术，通过数字孪生在计算机屏幕上实现虚拟漫游，检查隧道环境中的关键特征。
依靠数字孪生来定义和指导隧道建设，每一个步骤都像是在模拟一级方程式赛车运动那样，但数字孪生在隧道建设中的应用还处于起步阶段。 “创建一辆F1赛车的数字孪生需要汇集众多的数字孪生，每一个数字孪生代表车辆的一个离散部件，例如发动机、底盘和车身。每一个零件通常由不同的供应商开发。这种将各方之间能够完美协调所需的流程可以借鉴到隧道施工中，以便无缝地构建出建筑物、隧道或结构的数字孪生，避免花费不必要的时间和金钱。 ”Patrick Lane Nott解释道。
数字孪生还可以用于准备阶段时进行隧道的定制化设计。使用人工智能及机器学习技术，将隧道路线上每一毫米的地质情况进行深度学习，然后匹配出最稳定的岩土力学信息，便于后续的隧道开挖建设。
准备阶段的最后一步是定义隧道剖面，需要在隧道外围钻一系列HDD施工孔（通常大约有24～40个），用来定义隧道尺寸和施工临时工作空间。初始孔道中埋的电线所产生的磁场，可以精准地确定这些施工孔的位置。当然，这些施工孔还可以继续用来收集更多的地质信息，并添加到数字孪生中。
当所有这些都完成后，测试钻孔管就可以由称为“HyperBots”的机器人进行填充，以便在施工阶段用作隧道的骨架。

构建阶段——超级机器人实现精准施工
在建设阶段，将半自主的HyperBot机器人送入到有衬砌的施工孔中，可以完成许多任务，例如钻孔、放置弃土和复合建筑材料。当然，这种机器人在其他行业中还可以完成例如仓库拣选和包装、桥梁建设、管道维修等。
隧道中的HyperBot机器人还能够进行腔体切割、微深度混合水泥、腔体抽真空和更换、清洁、消耗品交付和进一步的数据收集。然而，尽管它们具有多功能性，但机器人并不复杂或昂贵，并且可以从一个项目重复使用到下一个项目。
隧道的结构外壳是通过将超级机器人送入每个孔中来建造的，它们在孔中使用与3D打印原理相同的3D增材制造（Additive Manufacturing）技术。
每个施工孔中可以部署多个超级机器人，它们在孔道中可以相互避让，自由移动。通过使用HyperSwarm技术，数百甚至数千个超级机器人可以在不同的位置同时工作，从而产生极高的生产率。超级机器人根据人工智能创建的施工计划进行调度、监控和协调，该计划提供所有关键的施工数据，如材料强度、化学品的体积和位置。
当隧道的结构外壳完成后，就到了该破坏壳内未经处理的岩土的时候了。作为此过程的第一步，需要对原始的索引孔进行扩孔，以促进弃土的坍塌脱落。然后用最适合土体条件的技术进一步清除弃土，例如可以参照水力压裂技术，用射孔枪来实现。对于坚硬的土体可以安装定向的聚能炸药，也可以通过水力或声波压裂。这样做的好处是可以为下一阶段的掘洞工作提供便利。