ICS35.240.50CCSP97T/SAITA團 體 標 準T/SAITA002—2023盾構機駕駛自動化分級Taxonomyofdrivingautomationforshieldmachine2023-12-25發布 2024-01-01實施上海市工智術協會 發布T/SAITA002T/SAITA002—2023II目 次前言 II引言 III1范圍 12規性用件 13術和義 14駕自化分則 3分據 3級分 35駕自化分素 3動程判要素 3境制 3主策 3務行 4全管 4工入 4級述 5術件 56駕自化施求 6用圍制 6構技要求 6附A規性）盾構駛動等劃與要關表 7附B資性）盾構駛動等特表 7參考文獻 7T/SAITA002T/SAITA002—2023IIII前 言本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規則》的規定起草。本文件由上海市人工智能技術協會提出。本文件由上海市人工智能技術協會歸口。本文件起草單位：上海隧道工程有限公司、上海大學、上海城建隧道裝備有限公司、上海地鐵盾構設備工程有限公司、同濟大學、上海申通地鐵建設集團有限公司、上海城投公路投資（集團）有限公司、上海申鐵投資有限公司、上海人工智能研究院有限公司、上海智越領航科技有限公司。本文件主要起草人：吳惠明、裴烈烽、胡珉、趙劍、李章林、李剛、翟一欣、張恒、畢欣、王秀志、劉艷濱、杜峰、王資凱、徐鎮江、朱靈圣、陳剛、吳兆宇、陳傳林、鄭潔、秦元、朱葉艇、王延年、唐子淇。T/SAITA002T/SAITA002—2023IIIIII引 言盾構機駕駛自動化指盾構機通過感知、評價和自主決策等一系列手段，自動執行巖土開挖、盾構掘進、同步注漿和盾尾油脂壓注等作業環節，在確保工程安全的情況下完成隧道軸線控制和地面沉降控制任務。盾構機駕駛自動化是當前地下掘進設備研發和智能施工的研究熱點，也是未來地下工程智慧化發展的必然趨勢。本標準填補我國在盾構機自動駕駛標準化領域建設的空白，可為研究人員明確研究目標和方向，有助于推動盾構行業技術創新，有利于盾構機自動駕駛的研究成果應用落地，實現盾構產業生態的能級提升。本文件規定了盾構機駕駛自動化等級劃分標準，適用于各類土壓平衡盾構機和泥水平衡盾構機的L0-L4T/SAITA002T/SAITA002—2023PAGEPAGE1盾構機駕駛自動化分級范圍本文件規定了盾構機駕駛自動化劃分要素、等級劃分和實施要求。本文件適用于各類土壓平衡盾構機和泥水平衡盾構機的駕駛自動化等級劃分，不涉及管片拼裝和渣土運輸等作業環節。下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB∕T34354-2017全斷面隧道掘進機術語和商業規格GB∕T34651-2017全斷面隧道掘進機—土壓平衡盾構機GB∕T35019-2018全斷面隧道掘進機—泥水平衡盾構機GB∕T50446-2017盾構法隧道施工及驗收規范GB∕T51438-2021盾構隧道工程設計標準GB∕T34354-2017界定的以及下列術語和定義適用于本文件。3.1盾構機Shieldmachine在鋼殼體保護下完成隧道掘進、出渣、管片拼裝等作業，由主機和后配套設備組成的全斷面推進式隧道施工機械設備，也稱盾構。根據開挖面的穩定方式，分為土壓平衡式盾構、泥水平衡式盾構、敞開式盾構和氣壓平衡式盾構。3.2盾構駕自化 Shieldmachinedrivingautomation盾構機在掘進過程中通過感知評估自主規劃掘進策略，自動完成巖土挖排、盾構掘進、姿態糾偏、同步注漿和盾尾油脂壓注、渣土改良等作業過程，實現對隧道軸線、地面沉降和工程安全的有效控制。