TSAITA 002-2023 盾構(gòu)機(jī)駕駛自動(dòng)化分級

ICS35.240.50CCSP97T/SAITA團(tuán) 體 標(biāo) 準(zhǔn)T/SAITA002—2023盾構(gòu)機(jī)駕駛自動(dòng)化分級Taxonomyofdrivingautomationforshieldmachine2023-12-25發(fā)布 2024-01-01實(shí)施上海市工智術(shù)協(xié)會 發(fā)布T/SAITA002T/SAITA002—2023II目 次前言 II引言 III1范圍 12規(guī)性用件 13術(shù)和義 14駕自化分則 3分據(jù) 3級分 35駕自化分素 3動(dòng)程判要素 3境制 3主策 3務(wù)行 4全管 4工入 4級述 5術(shù)件 56駕自化施求 6用圍制 6構(gòu)技要求 6附A規(guī)性）盾構(gòu)駛動(dòng)等劃與要關(guān)表 7附B資性）盾構(gòu)駛動(dòng)等特表 7參考文獻(xiàn) 7T/SAITA002T/SAITA002—2023IIII前 言本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。本文件由上海市人工智能技術(shù)協(xié)會提出。本文件由上海市人工智能技術(shù)協(xié)會歸口。本文件起草單位：上海隧道工程有限公司、上海大學(xué)、上海城建隧道裝備有限公司、上海地鐵盾構(gòu)設(shè)備工程有限公司、同濟(jì)大學(xué)、上海申通地鐵建設(shè)集團(tuán)有限公司、上海城投公路投資（集團(tuán)）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(lǐng)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(zhèn)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(gòu)機(jī)駕駛自動(dòng)化指盾構(gòu)機(jī)通過感知、評價(jià)和自主決策等一系列手段，自動(dòng)執(zhí)行巖土開挖、盾構(gòu)掘進(jìn)、同步注漿和盾尾油脂壓注等作業(yè)環(huán)節(jié)，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(wù)。盾構(gòu)機(jī)駕駛自動(dòng)化是當(dāng)前地下掘進(jìn)設(shè)備研發(fā)和智能施工的研究熱點(diǎn)，也是未來地下工程智慧化發(fā)展的必然趨勢。本標(biāo)準(zhǔn)填補(bǔ)我國在盾構(gòu)機(jī)自動(dòng)駕駛標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)域建設(shè)的空白，可為研究人員明確研究目標(biāo)和方向，有助于推動(dòng)盾構(gòu)行業(yè)技術(shù)創(chuàng)新，有利于盾構(gòu)機(jī)自動(dòng)駕駛的研究成果應(yīng)用落地，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)產(chǎn)業(yè)生態(tài)的能級提升。本文件規(guī)定了盾構(gòu)機(jī)駕駛自動(dòng)化等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，適用于各類土壓平衡盾構(gòu)機(jī)和泥水平衡盾構(gòu)機(jī)的L0-L4T/SAITA002T/SAITA002—2023PAGEPAGE1盾構(gòu)機(jī)駕駛自動(dòng)化分級范圍本文件規(guī)定了盾構(gòu)機(jī)駕駛自動(dòng)化劃分要素、等級劃分和實(shí)施要求。本文件適用于各類土壓平衡盾構(gòu)機(jī)和泥水平衡盾構(gòu)機(jī)的駕駛自動(dòng)化等級劃分，不涉及管片拼裝和渣土運(yùn)輸?shù)茸鳂I(yè)環(huán)節(jié)。下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)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(yīng)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(jìn)機(jī)術(shù)語和商業(yè)規(guī)格GB∕T34651-2017全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)—土壓平衡盾構(gòu)機(jī)GB∕T35019-2018全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)—泥水平衡盾構(gòu)機(jī)GB∕T50446-2017盾構(gòu)法隧道施工及驗(yàn)收規(guī)范GB∕T51438-2021盾構(gòu)隧道工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)GB∕T34354-2017界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1盾構(gòu)機(jī)Shieldmachine在鋼殼體保護(hù)下完成隧道掘進(jìn)、出渣、管片拼裝等作業(yè)，由主機(jī)和后配套設(shè)備組成的全斷面推進(jìn)式隧道施工機(jī)械設(shè)備，也稱盾構(gòu)。