唐超至今都記得2016年在武漢進行隧道結(jié)構(gòu)病害三維激光掃描系統(tǒng)研發(fā)的那段日子。當時，他忙完白天的活兒，在夜里地鐵運營結(jié)束后還要鉆進地鐵隧道，開展測量、記錄數(shù)據(jù)等工作。

　　那時，博士畢業(yè)的唐超剛?cè)肼毐本┏墙睖y設(shè)計研究院有限責(zé)任公司（以下簡稱“北京城勘院”）兩年。這所為修建北京地鐵1號線而成立的設(shè)計院，是全國第一家從事地下鐵道勘察、測繪的企業(yè)。

　　近年來，隨著運營線路和運營里程的增加，地鐵的運營監(jiān)測越來越重要。據(jù)交通運輸部數(shù)據(jù)，2023年4月，31個省（區(qū)、市）和新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團共有54個城市開通運營城市軌道交通線路292條，運營里程9652.6公里，實際開行列車311萬列次。

　　地鐵建設(shè)期和運營期的隧道結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測及智能檢測裝備集成研發(fā)，是唐超帶領(lǐng)的城市智能感知與精密測量工程技術(shù)中心（又稱“唐超創(chuàng)新工作室”）的研究方向。“隨著城市的建設(shè)發(fā)展，地鐵周邊地上建筑物不斷增多，很容易影響到地鐵隧道的受力。我們的工作是通過監(jiān)測手段對城市基礎(chǔ)設(shè)施可能遭受的重大災(zāi)害進行預(yù)測和預(yù)警。”唐超說。

　　在北京城勘院，這支由12名成員組成、平均年齡33歲的青年團隊，一直在為地鐵運營安全監(jiān)測的智能化、智慧化發(fā)展而努力，他們將傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)等運用于傳統(tǒng)工程測量，助力地鐵運營監(jiān)測跑出“加速度”。

　　研發(fā)點子從實踐中來

　　如果把地鐵隧道看成一個圓筒，那傳統(tǒng)的地鐵運營監(jiān)測則是在隧道里每隔40米測量一個截面，測繪人員拿著全站儀（用來測量某一點具體坐標的儀器——記者注）對截面上固定點進行坐標測量，通過多期對比分析隧道變形的趨勢。

　　“如果截面上固定點的數(shù)據(jù)沒有變化，一般就會認為這段隧道沒有變化。”唐超說，這種測量方式忽略了兩個截面之間可能發(fā)生的數(shù)據(jù)變化，隱藏著很大的安全風(fēng)險。

　　雖然當時架站式三維激光掃描儀（一種以激光測距為原理的測量儀器——記者注）已經(jīng)逐步應(yīng)用在地鐵隧道結(jié)構(gòu)檢測領(lǐng)域，但是連續(xù)架站造成的時間浪費和連續(xù)拼站造成的精度降低，使得這種檢測方式很難在生產(chǎn)上大規(guī)模應(yīng)用。

　　2016年，為了適應(yīng)信息化、智能化的發(fā)展趨勢，北京城勘院成立北京城建智慧工程院。作為新部門的一員，學(xué)測繪的唐超和另一名年紀更小的同事組成一個兩人團隊，開始進行隧道自動化檢測方向的研究，這也是唐超創(chuàng)新工作室的雛形。

　　他們結(jié)合移動測量的優(yōu)勢，經(jīng)過不斷的努力，研發(fā)了移動式隧道結(jié)構(gòu)病害三維激光掃描裝備和技術(shù)。相較于常規(guī)測量單點采集的模式，它借助激光技術(shù)對隧道進行“實景復(fù)刻”，能快速獲取被測對象表面的三維坐標數(shù)據(jù)及其他關(guān)鍵信息。“測量設(shè)備在隧道鋼軌上跑一圈，就可以掃描出隧道整體的樣子。”唐超表示，這是由無數(shù)點組成的連續(xù)數(shù)據(jù)，可以避免以前出現(xiàn)的測量盲區(qū)。

　　2017年，這項技術(shù)開始被運用到生產(chǎn)項目中。在對某地地鐵進行運營監(jiān)測的過程中，唐超的團隊利用這項技術(shù)，成功檢測到傳統(tǒng)測量方法忽略的、位于兩個截面之間的隧道頂板上一個17.8厘米的凹陷，而這個變形數(shù)值已遠超預(yù)警限值。以此次隧道安全隱患被順利排除為契機，他們的這項技術(shù)得以推廣。

　　之后，他們又研發(fā)了亞毫米級隧道裂縫檢測系統(tǒng)，可實現(xiàn)機器識別1毫米以下裂縫，還研發(fā)了鋼軌病害檢測系統(tǒng)和扣件病害檢測系統(tǒng)。

　　2019年年底，唐超創(chuàng)新工作室聯(lián)合武漢大學(xué)成功研發(fā)了全斷面一體化隧道病害智能檢測裝備，它將移動三維激光掃描裝置、地鐵隧道高清相機裝置、軌道道床表面檢查裝置、軌道扣件病害檢查裝置等集于一體。作為多位一體的應(yīng)用于軌道交通隧道結(jié)構(gòu)安全檢測的移動測量設(shè)備，它解決了地鐵安全測量長久以來“要素測全難、精確定位難、普查測快難”的問題，對隧道結(jié)構(gòu)病害識別率達95%以上。

