湖南日报全媒体记者 王茜 张福芳 李贞
【应用简介】
位于长沙经开区的中国铁建重工集团股份有限公司，一场“数字化革命”正蹄疾步稳进行。作为“大国重器”锻造龙头企业，铁建重工以盾构机为核心，引入数字孪生技术，全面开启智能化升级。将每台盾构机在虚拟空间1比1还原，使其从研发设计、生产制造到运行管理的每个环节，都能精准模拟与实时优化，从而大幅提升施工效率与产品市场竞争力。
【应用场景】
穿山过河，掘土凿岩……在大型隧道施工中，盾构机大显身手。
铁建重工盾构机一骑绝尘，国内外重大工程建设大展拳脚。
作为传统装备制造企业，近年来，铁建重工实施数字化转型战略，加快推进传统装备制造运维智能升级，“将产品‘塞’进电脑、车间‘搬’上电脑、隧道‘建’在电脑”，迸发出磅礴的智造力量。
一个大屏，千里万里之外的装备了如指掌
12月6日，在宁波至舟山铁路金塘海底隧道施工现场，隔海相望的两台超大直径盾构“定海号”和“甬舟号”刀盘同时转动，正相向“穿海”。
1000多公里外，长沙，铁建重工数字化指挥监控中心大屏上星光点点，可以看到这两台盾构机的工作状态、工作数据，“我们可以通过数智化平台，对盾构机施工和项目建设进行远程管控。”铁建重工掘进机研究设计院高级工程师范瑞强说。
盾构机各项工况数据是如何传至千里之外的？
“我们为盾构机植入了‘大脑’、‘眼睛’和‘耳朵’。”范瑞强介绍，每台盾构机都配置了2000余个传感器，并搭载智能掘进、超前地质预报、设备状态在线监测等先进技术。通过智能互联装备协同管理平台，以一秒一次、一次数千条的频率，数据快速传输汇聚到服务器，实现掘进路线精准导航、掘进姿态智能纠偏，以及掘进与换步过程的自动化衔接。
“这是一组盾构机刀盘正面的数字孪生实时画面，画面上颜色有深有浅，分别代表着刀片的受力情况。”铁建重工数字孪生研究所副所长王永胜站在一块显示屏前，轻轻点击屏幕，施工现场盾构机刀盘运转情况在屏上清晰显示，连内部复杂的受力分布与刀片细微变形也能一览无余。
目前，铁建重工产品已覆盖全球40多个国家和地区。遍布全球各地的盾构机的施工状况、建设进度、设备状态等信息也能巨细无遗地呈现出来。即使在千里万里之外，也能做到及时响应。
在铁建重工数字化指挥监控中心，长沙的工程师正在为意大利西西里岛高铁项目设备组装调试提供远程支持。“意大利高铁建设用上了中国的盾构机。”铁建重工营销经理袁虎钢是海外市场拓展的参与者和亲历者，近两年，铁建重工在意大利市场从零开始，已批量出口十几台盾构机。
数字孪生技术，产品、工厂都有“数字双胞胎”
一台5层楼高、涂装着蔚蓝色波浪的巨大圆柱形装备，矗立在铁建重工制造车间，这是铁建重工自主研制的我国最大直径盾构机“江海号”。整机长145米，刀盘直径16.64米，未来将应用于世界最长的公路水下隧道——海太长江隧道盾构施工。
在铁建重工数字孪生研究所，“江海号”的数字孪生系统也在计划构建。
何为数字孪生？这套系统能发挥什么作用？
数字孪生，即将现实世界中的实体、过程或系统，以数字化的形式进行建模和虚实映射，支持现实世界与虚拟世界实时同步。
王永胜给记者打了一个比方，数字孪生就是给现场施工的盾构机，造了个“数字双胞胎”。
为何要造个“数字双胞胎”？
地下空间开发潜力巨大，但也面临复杂多变的地质环境等“拦路虎”；同时，地下工程装备施工地域分散、位置偏远，装备出现异常时，会出现“专家去不了”“现场说不清”“远程配合难”等问题。
