當地鐵在狹長（zhǎng）而漆黑的隧道裏穿梭，有沒有那麽一刹那，你會對車廂外狹長而漆黑的隧道產生一絲恐懼：隧道（dào）中其實有很多潛（qián）伏的危險，隨時可能阻斷你的行程？

事實上，由於外（wài）力幹擾（rǎo）和管片老化，地鐵（tiě）隧道掉塊、錯台、滲漏、裂縫的情況都曾發生。為（wéi）了讓旅程不再（zài）危險，北京工業大學城市建設學部副教授鮑豔輔導的“隧道之眼”科研團隊一直致力於通過現代測繪手（shǒu）段和土木工程技術相結合的方式，研發智能化檢測手（shǒu）段和檢測方法。

如今，他們的項目“隧（suì）道之眼-地（dì）鐵隧（suì）道智能檢測係統”已經（jīng）通過行業鑒定並在部分城市的地鐵（tiě）線路隧道上進行了實際檢驗，為地鐵安全護航。

創新“體檢（jiǎn）”方法和（hé）手段，讓（ràng）地鐵運（yùn）營維護（hù）更安全便捷

鮑豔（yàn）原本的專業是現代測（cè）繪（huì）技術的發展及運用。隨著近些年學科交叉融合趨勢的發展，在學（xué）校統一安（ān）排下，她所在的城市建設學部將現（xiàn）代技術嫁接（jiē）到傳統優（yōu）勢學科（kē）上，力爭在前沿學科、交叉學科（kē）建（jiàn）設方（fāng）麵取得新突破（pò）。

在學部的（de）大力支（zhī）持和團隊的協作配合下，鮑豔也將研究領域擴大（dà）到工程領域，通過招收工程專業研究生、申請（qǐng）工程領域新測繪技（jì）術運用的課題等方式，力爭用現代測繪技術對傳（chuán）統工程進行賦能，取（qǔ）得科研和應用（yòng）的新突破（pò）。

地鐵隧道病害檢測的現代化技術和方法就是她的重點研究課題之一（yī）。

近年（nián）來，隨（suí）著國家大力倡導和技術日趨成熟，我國城市軌道交通建設發（fā）展勢頭（tóu）迅猛。截至2020年底，我國城市軌（guǐ）道交通運營總裏程達7545.5km，其中新增運營裏程1240.3km。鮑豔敏銳地發現（xiàn），隨著運（yùn）營裏程快速（sù）攀（pān）升，確保地鐵隧（suì）道安全的（de）傳統人工檢（jiǎn）測方式顯得越來越力不從心。

確立研究課題前，鮑豔多次單獨或（huò）帶隊到地鐵運維檢修現場調研。

與寬敞明亮的地鐵站台不同，隧道不僅空間有（yǒu）限、通風條件較（jiào）差，而且缺（quē）乏外部光源，狹長的隧道中隻有亮度極低的燈光為檢修人員（yuán）正常行進提（tí）供（gòng）最基（jī）本（běn）的保障。若是發生管片掉塊、滲漏（lòu）、裂（liè）縫等病害，隻能依靠自帶的強光手電進行照明。不僅如此由於地鐵的軌（guǐ）道情況複雜，經常伴有（yǒu）大量管（guǎn）線，因此（cǐ）局部漏電（diàn）等問題很難避免，不僅（jǐn）檢修人員（yuán）巡檢時必須穿絕（jué）緣鞋，而且累了也絕不（bú）允許坐下，否則極有（yǒu）可能遇到生命危險。

並且，目前國（guó）內（nèi）絕大部（bù）分的地鐵（tiě）隧道安全檢（jiǎn）測仍然依靠原始的人工（gōng）方式，不（bú）僅巡檢工人們需要隨身攜帶大量的專業（yè）工具，而且由於外部環（huán）境惡劣、作業空間逼仄，即便相關人員極為認真地使用卡尺、塞尺等專業工具進（jìn）行測量，所得到（dào）也（yě）隻能（néng）為近似數據，作（zuò）為判斷病害的依（yī）據精度太低，誤差較大。