　　“以前僅測量隧道截面，3人一組測1個區(qū)間（地鐵兩站之間的距離，約1-2公里）就得兩天。現(xiàn)在用機器，一晚上可以完成5個區(qū)間。”唐超表示，這個設(shè)備跑一趟，可將隧道結(jié)構(gòu)的、表觀的、扣件的、鋼軌的數(shù)據(jù)都采集回來，能解決地鐵運營中最常見的問題，剩下的工作可以在電腦上完成。

　　目前，唐超創(chuàng)新工作室已經(jīng)形成在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)問題、到科研中去解決問題、再用解決方案到市場上去找新項目的良性運營模式。

　　校企合作，解決核心難題

　　回憶起研發(fā)初期的情形，唐超表示壓力很大、很難。但幸運的是，當時已有一些高校的科研團隊進行了相關(guān)研究。于是，他們一邊去請教院士、專家，一邊找相關(guān)的科研團隊進行協(xié)作。最終，他們選擇與武漢大學(xué)龔健雅院士、毛慶洲教授團隊合作進行攻關(guān)。

　　“武漢大學(xué)的測繪專業(yè)很厲害，能給我們提供解決問題的基礎(chǔ)研究支持。”唐超提到，并不是有了基礎(chǔ)研究，問題就迎刃而解，還需要不斷去嘗試、修改。所以，唐超和團隊成員經(jīng)常在隧道里一待就是三四個小時，“如果獲得的數(shù)據(jù)不一致，就要從各種可能存在的問題上找原因，再去解決，這個實驗是反反復(fù)復(fù)的”。

　　隨著雙方合作的深入，2019年3月，北京城勘院和龔健雅院士、毛慶洲教授團隊正式組建城市智能感知與精密測量工程中心。同年，唐超工作室進行的全斷面一體化隧道病害智能檢測裝備研發(fā)遇到了更關(guān)鍵、棘手的問題：它需要將3類傳感器匯集到一個設(shè)備上，但這3類傳感器無法實現(xiàn)時空同步。

　　唐超解釋說，每臺傳感器所記錄的時間、空間要一致，才能保證所有數(shù)據(jù)計算時的可靠性，其中涉及的知識更綜合、復(fù)雜。

　　對此，武漢大學(xué)為唐超團隊提供了相關(guān)基礎(chǔ)理論的支持，進而實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的時空同步。這對設(shè)備的成功研發(fā)起到了重要作用。

　　談起合作經(jīng)驗，唐超說，企業(yè)主要是搞生產(chǎn)，沒那么多基礎(chǔ)研究，高校恰恰能彌補企業(yè)這方面的不足。通過校企合作進行技術(shù)成果轉(zhuǎn)化，是值得持續(xù)做好的事情。

　　為青年提供開闊的發(fā)展空間

　　做設(shè)備需要很多跨學(xué)科知識，多專業(yè)領(lǐng)域的人才支撐尤為重要。如今，唐超工作室的12名成員來自測繪、機電、結(jié)構(gòu)、地理信息等多個相關(guān)專業(yè)。

　　其中，1991年出生的徐鵬宇年紀最小，她的主要工作內(nèi)容是處理隧道現(xiàn)場三維激光掃描后傳回的點云數(shù)據(jù)。最近，她正在做武漢地鐵的項目，拿到手的測量數(shù)據(jù)就有50G左右，“每天一睜眼迎接我的就是一堆Excel表”。不過面對龐大的數(shù)據(jù)量，她已逐漸找到了自己的工作節(jié)奏。

　　在團隊里，大家會經(jīng)常圍繞專業(yè)上的問題提出各自的想法，并在實踐中檢驗。比如，偏向于結(jié)構(gòu)研究的項目經(jīng)理王曉靜，針對大跨度鋼結(jié)構(gòu)變形，通過學(xué)習(xí)、鉆研，提出了一種鋼結(jié)構(gòu)施工過程中空間位形定量判斷的方法，完善了國內(nèi)該領(lǐng)域的研究。

　　“我在這里可以充分發(fā)揮自己的作用，領(lǐng)導(dǎo)特別支持個人的發(fā)展提升。”團隊里的一名年輕人說，有一次她準備參加一個職業(yè)技能考試，唐超知道后特意給她放了一周假，讓她專心備考。

　　唐超將部門定義為一個應(yīng)用研究型單位，他也在不斷思考自己和團隊成員的職業(yè)發(fā)展。他覺得，只有不斷創(chuàng)新，善于用新技術(shù)解決新的問題，才能為團隊爭取到更多的發(fā)展空間和機會，讓年輕人發(fā)展得更好。

　　現(xiàn)在，他們的技術(shù)已經(jīng)在北京、武漢、蘇州、長春、南寧、哈爾濱等多地地鐵項目中落地。雖然這群年輕人在做的只是軌道交通細分領(lǐng)域一個很小的點，但唐超說，他們會一如既往地踏實做下去。

　　中青報·中青網(wǎng)見習(xí)記者 王喆 來源：中國青年報