中国矿大（北京）：掘进盾构技术底座要“中国造”

　　在地底深处，伴随着轰隆隆的声音，盾构机一点点掘进，碎石土方被运走，暴露出来的地下空间让城市地铁、隧道交通建设成为可能。在这个过程中，盾构机刀盘的选择是工程顺利与否的重要因素，如果选择不适合的刀盘，很有可能影响地层稳定、变形甚至坍塌，造成安全事故。

　　来自中国矿业大学（北京）土木工程专业2024级研究生唐锦绎就将科研的目光聚焦到这个难题。

　　今年中国青年科技创新“揭榜挂帅”擂台赛上，中国建筑科学研究院有限公司发布了“基于国产BIMBase图形平台的工程建模软件开发”选题，唐锦绎和团队接下选题。

　　作为发榜单位，中国建研院构力科技高校部总经理楚仲国介绍，该课题的核心目标是攻克工程建设领域长期依赖国外三维图形引擎的“卡脖子”技术难题，构建安全、自主的技术底座。

　　“之前，我们团队就有开展‘城市地下空间的数字孪生技术’的研究计划，而数字孪生技术的前提，正是需要基于BIM的精准三维建模，赛题与我们的研究方向正好一致。”唐锦绎说。

　　项目立项后，团队成员首先围绕技术可行性与工程需求两方面展开了前期调研。一方面团队采取集体学习、定期组会交流的方式，快速学习掌握BIMBase平台及其所需的Python编程能力，另一方面团队系统梳理了盾构施工中的关键环节与特点，并结合北京地区特殊的地质与水文条件，确定项目具体的研究对象。

　　“通过借鉴实际工程的先进经验，我们希望所构建的模型兼具科学性与工程实用价值，真正服务于地下工程施工的安全与效率提升。”唐锦绎说。

　　学习与调研后，项目团队将整个刀盘建模工作分解为几个主要构件，成员分工协作依据已有的CAD二维图纸进行三维转化。

　　但利用相关计划开展实际研究困难重重。有时候，函数选择不当、格式不规范等都会导致程序不断报错。“对于没有编程背景的我们，排查错误尤为艰难，常常为一个问题卡上好几天。”唐锦绎说。

　　在项目分工建模过程中，构建盾构机刀盘盘体与辐条之间的连接构件是唐锦绎负责的任务之一。该构件的难点在于，其接触面并非简单的平面，而需要与圆柱形的刀盘盘体及辐条严丝合缝地贴合，属于复杂的曲面。在内部尝试无果后，唐锦绎选择向建研院的指导老师求助。最终，通过结合复杂的函数方法才成功构建出了符合工程实际要求的曲面构件。

　　在大家的共同努力下，BIMBase图形平台盾构刀盘数字化设计成功实现。“更重要的是，我们创建了一个参数化构件库，将每个构件作为‘零件’存入其中。未来设计者可以直接调用这些零件，通过调整参数来生成新规格的部件，无需从零建模。”唐锦绎说，“我们的插件能根据盾构模型尺寸，自动计算掘进过程中的土方开挖量，预估刀具磨损。”

　　最终，团队的《基于Python参数化建模的BIMBase盾构刀盘数字化设计》获得中国建筑科学研究院有限公司榜题的擂主。

　　“我们非常欣赏团队展现出的两大特质，一是工程实用性，项目直面地下工程中的具体设计痛点，成果能切实提升设计效率；二是生态扩展性，项目为BIMBase平台在高端装备制造等新领域积累了专业的参数化构件库和开发范式，展示了平台广阔的行业应用前景。”楚仲国说。