不僅（jǐn）如此，由於隧道檢修必須在地鐵（tiě）停（tíng）運的3小時左右（yòu）“天窗期”內進行，因此這（zhè）種人工檢測的方法隻能采取抽檢方式，無法（fǎ）做到應檢盡檢，對於地鐵這種位於地下、行駛速度極快的（de）交通工具而言，一旦（dàn）未能發生安全隱患而導致病害（hài）發生，必然導致嚴重後果。

鮑豔清楚（chǔ）地記得，一次檢修結束後，檢修人員發現有一瓶水落在隧道裏（lǐ）。隧（suì）道裏各種電路、管（guǎn）線（xiàn）錯雜，一瓶水是極大的（de）安全隱患（huàn）。一旦被（bèi）疾駛的地鐵（tiě）撞破溢出，不但影響正常運營，還可能造成嚴重損（sǔn）失。所有在場人員（yuán）立即重新穿上絕緣鞋、反光背心（xīn），戴上安全帽返回隧洞尋找。大家在昏暗（àn）的環境中爭分奪秒，好（hǎo）不（bú）容易趕（gǎn）在地鐵恢複運營前找到這瓶水並帶了出來。雖然（rán）危險最終被排除了，但大家回想起來（lái）還是心有餘悸。這也讓鮑豔堅定了研製（zhì）出（chū）一種方（fāng）便迅捷的隧道檢測（cè）方法、為檢（jiǎn）修人員減輕工作負擔的初心。

但與此（cǐ）同時，目前（qián）國內最（zuì）先進的檢測（cè）手段，是花費巨資從國外引進的人力檢測機器，但是這個（gè）機（jī）器不但成本很高，而且存在複雜隧道（dào）情（qíng）況測不（bú）準、精度不理想、出報告慢等諸多不足（zú），隻有立足自身實際進行科研攻關，才能改變地鐵隧道（dào）安（ān）全檢測工作中的種種不足（zú），讓全國近8000km長（zhǎng）的地鐵隧道實現檢測智能化、運（yùn）維智慧化。

按照現有技術規範，全國軌道運營強製性檢查的市場估值在每（měi）年（nián）700億元左右，隨著運營裏程的增加，這（zhè）個數字還有望增（zēng）長。拋開經濟效益不說，如果真能通（tōng）過科學研究實現檢測手段的（de）國產（chǎn）化和（hé）自主化，那麽（me）就可以打破國外產（chǎn）品在（zài）隧道機器檢測技術上的壟斷，實現國產技術突圍（wéi）。

鮑豔（yàn）和團隊下定決心：做下去，義無反顧地做下去。

及時調整思路，真正解決問題的方法（fǎ）才是好方法

為了把項目（mù）做紮實，課題正式立（lì）項前，鮑豔帶團隊深入地鐵（tiě）隧道開展實地體驗，親眼看一看隧道環境的惡劣、動手試一試人工檢測的繁雜。

李文海是鮑豔團隊的資深成員，從2019年起就頻繁（fán）往返於實驗室和地鐵隧道之間。第一次下隧（suì）道的情景，他回想起來仍曆曆在目：半夜（yè）12：00，地鐵已停止運營。喧囂的地下大動脈（mò）終於迎來一天中最安靜的時刻。李文海和同學扛上三維激光掃描儀、工業相機（jī）、計（jì）算機（jī）等設備，跟著老師來到地鐵站。與白天的行人如織相比，此（cǐ）時的地鐵站簡直（zhí）是另一個世界：人（rén）員嚴格管（guǎn）控，未得到（dào）批準，連一片紙也不能下隧道（dào）。李文海他們（men）按規（guī）定穿戴好後站成一排，聽安全員宣（xuān）讀下隧操作規定並在上麵（miàn）簽名。這張帶有簽（qiān）名的規（guī）定作為安（ān）全責任憑證，被管理人員回收存檔。第一次經曆這些，李（lǐ）文海（hǎi）覺得有些繁瑣。正當他（tā）準備下隧時，師兄攔住了他。原來手續還沒完，下隧的人（rén）和設備必須拍張照，等工作結束時還要對著照片（piàn）檢查一遍，確認隧道內（nèi）無遺失物後才可放行。下隧前的這一係列準備工作完成後，時間已（yǐ）經到了淩晨1：00。要知（zhī）道（dào），為了確保（bǎo）安全，淩晨3：00是他們結束實驗的最後時限。在每（měi）一次都隻（zhī）有（yǒu）2個小時的時間內，他們必須爭分奪秒才能完成（chéng）實（shí）驗項目。和他們一起下隧洞的還有地鐵檢修人員。他們也（yě）同樣（yàng）要在這（zhè）段時間內完成相當長度的隧洞檢查維護，工作難度之大不難想象。

