城市地下工程设施生病了怎么办？目前我国城市地下空间开发利用涵盖了轨道交通、综合管廊、城市隧道、地下商业等众多类型。但使用过程难免会出现渗漏、裂损、变形、沉降等问题，这给地下结构安全运营带来了更多不确定性。为解决这类工程“疾病”，北京市首家地下结构“工程医院”诞生。

7月3日，北京建工市政路桥南口科创基地正式揭牌亮相。它将为城市地下结构安全运营提供全方位、全过程的检测、诊断和治理服务。地下结构“工程医院”的建立，也标志着首都地下空间运维领域迈入了一个全新的发展阶段。

现场

“巨型试验场”里模拟真实地铁隧道场景

在位于北京昌平区南口镇，一个地下工程运维领域的“巨型试验场”出现在眼前，占地面积有半个足球场大小，这里就是北京首例全地下、可带水作业的1:1盾构隧道全寿命服役性能足尺试验平台。

在现场可以看到，一个和真实地铁隧道一模一样的模型，一束束蓝色激光精准地照射在测试物体上。

北京建工市政路桥科技公司项目负责人宋伟介绍，这是以1：20的比例模拟的真实地铁隧道场景，这些激光都来自非接触3D应变测试系统，通过光源和高速摄像头，科研人员可以模拟各种复杂场景，对地下结构中常见的“渗、裂、变、沉”四种典型结构病害的衍生和演变过程进行全方位的应力应变测试和分析，总结各类典型病害的演化机理和内在规律。“凭借这个全生命周期地下结构健康评价体系，科研人员能够更加精准地预测和评估地下结构在不同条件下的安全状况，为地下工程的运维管理提供有力支持。”

足尺试验平台则采用了1:1盾构隧道模型，具备全地下、可带水作业的特点，能够真实模拟盾构隧道在全寿命周期内的运行状态。该平台最大加载量可达200吨，可加载盾构管片直径达8米。

宋伟表示，通过该平台，科研人员可以深入研究盾构隧道在不同环境、不同负载条件下的性能变化，为地下工程的安全运维提供科学依据。

揭秘

源于“揭榜挂帅”科技攻关项目

据了解，北京首家地下结构“工程医院”是在北京建工集团“揭榜挂帅”科技攻关项目支持下，由北京建工市政路桥科技公司研究院打造的。集聚了原子力显微镜、XRD等一批高端科研仪器，集成了大数据、云计算、物联网等先进技术。

“我们致力于整合地下工程结构‘测试—诊断—治疗’的全过程服务，立足以技术创新解锁行业发展的‘卡脖子’难题，将南口科创基地打造成为原创技术的策源地。集团‘揭榜挂帅’项目从‘理论-方法-技术’等层面设立了6项子课题并同步推进。”北京建工市政路桥科技公司副总经理牛晓凯介绍，目前，已基本完成了“两体系两平台”的搭建工作，除了构建全生命周期地下结构健康评价体系、搭建全生命周期足尺试验平台，还形成结构修复保障技术体系，以及地下结构健康运维智慧决策平台。

背后涉及多项技术创新

牛晓凯进一步介绍，在材料研发方面，市政工程研究院形成了一套结构修复保障技术体系。针对地下结构常见的“渗漏、裂损、变形、沉降”四类病害，提出了结构修复新材料的类型和技术指标。针对不同应用场景，科研团队开展了水泥基、沥青基、FRP(纤维增强复合材料)等三类新型结构修复加固材料的选型、配比及性能研究试验。这些新材料不仅具备优异的力学性能和应用性能，还能有效适应不同地质和使用环境下的修复需求。

在装备创新方面，该体系针对狭小空间下洞(室)内加固修复作业的需求，提出了机械化施工作业装备的概念。按照轻量化、模块化的设计目标，科研团队初步完成了一体化快速注浆装备、环境自适应清理装备的工艺设计及核心部件的选型。这些装备能够实现高效、精准的加固修复作业，提高施工效率和质量。

在技术攻关方面，该体系建立了不同施工场景下必备的工艺模型并开展了现场应用试验。通过试验，科研团队初步探究了配套工艺流程的可行性，为地下结构修复提供了技术支撑和保障。

此外，市政工程研究院已初步开发出基于“移动激光扫描+图像识别”技术的地下结构表观识别算法，并成功搭建了地下结构健康运维智慧决策平台总体架构。

该智慧决策平台集成了数字孪生、数据可视化、仿真反演、状态评价、管理决策等多个功能模块，能够实现对地下结构健康状态的实时监测、预警、分析和决策。通过移动激光扫描技术，平台能够高精度地获取地下结构的空间数据，结合图像识别算法，实现对结构病害的自动识别和分析。及时发现并处理潜在的安全隐患，提高地下工程的安全性和可靠性。

应用

“诊治”地下空间渗漏、变形、沉降等问题

随着近年工程建设快速发展，目前工程行业已逐渐由“建设为主”向“建养并重”转型，同时随着城市更新战略的深入推进，城市地下空间作为城市基础设施的重要组成部分，其更新改造日益成为城市建设的焦点。

据统计，目前我国城市地下空间开发利用面积已超过29亿平方米，涵盖了轨道交通、综合管廊、城市隧道、地下商业等众多类型。受材料老化、水文地质环境变化、运营使用环境更改等因素影响，地下结构会出现不同程度的渗漏、裂损、变形、不均匀沉降等问题，由此为地下结构安全运营带来了更多不确定性。

截至目前，北京城市轨道交通运营总里程已达836公里。随着早期线路使用年限的增加，以及地下水位不断上升和其他市政设施更新建设加快等各种因素的影响，地铁隧道正面临着渗漏水和沉降变形等多种隐患的威胁。

“在与出行相关的这些隧道，渗漏、开裂、变形、结构整体沉降这4类问题也在出现，有没有可靠的技术和手段，把这些问题控制住，这其实是建这个‘工程医院’的初衷。”牛晓凯表示，“工程医院”创建后就可以像给人治病一样，为轨道交通隧道、公路隧道和综合管廊等各种地下工程，实现全生命周期运维养护。

他解释，“现实的隧道什么样，我们的足尺模型实验就能模拟出什么样。隧道生了病，原因、影响程度、采取什么措施、能发挥什么作用，通过足尺实验就能做出来。这样到实际工程应用的时候，可靠性和准确性就更高。”

牛晓凯指出，未来将继续深化在地下结构智慧运维领域的研究，不断完善和优化智慧决策平台的功能和性能，为城市地下空间的安全、高效运维提供更加有力的技术支撑。

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文/北京青年报记者 宋霞
编辑/樊宏伟