根據(jù)開挖面的穩(wěn)定方式，分為土壓平衡式盾構(gòu)、泥水平衡式盾構(gòu)、敞開式盾構(gòu)和氣壓平衡式盾構(gòu)。3.2盾構(gòu)駕自化 Shieldmachinedrivingautomation盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過程中通過感知評估自主規(guī)劃掘進(jìn)策略，自動(dòng)完成巖土挖排、盾構(gòu)掘進(jìn)、姿態(tài)糾偏、同步注漿和盾尾油脂壓注、渣土改良等作業(yè)過程，實(shí)現(xiàn)對隧道軸線、地面沉降和工程安全的有效控制。3.3盾構(gòu)掘進(jìn)ShieldAdvancing盾構(gòu)機(jī)駕駛自動(dòng)化作業(yè)之一，指盾構(gòu)機(jī)根據(jù)規(guī)劃的路徑前行，推進(jìn)油缸自動(dòng)執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作，通過位置移動(dòng)和姿態(tài)校正，滿足隧道工程軸線設(shè)計(jì)要求。3.4巖土挖排RockandSoilExcavation盾構(gòu)機(jī)駕駛自動(dòng)化作業(yè)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(gòu)姿態(tài)糾偏ShieldmachineAttituderectification盾構(gòu)機(jī)駕駛自動(dòng)化作業(yè)之一，指盾構(gòu)機(jī)根據(jù)決策階段設(shè)定位置和姿態(tài)控制目標(biāo)，通過調(diào)節(jié)盾構(gòu)機(jī)各區(qū)域推進(jìn)壓力或千斤頂推進(jìn)壓力等姿態(tài)控制裝置糾偏，使得盾構(gòu)機(jī)按照規(guī)劃路徑前進(jìn)。3.6同步注漿SynchronousGrouting盾構(gòu)機(jī)駕駛自動(dòng)化作業(yè)之一，指盾構(gòu)機(jī)按照決策所設(shè)定漿液配比和注漿分布，在盾構(gòu)掘進(jìn)的同時(shí)，調(diào)節(jié)各注入點(diǎn)的注入速度，達(dá)到設(shè)定的注漿量和注漿壓力要求。3.7渣土良 Muckconditioning土壓平衡盾構(gòu)機(jī)駕駛自動(dòng)化中的作業(yè)之一，指盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)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(wěn)定，并提高掘進(jìn)的效率。3.8隧道線制 TunnelAxisControl盾構(gòu)機(jī)駕駛自動(dòng)化任務(wù)之一，對隧道縱向中心線路位置進(jìn)行控制，使其與設(shè)計(jì)要求相一致。軸線控制涉及的作業(yè)任務(wù)包括：盾構(gòu)掘進(jìn)和盾構(gòu)姿態(tài)糾偏。3.9地面沉降控制SettlementControl盾構(gòu)機(jī)駕駛自動(dòng)化任務(wù)之一，對盾構(gòu)掘進(jìn)影響區(qū)域的土體變形程度進(jìn)行控制，使地表變形值在施工安全允許的范圍內(nèi)。沉降控制涉及的作業(yè)包括：巖土挖排、同步注漿和渣土改良。3.10工程境 EngineerngScenario盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中，所面對的隧道設(shè)計(jì)軸線線形、構(gòu)筑物保護(hù)要求、覆土厚度、隧道所處位置的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)等工況條件。3.11人工入 HumanIntervention盾構(gòu)機(jī)自動(dòng)駕駛過程中，因自動(dòng)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(shí)，需由人工代替駕駛自動(dòng)化控制系統(tǒng)完成相應(yīng)的任務(wù)。