当地铁在狭长而漆黑的隧道里穿梭，有没有那么一刹那，你会对车厢外狭长而漆黑的隧道产生一丝恐惧：隧道中其实有很多潜伏的危险，随时可能阻断你的行程？

事实上，由于外力干扰和管片老化，地铁隧道掉块、错台、渗漏、裂缝的情况都曾发生。为了让旅程不再危险，北京工业大学城市建设学部副教授鲍艳辅导的“隧道之眼”科研团队一直致力于通过现代测绘手段和土木工程技术相结合的方式，研发智能化检测手段和检测方法。

如今，他们的项目“隧道之眼-地铁隧道智能检测系统”已经通过行业鉴定并在部分城市的地铁线路隧道上进行了实际检验，为地铁安全护航。

创新“体检”方法和手段，让地铁运营维护更安全便捷

鲍艳原本的专业是现代测绘技术的发展及运用。随着近些年学科交叉融合趋势的发展，在学校统一安排下，她所在的城市建设学部将现代技术嫁接到传统优势学科上，力争在前沿学科、交叉学科建设方面取得新突破。

在学部的大力支持和团队的协作配合下，鲍艳也将研究领域扩大到工程领域，通过招收工程专业研究生、申请工程领域新测绘技术运用的课题等方式，力争用现代测绘技术对传统工程进行赋能，取得科研和应用的新突破。

地铁隧道病害检测的现代化技术和方法就是她的重点研究课题之一。

近年来，随着国家大力倡导和技术日趋成熟，我国城市轨道交通建设发展势头迅猛。截至2020年底，我国城市轨道交通运营总里程达7545.5km，其中新增运营里程1240.3km。鲍艳敏锐地发现，随着运营里程快速攀升，确保地铁隧道安全的传统人工检测方式显得越来越力不从心。

确立研究课题前，鲍艳多次单独或带队到地铁运维检修现场调研。

与宽敞明亮的地铁站台不同，隧道不仅空间有限、通风条件较差，而且缺乏外部光源，狭长的隧道中只有亮度极低的灯光为检修人员正常行进提供最基本的保障。若是发生管片掉块、渗漏、裂缝等病害，只能依靠自带的强光手电进行照明。不仅如此由于地铁的轨道情况复杂，经常伴有大量管线，因此局部漏电等问题很难避免，不仅检修人员巡检时必须穿绝缘鞋，而且累了也绝不允许坐下，否则极有可能遇到生命危险。

并且，目前国内绝大部分的地铁隧道安全检测仍然依靠原始的人工方式，不仅巡检工人们需要随身携带大量的专业工具，而且由于外部环境恶劣、作业空间逼仄，即便相关人员极为认真地使用卡尺、塞尺等专业工具进行测量，所得到也只能为近似数据，作为判断病害的依据精度太低，误差较大。

不仅如此，由于隧道检修必须在地铁停运的3小时左右“天窗期”内进行，因此这种人工检测的方法只能采取抽检方式，无法做到应检尽检，对于地铁这种位于地下、行驶速度极快的交通工具而言，一旦未能发生安全隐患而导致病害发生，必然导致严重后果。

鲍艳清楚地记得，一次检修结束后，检修人员发现有一瓶水落在隧道里。隧道里各种电路、管线错杂，一瓶水是极大的安全隐患。一旦被疾驶的地铁撞破溢出，不但影响正常运营，还可能造成严重损失。所有在场人员立即重新穿上绝缘鞋、反光背心，戴上安全帽返回隧洞寻找。大家在昏暗的环境中争分夺秒，好不容易赶在地铁恢复运营前找到这瓶水并带了出来。虽然危险最终被排除了，但大家回想起来还是心有余悸。这也让鲍艳坚定了研制出一种方便迅捷的隧道检测方法、为检修人员减轻工作负担的初心。

但与此同时，目前国内最先进的检测手段，是花费巨资从国外引进的人力检测机器，但是这个机器不但成本很高，而且存在复杂隧道情况测不准、精度不理想、出报告慢等诸多不足，只有立足自身实际进行科研攻关，才能改变地铁隧道安全检测工作中的种种不足，让全国近8000km长的地铁隧道实现检测智能化、运维智慧化。

按照现有技术规范，全国轨道运营强制性检查的市场估值在每年700亿元左右，随着运营里程的增加，这个数字还有望增长。抛开经济效益不说，如果真能通过科学研究实现检测手段的国产化和自主化，那么就可以打破国外产品在隧道机器检测技术上的垄断，实现国产技术突围。