3.3盾構掘進ShieldAdvancing盾構機駕駛自動化作業之一，指盾構機根據規劃的路徑前行，推進油缸自動執行相應動作，通過位置移動和姿態校正，滿足隧道工程軸線設計要求。3.4巖土挖排RockandSoilExcavation盾構機駕駛自動化作業之一，指通過刀盤切削前方的巖石或土體、保持切削面的平衡和將渣土排出等。3.5盾構姿態糾偏ShieldmachineAttituderectification盾構機駕駛自動化作業之一，指盾構機根據決策階段設定位置和姿態控制目標，通過調節盾構機各區域推進壓力或千斤頂推進壓力等姿態控制裝置糾偏，使得盾構機按照規劃路徑前進。3.6同步注漿SynchronousGrouting盾構機駕駛自動化作業之一，指盾構機按照決策所設定漿液配比和注漿分布，在盾構掘進的同時，調節各注入點的注入速度，達到設定的注漿量和注漿壓力要求。3.7渣土良 Muckconditioning土壓平衡盾構機駕駛自動化中的作業之一，指盾構機在掘進過程，通過在開挖面注入膨潤土或泡沫等添加劑，改善開挖面巖土特性，保持開挖面穩定，并提高掘進的效率。3.8隧道線制 TunnelAxisControl盾構機駕駛自動化任務之一，對隧道縱向中心線路位置進行控制，使其與設計要求相一致。軸線控制涉及的作業任務包括：盾構掘進和盾構姿態糾偏。3.9地面沉降控制SettlementControl盾構機駕駛自動化任務之一，對盾構掘進影響區域的土體變形程度進行控制，使地表變形值在施工安全允許的范圍內。沉降控制涉及的作業包括：巖土挖排、同步注漿和渣土改良。3.10工程境 EngineerngScenario盾構機掘進過程中，所面對的隧道設計軸線線形、構筑物保護要求、覆土厚度、隧道所處位置的工程地質和水文地質等工況條件。3.11人工入 HumanIntervention盾構機自動駕駛過程中，因自動駕駛性能或安全不能滿足或存在無法滿足工程需求的可能性時，需由人工代替駕駛自動化控制系統完成相應的任務。3.12安全監管SafetySupervision盾構機自動駕駛過程中，利用感知和測量設備，對盾構機本體、周邊環境、隧道本體的安全情況進行監視、分析，評估其風險狀態，給出相應報警，從風險可接受原則出發，改變控制參數，在必要時進行停止自動駕駛的動作。3.13感知和評價SensingandEvaluation盾構機駕駛自動化關鍵步驟之一，采用各種傳感設備和監測手段及時獲取盾構掘進過程的盾構姿態、隧道軸線、地面變形和隧道滲漏等狀態變化，以感知信息為基礎，對軸線、沉降和密封的控制情況進行評價。3.14自主決策Self-DecisionMaking盾構機駕駛自動化關鍵步驟之一，采用人工智能的方法，對盾構掘進階段策略及目標進行自主決3.15任務執行TaskCompletion通過執行盾構機各作業任務,包括但不限于：盾構掘進、巖土挖排、盾構姿態糾偏、同步注漿、盾尾油脂壓注及渣土改良，完成地面沉降控制、隧道軸線控制和隧道密封控制的目標。盾構駕駛自動化等級依據5.1的自動化程度判定要素及其等級組合進行劃分。盾構駕駛自動化等級分為五級：0L0；1L1；2L2；3L3；4。盾構駕駛自動化基于下列自動化程度判定要素進行等級劃分：（R1-R3）1表1 情限等表R1R2R3常規工程情境常規和已知特殊工程情境所有情境注1：常規工程情境是指隧道工程設計時已確認不屬于特殊地段的作業環境。注2：已知特殊工程情境是指在隧道工程設計時已確認的特殊作業環境，且此類作業環境已有盾構法隧道施工成功完成的經驗或報道。特殊地段見GB/T50446-2017《盾構法隧道施工及驗收規范》。注3：所有情境是指隧道工程施工時，盾構機開挖面臨的所有工程情境。