为地铁隧道智慧化“体检”的年轻人 助地铁运营监测跑出“加速度”|每日视点

唐超至今都记得2016年在武汉进行隧道结构病害三维激光扫描系统研发的那段日子。当时，他忙完白天的活儿，在夜里地铁运营结束后还要钻进地铁隧道，开展测量、记录数据等工作。

那时，博士毕业的唐超刚入职北京城建勘测设计研究院有限责任公司（以下简称“北京城勘院”）两年。这所为修建北京地铁1号线而成立的设计院，是全国第一家从事地下铁道勘察、测绘的企业。

(相关资料图)

近年来，随着运营线路和运营里程的增加，地铁的运营监测越来越重要。据交通运输部数据，2023年4月，31个省（区、市）和新疆生产建设兵团共有54个城市开通运营城市轨道交通线路292条，运营里程9652.6公里，实际开行列车311万列次。

地铁建设期和运营期的隧道结构安全监测及智能检测装备集成研发，是唐超带领的城市智能感知与精密测量工程技术中心（又称“唐超创新工作室”）的研究方向。“随着城市的建设发展，地铁周边地上建筑物不断增多，很容易影响到地铁隧道的受力。我们的工作是通过监测手段对城市基础设施可能遭受的重大灾害进行预测和预警。”唐超说。

在北京城勘院，这支由12名成员组成、平均年龄33岁的青年团队，一直在为地铁运营安全监测的智能化、智慧化发展而努力，他们将传感器技术、计算机技术等运用于传统工程测量，助力地铁运营监测跑出“加速度”。

研发点子从实践中来

如果把地铁隧道看成一个圆筒，那传统的地铁运营监测则是在隧道里每隔40米测量一个截面，测绘人员拿着全站仪（用来测量某一点具体坐标的仪器——记者注）对截面上固定点进行坐标测量，通过多期对比分析隧道变形的趋势。

“如果截面上固定点的数据没有变化，一般就会认为这段隧道没有变化。”唐超说，这种测量方式忽略了两个截面之间可能发生的数据变化，隐藏着很大的安全风险。

虽然当时架站式三维激光扫描仪（一种以激光测距为原理的测量仪器——记者注）已经逐步应用在地铁隧道结构检测领域，但是连续架站造成的时间浪费和连续拼站造成的精度降低，使得这种检测方式很难在生产上大规模应用。

2016年，为了适应信息化、智能化的发展趋势，北京城勘院成立北京城建智慧工程院。作为新部门的一员，学测绘的唐超和另一名年纪更小的同事组成一个两人团队，开始进行隧道自动化检测方向的研究，这也是唐超创新工作室的雏形。

他们结合移动测量的优势，经过不断的努力，研发了移动式隧道结构病害三维激光扫描装备和技术。相较于常规测量单点采集的模式，它借助激光技术对隧道进行“实景复刻”，能快速获取被测对象表面的三维坐标数据及其他关键信息。“测量设备在隧道钢轨上跑一圈，就可以扫描出隧道整体的样子。”唐超表示，这是由无数点组成的连续数据，可以避免以前出现的测量盲区。

2017年，这项技术开始被运用到生产项目中。在对某地地铁进行运营监测的过程中，唐超的团队利用这项技术，成功检测到传统测量方法忽略的、位于两个截面之间的隧道顶板上一个17.8厘米的凹陷，而这个变形数值已远超预警限值。以此次隧道安全隐患被顺利排除为契机，他们的这项技术得以推广。

之后，他们又研发了亚毫米级隧道裂缝检测系统，可实现机器识别1毫米以下裂缝，还研发了钢轨病害检测系统和扣件病害检测系统。

2019年年底，唐超创新工作室联合武汉大学成功研发了全断面一体化隧道病害智能检测装备，它将移动三维激光扫描装置、地铁隧道高清相机装置、轨道道床表面检查装置、轨道扣件病害检查装置等集于一体。作为多位一体的应用于轨道交通隧道结构安全检测的移动测量设备，它解决了地铁安全测量长久以来“要素测全难、精确定位难、普查测快难”的问题，对隧道结构病害识别率达95%以上。