3.12安全監(jiān)管SafetySupervision盾構(gòu)機(jī)自動(dòng)駕駛過程中，利用感知和測量設(shè)備，對盾構(gòu)機(jī)本體、周邊環(huán)境、隧道本體的安全情況進(jìn)行監(jiān)視、分析，評估其風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，給出相應(yīng)報(bào)警，從風(fēng)險(xiǎn)可接受原則出發(fā)，改變控制參數(shù)，在必要時(shí)進(jìn)行停止自動(dòng)駕駛的動(dòng)作。3.13感知和評價(jià)SensingandEvaluation盾構(gòu)機(jī)駕駛自動(dòng)化關(guān)鍵步驟之一，采用各種傳感設(shè)備和監(jiān)測手段及時(shí)獲取盾構(gòu)掘進(jìn)過程的盾構(gòu)姿態(tài)、隧道軸線、地面變形和隧道滲漏等狀態(tài)變化，以感知信息為基礎(chǔ)，對軸線、沉降和密封的控制情況進(jìn)行評價(jià)。3.14自主決策Self-DecisionMaking盾構(gòu)機(jī)駕駛自動(dòng)化關(guān)鍵步驟之一，采用人工智能的方法，對盾構(gòu)掘進(jìn)階段策略及目標(biāo)進(jìn)行自主決3.15任務(wù)執(zhí)行TaskCompletion通過執(zhí)行盾構(gòu)機(jī)各作業(yè)任務(wù),包括但不限于：盾構(gòu)掘進(jìn)、巖土挖排、盾構(gòu)姿態(tài)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(biāo)。盾構(gòu)駕駛自動(dòng)化等級依據(jù)5.1的自動(dòng)化程度判定要素及其等級組合進(jìn)行劃分。盾構(gòu)駕駛自動(dòng)化等級分為五級：0L0；1L1；2L2；3L3；4。盾構(gòu)駕駛自動(dòng)化基于下列自動(dòng)化程度判定要素進(jìn)行等級劃分：（R1-R3）1表1 情限等表R1R2R3常規(guī)工程情境常規(guī)和已知特殊工程情境所有情境注1：常規(guī)工程情境是指隧道工程設(shè)計(jì)時(shí)已確認(rèn)不屬于特殊地段的作業(yè)環(huán)境。注2：已知特殊工程情境是指在隧道工程設(shè)計(jì)時(shí)已確認(rèn)的特殊作業(yè)環(huán)境，且此類作業(yè)環(huán)境已有盾構(gòu)法隧道施工成功完成的經(jīng)驗(yàn)或報(bào)道。特殊地段見GB/T50446-2017《盾構(gòu)法隧道施工及驗(yàn)收規(guī)范》。注3：所有情境是指隧道工程施工時(shí)，盾構(gòu)機(jī)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(gòu)自主駕駛系統(tǒng)決策為輔盾構(gòu)自主駕駛系統(tǒng)決策為主，人工決策為輔盾構(gòu)自主駕駛系統(tǒng)決策注1：注3：D1等級是指采用盾構(gòu)機(jī)駕駛自動(dòng)化系統(tǒng)，完成自主決策環(huán)數(shù)比例小于等于50%。注4：D2等級是指采用盾構(gòu)機(jī)駕駛自動(dòng)化系統(tǒng)，完成自主決策環(huán)數(shù)比例大于50%且小于等于95%。注5：D3等級是指采用盾構(gòu)機(jī)駕駛自動(dòng)化系統(tǒng)，完成自主決策環(huán)數(shù)比例大于95%。注1：注3：D1等級是指采用盾構(gòu)機(jī)駕駛自動(dòng)化系統(tǒng)，完成自主決策環(huán)數(shù)比例小于等于50%。注4：D2等級是指采用盾構(gòu)機(jī)駕駛自動(dòng)化系統(tǒng)，完成自主決策環(huán)數(shù)比例大于50%且小于等于95%。注5：D3等級是指采用盾構(gòu)機(jī)駕駛自動(dòng)化系統(tǒng)，完成自主決策環(huán)數(shù)比例大于95%。注6：自主決策率按照盾構(gòu)掘進(jìn)目標(biāo)設(shè)定時(shí)的自主決策環(huán)數(shù)占總環(huán)數(shù)的比例進(jìn)行計(jì)算。（T0-T2）3表3 任執(zhí)等表T0T1T2無斷續(xù)完成任務(wù)連續(xù)完成任務(wù)注1：任務(wù)執(zhí)行等級宜按照任務(wù)中斷次數(shù)進(jìn)行劃分。注2：T0等級是指未采用盾構(gòu)機(jī)駕駛自動(dòng)化系統(tǒng)或者采用盾構(gòu)機(jī)駕駛自動(dòng)化系統(tǒng)每百米中斷次數(shù)大于5次。注3：T11注4：T21注5：中斷次數(shù)是指自動(dòng)掘進(jìn)模式轉(zhuǎn)換為人工模式的次數(shù)，每切換一次記為一次。