（D0-D3）2表2 自決等表D0D1D2D3人工決策人工決策為主，盾構自主駕駛系統決策為輔盾構自主駕駛系統決策為主，人工決策為輔盾構自主駕駛系統決策注1：注3：D1等級是指采用盾構機駕駛自動化系統，完成自主決策環數比例小于等于50%。注4：D2等級是指采用盾構機駕駛自動化系統，完成自主決策環數比例大于50%且小于等于95%。注5：D3等級是指采用盾構機駕駛自動化系統，完成自主決策環數比例大于95%。注1：注3：D1等級是指采用盾構機駕駛自動化系統，完成自主決策環數比例小于等于50%。注4：D2等級是指采用盾構機駕駛自動化系統，完成自主決策環數比例大于50%且小于等于95%。注5：D3等級是指采用盾構機駕駛自動化系統，完成自主決策環數比例大于95%。注6：自主決策率按照盾構掘進目標設定時的自主決策環數占總環數的比例進行計算。（T0-T2）3表3 任執等表T0T1T2無斷續完成任務連續完成任務注1：任務執行等級宜按照任務中斷次數進行劃分。注2：T0等級是指未采用盾構機駕駛自動化系統或者采用盾構機駕駛自動化系統每百米中斷次數大于5次。注3：T11注4：T21注5：中斷次數是指自動掘進模式轉換為人工模式的次數，每切換一次記為一次。(S0-S24表4 安監等表S0S1S2無自動安全評估和警示（M0-M3）5表5 人介等表M0M1M2M3人工駕駛間歇發生人工介入偶爾發生人工介入極少發生人工介入注1：人工介入程度按照駕駛自動化率宜進行如下劃分：注2：M050%。注3：M150注1：人工介入程度按照駕駛自動化率宜進行如下劃分：注2：M050%。注3：M15080注3：M28095注4：M395注5：駕駛自動化率按照自動駕駛環數除以盾構總掘進環數進行計算。L0人工駕駛。所有工程情境下，盾構掘進主要任務的決策和執行由人完成。盾構機具備基礎的執行動態駕駛任務中目標的探測與響應能力，但不具備感知盾構掘進風險的能力。L1輔助駕駛。所有工程情境下，盾構掘進主要任務的決策由人完成。盾構機具備執行動態駕駛任務中目標的探測與響應能力，能夠感知盾構掘進風險，并具備實時報警、提出建議的交互能力。L2有條件自動駕駛。在常規工程情境下，盾構掘進所有任務由盾構機決策并通過持續作業完成，盾構機具備執行動態駕駛任務中目標的最小風險策略。當無法實現控制目標時，需要人工介入操作。L3高度自動駕駛。常規和已知特殊工程情境下，盾構掘進所有任務由盾構機決策并通過持續作業完成，盾構機具備執行動態駕駛任務中目標的最小風險策略，并具備自主處置能力。當無法實現控制目標時，需要人工介入操作。L4完全自動駕駛。所有工程情境下，盾構掘進所有任務的決策由盾構機完成，盾構機具備執行動態駕駛任務中目標的最小風險策略，并具備自適應處置能力。無需人工介入操作。駕駛自動化等級劃分的技術條件應符合表A.1的規定。L0人工控制。L1D1T1S1L2R1D2T1S2M1L3R2D2T2S2M2L4R3D3T2S2M3啟用盾構自動駕駛功能前，適用條件應同時滿足：應依據盾構駕駛自動化正常運行的技術要求，評估盾構駕駛自動化控制系統和盾構機連接后各個要素的等級程度，依據表A.1確定盾構駕駛自動化所能達到的最高等級，并依據表A.2確定允許的應用情景。當盾構駕駛自動化控制系統與盾構機連接時，除了就6.1條核對以外，應對執行機構性能、信息和控制權交互進行核對。包括但不限于：附 錄 A（規范性）盾構駕駛自動化等級劃分與要素關系表表A.1規定了盾構駕駛自動化等級劃分與要素關系表。表A.1 構駛動等級分要關表等級要素L0級L1級L2級L3級L4級情境限制//R1R2R3自主決策D0D1D2D2D3任務執行T0T1T1T2T2安全監管S0S1S2S2S2人工介入M0M0M1M2M3附 錄 B（資料性）盾構駕駛自動化等級特征表表B.1給出了盾構駕駛自動化等級特征表。表B.1 構駛動等級征