《交通运输科学技术新成果推广目录》（２０２1）第二部分—隧道工程篇《道路隧道服役安全风险评估与预防控制关键技术及装备》

完成单位：招商局重庆交通科研设计院有限公司，同济大学，西南交通大学，重庆市城投路桥管理有限公司，成都轨道交通集团有限公司，厦门路桥工程投资发展有限公司，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，张清照，章慧健，马非，赵程，龚伦，江星宏，李政，林立华，苟明中，李文锋，廖志鹏

项目简介

　　截至2021年，我国城市道路达56.9万公里，大中城市路网密度超4.0km/km2，交通聚集、路挤车密。城市隧道作为路网关键节点，畅通保障极为关键，加之寸土寸金环境复杂、近接多样、舆论敏感，运营风险防控要求高、难度大。鉴于此，《交通强国建设纲要》指明了“推动大数据、互联网、人工智能、…等新技术与交通行业深度融合”、“推进隧道工程…机械装备研发”、“加强交通安全综合治理”的战略方向。

　　针对城市隧道交通、结构与环境复杂条件，研发运营隧道风险在线获取、智能评估、事前防控、快速诊处的管控体系需求迫切、意义深远。然而，服役安全典型风险评估智能化、自动化与平台化研发需要多学科多专业交叉融合、协同工作，研发投入大、周期长、挑战多，目前尚未形成成熟评估与防控理论、技术、装备与平台体系，具体表现如下：

　　服役安全典型风险评估方法亟待完善：目前，以法国特征灾害调查法、荷兰公路隧道情景分析法和挪威TUSI评价方法为代表的评价方法未能体现城市环境特性与交通流特征，结构损伤量化评估理论准尚未成形，环境影响分区突变，难以满足城市隧道安全估评需求。

　　交通参数与结构损伤在线感知装备缺失：交通感知方面，已研发的车辆识别系统主要针对“两客一危”重点对象的区域监测，无法实现车辆运行状态的快速辨别与智能跟踪。结构损伤感知方面，既有产品主要针对定期检测，无拱墙结构多病害巡检与仰拱结构无损检测装备，无针对性成套智能识别算法

　　高效快速可靠的风险防控技术能力不足：为保障城市隧道交通顺畅，结构风险多要集中在交流量较小的深夜短时间天窗期内处置，传统套拱、换拱作业方式封道时间长、处治效率低，难以满足城市隧道运营处治需求。微创修缮、装配式处治发展较晚，计算理论与应用效果等方面的研究严重不足。

　　服役安全风险防控集成平台研发滞后：国内风险防控平台主要针对结构状态和机电设备，缺乏对隧道运营安全风险防控平台。平台数据多来源于监、检测数据，对于国内外网络数据和第三方天气、交通数据，抓取利用较少，未形成交通-结构-环境种类齐全的城市隧道运营数据库。

　　着眼于城市隧道风险感知、智能估评和高效处治的安全保障全链条技术体系，实现风险评估与管控核心技术与平台装备的新突破，构建我国“快速、低影响、高可靠”的城市隧道运维安全保障技术与装备体系。通过示范应用与行业标准，显著提升我国城市隧道的服役安全风险防范能力与管控技术水平。

　　研究成果已获2021年度中国交通运输协会科学技术奖1等奖。

项目创新点

　　研究针对城市隧道人车交通流密集、周边扰动易发频发、节点灾病加剧问题、社会影响成倍放大的服役安全典型风险特征，采用理论分析、数值模拟、室内外试验和工程验证等多种研究手段，通过交通+机器视觉、人工智能多学科融合，解决了城市隧道服役安全典型风险评估理论与防控关键技术难题，具体创新成果如下：

　　(1)建立了涵盖交通-结构-环境的城市隧道服役安全典型风险评估方法体系

　　针对城市隧道人车交通流密集、周边扰动易发频发、节点灾病加剧城市问题、社会影响成倍放大的服役安全风险特征，建立了双因素评价模型、基于强度折减法的近接隧道环境安全影响分区评价和隧道结构损伤与服役安全评价理论和方法，形成了涵盖交通-结构-环境的城市隧道服役安全典型风险评估体系。

　　(2)研发了基于人工智能的城市隧道交通参数与结构损伤在线感知装备体系

　　针对城市隧道密集交通与无扰无损检监测需求，基于图像、面波等机器视觉方法，采用深度卷积神经网络、多元图像融合方法、基于贝叶斯统计理论的MCMC机器学习反演程序等人工智能方法，研发了运营隧道交通识别与定位跟踪装备、运营隧道拱墙结构损伤巡检机器人、运营隧道仰拱结构无损检测机器人等智能装备，实现了城市隧道交通状态与结构损伤安全风险的实时在线智能感知。

　　(3)构建了集预防-控制-修复一体的城市隧道服役安全风险多级微扰防控技术体系

　　针对城市隧道周期性密集交通处治时效性与可靠性需求，结合不同安全风险程度防控目标差异，提出预防护、创微修缮、快速修复不同等级风险控制目标，研发了城市隧道结构损伤短锚微创修缮技术和城市隧道结构病损波纹钢快速修复技术，构建了不同程度结构风险防控体系。

　　(4)建立了自动更新、动态评估与系统典型的城市隧道服役安全风险防控集成平台

　　针对城市隧道服役安全典型风险全过程管控难题，基于网络爬虫技术自动更新的风险知识库、宏观信息与单体状态融合的城市隧道运营数据库、从局部到整体的风险评估体系，建立了涵盖隧道运行风险实时防控系统、隧道周边邻近扰动风险防控系统与隧道结构损伤安全风险防控系统的城市隧道服役安全风险集成防控平台。

应用案例

　　项目成果在重庆刘家台隧道、曾家岩隧道、石黄隧道、千厮门隧道和北碚隧道，郑州市市民大道综合管廊近距离下穿凯旋路工程，厦门市第二西通道（海沧隧道）工程，成都市地铁区间隧道下穿既有铁路、既有轨道等多地多个隧道与地下工程项目中取得应用，解决了城市隧道风险防控难题，经济与社会效益显著，具体工程应用情况如下。

　　该项目形成的各项研究成果均已成功转化落地，部分成果达到了商业化应用程度，具备在城市隧道工程管养中推广应用的基础。研究成果的应用范围涵盖了城市市政、轨道交通等隧道的智能感知、可靠评估、微扰防控与品质提升等。研究成果既可在其它城市隧道工程运营中按需选用也可在整个隧道管养过程中系统采用。随着我国城市化进程的加快，城市隧道的运营规模巨大，研究成果应用前景广阔。

社会效益与经济效益

　　本项目聚焦隧道数字化、智能化管养技术提升，通过系统技术攻关，建立了涵盖交通-结构-环境的城市隧道服役安全典型风险评估理论体系，研发了车辆感知、定位与跟踪装备、拱墙与仰拱智能检测装备，构建了集预防-控制-修复一体的微扰防控技术体系，建立了自动更新、动态评估与系统典型的城市隧道服役安全风险防控集成平台。通过对隧道运营风险的在线辨识、动态评估和预警、微扰预防控等方法实现了城市隧道衬砌结构、外部环境和运营风险的智能管控，为我国城市隧道的安全运营和交通功能的有效发挥提供有力保障，提升城市隧道服务水平与品质，促进隧道韧性运维、防灾减灾、智能检监测等防灾减灾新材料、新技术、新产品等相关学科发展，推动城市隧道韧性建设与管养技术进步。