“利用数字孪生系统，通过对地下工程装备数字样机建模仿真、数字孪生精确镜像以及全生命周期性能预测优化，突破地下工程装备产品服务‘时空限制’，推动智能诊断、预测性维护等先进运维模式落地应用。”王永胜介绍，这种个性化的数字孪生方案，不仅极大提高了盾构机的运维效率，还显著降低了故障率和维修成本。
不只产品有“数字双胞胎”。
在铁建重工总装厂房，记者看到技术人员正在搭建调试盾构机主驱动生产线；而在电脑端，一个与现实车间同步共生的数字车间，也在实时呈现。
“目前还在验证阶段，我们计划把车间生产现场1比1还原到电脑大屏，同步呈现产品质量、产量进度、设备状态等。”王永胜介绍。
未来，在这个数字孪生工厂里，所有生产要素数字化，并在各端传递。从客户端到产品端，从供应商端到工厂端，每个环节紧密相连。利用这个数字系统，每个决策都基于数据分析，每个操作都能实现智能化控制。
利用数字传输，喝着咖啡哼着歌把工程办了
传统隧道施工作业中，人员投入多、劳动强度大、施工安全风险高；智能化装备和技术投入应用后，隧道施工环境和安全性发生了翻天覆地变化。
时下，上海广延路静安地下智慧车库项目工地，世界最大直径垂直掘进“梦想号”盾构机正在施工。不同于其他项目人员繁忙、热火朝天的施工场景，这个施工现场显得颇为安静。
中铁十五局集团“梦想号”掘进项目负责人王文灿在电话中告诉记者，“梦想号”施工全过程采取智能化控制，可实现井下无人、地面少人。
距离项目施工现场不远，建立了一个“梦想号”控制室。通过同步数据传输，远在1000多公里之外的长沙，铁建重工工程师从电脑或手机终端，可实时查看“梦想号”掘进的工作状态和施工进度。
此前，工程师通过远程监测控制系统发现，开挖系统滚筒电机温度异常，远程下达了检修任务。现场检修人员排查后发现，滚筒电机被黏土包裹而无法散热，及时对设备进行冲洗和优化处置，有效防止了电机出现高温损伤。
盾构机驾驶员刘继东说，在几十米地下，吹着空调、喝着咖啡、盯着屏幕，操作按钮就可以了，真正做到“喝着咖啡哼着歌就把工程给办了”。
铁建重工董事长赵晖介绍，铁建重工除了掘进机，还研发生产特种装备、轨道交通装备、高端农业机械等。数字化、智能化已在所有产业铺开，这也为公司市场竞争提供了强大的动力，生产经营稳步向前。
【智言慧语】
以数字孪生技术智领制造业高质量发展
中南大学计算机科学与技术学院教授 唐琎
在全球制造业迈向高质量发展进程中，数字孪生技术正成为撬动产业升级的关键杠杆。铁建重工以盾构机为核心，率先将数字孪生与智能化控制深度融合，推动“无人化”施工迈上新台阶，为全球智能制造提供了“中国方案”。
铁建重工的数字孪生系统以实时同步的虚拟孪生体为基础，结合AI算法与大数据分析，将复杂工程中的不确定性转化为可控性，实现了智能优化、精准决策与高效运行。在盾构施工领域，这种技术使井下作业从“依赖经验”走向“依托数据”，从“人工监控”迈向“无人化运行”。特别是在复杂地质环境下，该系统通过毫米级精度控制，将技术风险降至最低，大幅提升了生产效率和施工安全性。
更重要的是，数字孪生赋能“无人井下、少人地面”的智慧施工新模式，为制造业破解劳动力瓶颈、提升资源配置效率提供了标杆示范。这不仅仅是技术突破，更是中国制造迈向高质量发展的必由之路。