察看現場環境、查閱（yuè）相關（guān）資料（liào）、分組科研攻關、實驗獲取數據、不斷改（gǎi）進算法……經過一年多的探索，鮑豔帶團隊逐漸摸索出一套利用架站式三維激光掃描儀進行地（dì）鐵隧道病害檢測的有效方（fāng）法。這種方法依托現有（yǒu）成熟設備，結合（hé）團隊獨創算法，可以有效對（duì）隧洞病害進行檢測、預防且費用較低。用戶單位出具的使用（yòng）報（bào）告也表明，他們的方（fāng）法具有很多優點，市（shì）場前景廣闊。

不過，中國幅員遼闊、地區差異顯（xiǎn）著，每（měi）個城（chéng）市的軌道交通都有不同的特點。目前這種檢測方式（shì）雖然可行，但與巨大的市場需求量相比、與快速精準（zhǔn）檢測的要求相比還（hái）存在很（hěn）不足。鮑豔決定，繼續深化研究，攻克基於移動式三維激光掃描技術的難題。

從字（zì）麵上看，固定與移動仿佛隻（zhī）是一詞之差，但是內行都知道（dào），這不（bú）僅意味著使用的（de）硬件設備不同（tóng）、掃描方式不同（tóng），由此帶來的數據提取（qǔ）、數（shù）據識別、數據分析（xī）、病害（hài）確定等核心算法全都要做（zuò）根本性的改變，難度之大不亞於（yú）重新開始一個新的項目。

為了驗證自己的看法、堅定（dìng）團隊的信心（xīn），鮑豔利用參加行業研（yán）討交流的機會，向中國城市軌道交通協會委（wěi）員會副主任（rèn）、北京市軌道交通學會常務副會長楊廣武求證。楊廣武詳（xiáng）細聽取項目介紹、查看（kàn）實驗資料後表示讚同：“由於地鐵隧道的特殊環境和檢測時間受限等特性，雖然移動式激光掃描方法難（nán）度更大，但與固定架站式相比，不僅效率高，而且應用的廣泛（fàn）性（xìng）、便利（lì）性、精確度也會大大提高。”

得到權威的肯定，鮑豔再次組織團隊成員座談交流，大家再一次堅定信心：做（zuò）下（xià）去，義無反顧地做下（xià）去。

攻克移動掃描技（jì）術難關，做地鐵（tiě）隧道檢測技術的執牛耳者

科學研究和排兵布陣（zhèn）一樣，不能光埋頭研究（jiū），還要了解對手、掌握戰場態勢。為了研製（zhì）出適合（hé）國情的先進檢（jiǎn）測方法，鮑豔積極與國內（nèi）多個城市的軌道交通指揮部（bù）門（mén）聯係，介紹項目的（de）情況和特（tè）色，爭取現場實驗機會。她還通過科研合作單位拓展實驗渠道，為團（tuán）隊爭取（qǔ）到了很多寶貴的機會。團隊的技術不僅在北方較好地質結構下得到驗證，也在多水、少石的（de）南方城市得到檢驗。

由固定架站式三維激光（guāng）掃描方法（fǎ）轉變為移動式激光掃描方法，硬件重（chóng）新選取（qǔ）、集成的難（nán）度不算大（dà），關鍵是數據處理的（de）算法（fǎ）需要全部（bù）重新編寫。固（gù）定架站式設備一次掃描可以得到一定的球麵區域數據，移（yí）動式設備掃描出的數據呈螺（luó）旋線狀軌跡，數據特（tè）征的不同導致提取算法完全不同，大部分軟件需要重新開發。團隊成員為了開發出合適的算法，紛紛查找文（wén）獻、上網檢索、請教名師，並且為了從根（gēn）源上保證自主可控，他們還利用業餘時間自學相關編程語言，以衝鋒（fēng）的姿態行進（jìn）在科研一（yī）線（xiàn）。