(S0-S24表4 安監(jiān)等表S0S1S2無自動(dòng)安全評估和警示（M0-M3）5表5 人介等表M0M1M2M3人工駕駛間歇發(fā)生人工介入偶爾發(fā)生人工介入極少發(fā)生人工介入注1：人工介入程度按照駕駛自動(dòng)化率宜進(jìn)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(dòng)化率宜進(jìn)行如下劃分：注2：M050%。注3：M15080注3：M28095注4：M395注5：駕駛自動(dòng)化率按照自動(dòng)駕駛環(huán)數(shù)除以盾構(gòu)總掘進(jìn)環(huán)數(shù)進(jìn)行計(jì)算。L0人工駕駛。所有工程情境下，盾構(gòu)掘進(jìn)主要任務(wù)的決策和執(zhí)行由人完成。盾構(gòu)機(jī)具備基礎(chǔ)的執(zhí)行動(dòng)態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)中目標(biāo)的探測與響應(yīng)能力，但不具備感知盾構(gòu)掘進(jìn)風(fēng)險(xiǎn)的能力。L1輔助駕駛。所有工程情境下，盾構(gòu)掘進(jìn)主要任務(wù)的決策由人完成。盾構(gòu)機(jī)具備執(zhí)行動(dòng)態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)中目標(biāo)的探測與響應(yīng)能力，能夠感知盾構(gòu)掘進(jìn)風(fēng)險(xiǎn)，并具備實(shí)時(shí)報(bào)警、提出建議的交互能力。L2有條件自動(dòng)駕駛。在常規(guī)工程情境下，盾構(gòu)掘進(jìn)所有任務(wù)由盾構(gòu)機(jī)決策并通過持續(xù)作業(yè)完成，盾構(gòu)機(jī)具備執(zhí)行動(dòng)態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)中目標(biāo)的最小風(fēng)險(xiǎn)策略。當(dāng)無法實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)時(shí)，需要人工介入操作。L3高度自動(dòng)駕駛。常規(guī)和已知特殊工程情境下，盾構(gòu)掘進(jìn)所有任務(wù)由盾構(gòu)機(jī)決策并通過持續(xù)作業(yè)完成，盾構(gòu)機(jī)具備執(zhí)行動(dòng)態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)中目標(biāo)的最小風(fēng)險(xiǎn)策略，并具備自主處置能力。當(dāng)無法實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)時(shí)，需要人工介入操作。L4完全自動(dòng)駕駛。所有工程情境下，盾構(gòu)掘進(jìn)所有任務(wù)的決策由盾構(gòu)機(jī)完成，盾構(gòu)機(jī)具備執(zhí)行動(dòng)態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)中目標(biāo)的最小風(fēng)險(xiǎn)策略，并具備自適應(yīng)處置能力。無需人工介入操作。駕駛自動(dòng)化等級劃分的技術(shù)條件應(yīng)符合表A.1的規(guī)定。L0人工控制。L1D1T1S1L2R1D2T1S2M1L3R2D2T2S2M2L4R3D3T2S2M3啟用盾構(gòu)自動(dòng)駕駛功能前，適用條件應(yīng)同時(shí)滿足：應(yīng)依據(jù)盾構(gòu)駕駛自動(dòng)化正常運(yùn)行的技術(shù)要求，評估盾構(gòu)駕駛自動(dòng)化控制系統(tǒng)和盾構(gòu)機(jī)連接后各個(gè)要素的等級程度，依據(jù)表A.1確定盾構(gòu)駕駛自動(dòng)化所能達(dá)到的最高等級，并依據(jù)表A.2確定允許的應(yīng)用情景。當(dāng)盾構(gòu)駕駛自動(dòng)化控制系統(tǒng)與盾構(gòu)機(jī)連接時(shí)，除了就6.1條核對以外，應(yīng)對執(zhí)行機(jī)構(gòu)性能、信息和控制權(quán)交互進(jìn)行核對。包括但不限于：附 錄 A（規(guī)范性）盾構(gòu)駕駛自動(dòng)化等級劃分與要素關(guān)系表表A.1規(guī)定了盾構(gòu)駕駛自動(dòng)化等級劃分與要素關(guān)系表。表A.1 構(gòu)駛動(dòng)等級分要關(guān)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(wù)執(zhí)行T0T1T1T2T2安全監(jiān)管S0S1S2S2S2人工介入M0M0M1M2M3附 錄 B（資料性）盾構(gòu)駕駛自動(dòng)化等級特征表表B.1給出了盾構(gòu)駕駛自動(dòng)化等級特征表。表B.1 構(gòu)駛動(dòng)等級征