“以前仅测量隧道截面，3人一组测1个区间（地铁两站之间的距离，约1-2公里）就得两天。现在用机器，一晚上可以完成5个区间。”唐超表示，这个设备跑一趟，可将隧道结构的、表观的、扣件的、钢轨的数据都采集回来，能解决地铁运营中最常见的问题，剩下的工作可以在电脑上完成。

目前，唐超创新工作室已经形成在生产中发现问题、到科研中去解决问题、再用解决方案到市场上去找新项目的良性运营模式。

校企合作，解决核心难题

回忆起研发初期的情形，唐超表示压力很大、很难。但幸运的是，当时已有一些高校的科研团队进行了相关研究。于是，他们一边去请教院士、专家，一边找相关的科研团队进行协作。最终，他们选择与武汉大学龚健雅院士、毛庆洲教授团队合作进行攻关。

“武汉大学的测绘专业很厉害，能给我们提供解决问题的基础研究支持。”唐超提到，并不是有了基础研究，问题就迎刃而解，还需要不断去尝试、修改。所以，唐超和团队成员经常在隧道里一待就是三四个小时，“如果获得的数据不一致，就要从各种可能存在的问题上找原因，再去解决，这个实验是反反复复的”。

随着双方合作的深入，2019年3月，北京城勘院和龚健雅院士、毛庆洲教授团队正式组建城市智能感知与精密测量工程中心。同年，唐超工作室进行的全断面一体化隧道病害智能检测装备研发遇到了更关键、棘手的问题：它需要将3类传感器汇集到一个设备上，但这3类传感器无法实现时空同步。

唐超解释说，每台传感器所记录的时间、空间要一致，才能保证所有数据计算时的可靠性，其中涉及的知识更综合、复杂。

对此，武汉大学为唐超团队提供了相关基础理论的支持，进而实现了数据的时空同步。这对设备的成功研发起到了重要作用。

谈起合作经验，唐超说，企业主要是搞生产，没那么多基础研究，高校恰恰能弥补企业这方面的不足。通过校企合作进行技术成果转化，是值得持续做好的事情。

为青年提供开阔的发展空间

做设备需要很多跨学科知识，多专业领域的人才支撑尤为重要。如今，唐超工作室的12名成员来自测绘、机电、结构、地理信息等多个相关专业。

其中，1991年出生的徐鹏宇年纪最小，她的主要工作内容是处理隧道现场三维激光扫描后传回的点云数据。最近，她正在做武汉地铁的项目，拿到手的测量数据就有50G左右，“每天一睁眼迎接我的就是一堆Excel表”。不过面对庞大的数据量，她已逐渐找到了自己的工作节奏。

在团队里，大家会经常围绕专业上的问题提出各自的想法，并在实践中检验。比如，偏向于结构研究的项目经理王晓静，针对大跨度钢结构变形，通过学习、钻研，提出了一种钢结构施工过程中空间位形定量判断的方法，完善了国内该领域的研究。

“我在这里可以充分发挥自己的作用，领导特别支持个人的发展提升。”团队里的一名年轻人说，有一次她准备参加一个职业技能考试，唐超知道后特意给她放了一周假，让她专心备考。

唐超将部门定义为一个应用研究型单位，他也在不断思考自己和团队成员的职业发展。他觉得，只有不断创新，善于用新技术解决新的问题，才能为团队争取到更多的发展空间和机会，让年轻人发展得更好。

现在，他们的技术已经在北京、武汉、苏州、长春、南宁、哈尔滨等多地地铁项目中落地。虽然这群年轻人在做的只是轨道交通细分领域一个很小的点，但唐超说，他们会一如既往地踏实做下去。

中青报·中青网见习记者 王喆 来源：中国青年报