科创解码｜对话王卫东：减压病？塌方风险？换刀机器人的破冰革命

今年是上海国际科创中心建设十周年，正在加快从“建框架”向“强功能”迈进。布局战略性新兴产业和未来产业，加快培育发展新质生产力，上海勇争先、走在前。发现更多的“科创之花”，结出更多的“产业之果”，是推出企业家访谈《科创解码》的初衷。在阿基米德传媒与宝山融媒体中心联手策划的第二季中，围绕宝山打造上海科创中心主阵地的目标，我们走进区内街镇、园区，对话成长中的科创带头人，科创解码｜对话王卫东：减压病？塌方风险？换刀机器人的破冰革命以媒体视角，探访应用场景、剖析创新案例、发现产业价值，解码其成长之道，助力构建科创“热带雨林”。

今天推出第2期

造地铁、穿山越河、铺水电管线……在地下空间作业时必不可少的一个大型设备就是盾构机。

盾构机到底是干嘛用的？简单说，用它挖隧道是隧道施工最安全的一种方式。尽管如此，盾构机施工中有一道工序却非常危险，那就是滚刀更换。

你能想象在狭窄黑暗潮湿的空间里工作有多难吗？你知道减压病吗？它又是否能治愈呢？

王卫东从事盾构行业二十多年，他深知更换滚刀的危险。他和团队致力于攻克国内外盾构机换刀自动化核心技术难题。现在进展到哪一步了？用人工智能替代危险作业，距离现实还有多远？我前往他们所在的宝山区科创一号人工智能产业园一探究竟。

王卫东毕业于上海交通大学动力机械系，从事盾构行业27年。谈及换刀这个工序，他很是感慨。他说，自己曾遇到一个真实的例子，一位换刀工人工作两年，40多岁牙齿都掉光了。这大概也是一个人换刀的极限。

而令牙齿掉光的根源便是减压病。目前国内外更换滚刀其实都是人工来做的。人要进入地下几十米深的空间里，而要维持住空间土体的稳定，得打进去2-3巴压缩空气。这样的高压、密闭空间对人体的伤害非常大，而且很多影响并不可逆。

现有的并且能做到的保护措施就是，控制人们的施工时长，一般控制在四个小时，时间太长伤害会更大。四个小时便会换人出来，而换出的人则转运到高压氧舱去休养。但这样的措施也只是相对减少伤害，并不能避免伤害。

滚刀位于隧道掘进机前部，用于切削硬土，是直接挖掘岩土的工具。它需要定期更换，从而保证施工质量和施工安全。在一些土质较硬的区域，更换的频次则会更高。滚刀是在前面，人员通道十分狭小，一旦发生塌方，很难逃生，后果难以想象。

王卫东说，更换滚刀关乎人的生命与健康，希望这样的工作，不用人去干。

国内首台盾构机换刀机器人

王卫东曾经也看到有相关业内人士探索换刀机器人技术，但种种原因，终究都未见面世。机缘巧合下，他结识了上海大学的袁建军教授。

一个熟知行业需求、一个深谙技术研发，机器人专家盾构行业专家的组合从零开始了破冰之旅。

2019年，项目团队发布了国内首台盾构机换刀机器人系统，攻克了滚刀装自动化、运动规划、伺服控制算法等核心技术难题。

到现在，经过迭代，第二代机器人样机也已经制造出来。

他们研发的换刀机器人安装在盾构机上方，可以穿过甬道，进行作业。换刀机器人换一把滚刀，只要24分钟。而以往人适应加压和减压的过程是非常慢的，如果人工从加压换刀，到减压，人再出来，最起码需4小时。

一个盾构机上一般有几十把滚刀，机器人因为不会受到压力影响，节约了大量时间。按一个盾构区更换2000把滚刀计算，可以节省70多天工期。另外滚刀非常重，人工进去要用起重工具搬出来，而机器人直接可以滚刀抓取出来。

比起一代，2.0版本的机器人还具备高压冲刷泥土的功能，更方便换刀的进行。

换刀机器人还可以探测前方的土体情况，减少塌方灾害、有毒气体的发生。

王卫东说，“它会是一个变革，对于大家的一些工作方式会有很大的影响。”而这应该就是研发人工智能的意义所在。

王卫东介绍，全球盾构机的产销量三分之二都在中国，他们很看好这片蓝海市场。

目前盾构机换刀机器人已具备应用于基础建设、地下掘进施工，以及大型高端装备制造等领域的基本条件。

未来

很长一段时间里，王卫东听到最多的就是“你这个用过吗”？今年五月底，首台盾构机换刀机器人已经交付，而下半年就将首次实地和人工同步施工，业内也将把目光都聚集在此。尽管已经在实验室试验过无数次、测算过各种数据，但他和袁教授对未知的地下施工环境还是慎之又慎。

不过，他们并不惧怕潜在的失败。面对未来，他们更是充满信心。目前换刀机器人还需要人工辅助更换刀盘上四分之一的滚刀。他们计划将来不断进行技术迭代，让换刀机器人彻底替代人工，研发出自动掘进机器人，运用到铁路隧道、公路隧道，甚至国防各个领域。我们也十分期待那一天快些到来。