實（shí）驗過程中，團隊成員常常遇到這樣那樣（yàng）的困難：在（zài）隧道（dào）裏辛辛苦苦半天收集來的點（diǎn）雲數（shù）據，導（dǎo）入計算機後（hòu）半（bàn）天不見動靜，原來設定程序時（shí）將精度值設得過高，超出了計算機的處理能力；由於缺乏實操經驗，為進行點雲（yún）數據拚接而布放（fàng）的標（biāo）靶位置（zhì）不合（hé）理，受到現場複雜環境幹擾後，點雲數據無法有效拚接，難以形成整體報告；沒有考慮隧道實際（jì）施工與設計（jì）圖紙的偏差，“偷懶”按（àn）圖（tú）紙開（kāi）發的算法在現場檢測無（wú）效，數據獲（huò）取普遍產生誤（wù）差……大家通過實踐明白了一個道理：無論多麽優秀的設計，無論考慮（lǜ）得多麽周全，在現場實際操作過程（chéng）中也無法杜絕問題。

就這樣，用實際行（háng）動踐行著“不息（xī）為體、日新為道”的北工大（dà）校訓精神，團隊取得了一個又一（yī）個紮實的（de）進步：基於點雲數據提（tí）取盾構隧道管片張開量的方法申請國家發（fā）明專利，基於點雲數據提取圓形（xíng）盾構隧道（dào）中軸線高程的方法申請國家發明專利，基於（yú）移動（dòng）點雲數（shù）據的智能分析盾構隧（suì）道環間錯台量的方法申請國（guó）家發明（míng）專利……每申請一個新的專利，就意味著他們的創新創造又上了一個台（tái）階、項目的技（jì）術含量（liàng）又（yòu）加（jiā）重了一分。

艱苦的努力終見成效（xiào）——“隧道之眼-地鐵隧道智能檢測係（xì）統”。

這套係統通過裏程計記錄裏（lǐ）程信息（xī）、慣性導航係統解決自（zì）行駛機器人行駛中的定姿定位，協同三維激（jī）光掃描儀掃描隧道，使采（cǎi）集的多源數據位於同一時空基準（zhǔn）；融合具有自主（zhǔ）知識產（chǎn）權（quán）的四個（gè）點雲解譯算法模塊能自動識（shí）別地鐵隧道病害（hài），為地鐵隧道建設全生命周期健（jiàn）康檢測提供詳盡資料。它的檢測效率比人工檢測方法提高數（shù）十倍，病害（hài）識別率達90%以上，節省了大量人力、物力。

目前，該項目已（yǐ）經在數條國內城市地鐵隧道安全檢測中發揮（huī）了實際作用。當檢修工人們看到這套設備（bèi）隻由一人輔助操作，十幾分鍾就可以完成他們以往多人（rén）數小時才能完（wán）成的工作時，既驚訝又高興。擺放自行走機（jī）器人、裝上掃描儀、連上計算機、按下按（àn）鈕……就這樣輕（qīng）鬆幾個步驟，他（tā）們再也不用（yòng）辛辛苦（kǔ）苦在昏暗隧（suì）道中小心翼翼（yì）地一邊巡檢、一邊還要（yào）注意（yì）自身安（ān）全。短短幾分鍾時間，連綿不斷（duàn）的數據（jù）就在計算機屏（píng）幕（mù）上顯示出（chū）來。僅用一天時間，海量（liàng）的數據就能被徹底解讀並形成可視化的檢（jiǎn）測報告，真正實現隧道檢測手段的信息化、數字化、智能化。

攻關成功後，鮑豔和團隊的努力仍在繼（jì）續。她們致力於讓更多的地鐵人和地鐵項目知道這項技術、信任這項（xiàng）技術、運用這項技（jì）術，把科研成果寫（xiě）在祖國的每一條地鐵隧（suì）道（dào）裏……