鲍艳和团队下定决心：做下去，义无反顾地做下去。

及时调整思路，真正解决问题的方法才是好方法

为了把项目做扎实，课题正式立项前，鲍艳带团队深入地铁隧道开展实地体验，亲眼看一看隧道环境的恶劣、动手试一试人工检测的繁杂。

李文海是鲍艳团队的资深成员，从2019年起就频繁往返于实验室和地铁隧道之间。第一次下隧道的情景，他回想起来仍历历在目：半夜12：00，地铁已停止运营。喧嚣的地下大动脉终于迎来一天中最安静的时刻。李文海和同学扛上三维激光扫描仪、工业相机、计算机等设备，跟着老师来到地铁站。与白天的行人如织相比，此时的地铁站简直是另一个世界：人员严格管控，未得到批准，连一片纸也不能下隧道。李文海他们按规定穿戴好后站成一排，听安全员宣读下隧操作规定并在上面签名。这张带有签名的规定作为安全责任凭证，被管理人员回收存档。第一次经历这些，李文海觉得有些繁琐。正当他准备下隧时，师兄拦住了他。原来手续还没完，下隧的人和设备必须拍张照，等工作结束时还要对着照片检查一遍，确认隧道内无遗失物后才可放行。下隧前的这一系列准备工作完成后，时间已经到了凌晨1：00。要知道，为了确保安全，凌晨3：00是他们结束实验的最后时限。在每一次都只有2个小时的时间内，他们必须争分夺秒才能完成实验项目。和他们一起下隧洞的还有地铁检修人员。他们也同样要在这段时间内完成相当长度的隧洞检查维护，工作难度之大不难想象。

察看现场环境、查阅相关资料、分组科研攻关、实验获取数据、不断改进算法……经过一年多的探索，鲍艳带团队逐渐摸索出一套利用架站式三维激光扫描仪进行地铁隧道病害检测的有效方法。这种方法依托现有成熟设备，结合团队独创算法，可以有效对隧洞病害进行检测、预防且费用较低。用户单位出具的使用报告也表明，他们的方法具有很多优点，市场前景广阔。

不过，中国幅员辽阔、地区差异显著，每个城市的轨道交通都有不同的特点。目前这种检测方式虽然可行，但与巨大的市场需求量相比、与快速精准检测的要求相比还存在很不足。鲍艳决定，继续深化研究，攻克基于移动式三维激光扫描技术的难题。

从字面上看，固定与移动仿佛只是一词之差，但是内行都知道，这不仅意味着使用的硬件设备不同、扫描方式不同，由此带来的数据提取、数据识别、数据分析、病害确定等核心算法全都要做根本性的改变，难度之大不亚于重新开始一个新的项目。

为了验证自己的看法、坚定团队的信心，鲍艳利用参加行业研讨交流的机会，向中国城市轨道交通协会委员会副主任、北京市轨道交通学会常务副会长杨广武求证。杨广武详细听取项目介绍、查看实验资料后表示赞同：“由于地铁隧道的特殊环境和检测时间受限等特性，虽然移动式激光扫描方法难度更大，但与固定架站式相比，不仅效率高，而且应用的广泛性、便利性、精确度也会大大提高。”

得到权威的肯定，鲍艳再次组织团队成员座谈交流，大家再一次坚定信心：做下去，义无反顾地做下去。

攻克移动扫描技术难关，做地铁隧道检测技术的执牛耳者

科学研究和排兵布阵一样，不能光埋头研究，还要了解对手、掌握战场态势。为了研制出适合国情的先进检测方法，鲍艳积极与国内多个城市的轨道交通指挥部门联系，介绍项目的情况和特色，争取现场实验机会。她还通过科研合作单位拓展实验渠道，为团队争取到了很多宝贵的机会。团队的技术不仅在北方较好地质结构下得到验证，也在多水、少石的南方城市得到检验。

由固定架站式三维激光扫描方法转变为移动式激光扫描方法，硬件重新选取、集成的难度不算大，关键是数据处理的算法需要全部重新编写。固定架站式设备一次扫描可以得到一定的球面区域数据，移动式设备扫描出的数据呈螺旋线状轨迹，数据特征的不同导致提取算法完全不同，大部分软件需要重新开发。团队成员为了开发出合适的算法，纷纷查找文献、上网检索、请教名师，并且为了从根源上保证自主可控，他们还利用业余时间自学相关编程语言，以冲锋的姿态行进在科研一线。

实验过程中，团队成员常常遇到这样那样的困难：在隧道里辛辛苦苦半天收集来的点云数据，导入计算机后半天不见动静，原来设定程序时将精度值设得过高，超出了计算机的处理能力；由于缺乏实操经验，为进行点云数据拼接而布放的标靶位置不合理，受到现场复杂环境干扰后，点云数据无法有效拼接，难以形成整体报告；没有考虑隧道实际施工与设计图纸的偏差，“偷懒”按图纸开发的算法在现场检测无效，数据获取普遍产生误差……大家通过实践明白了一个道理：无论多么优秀的设计，无论考虑得多么周全，在现场实际操作过程中也无法杜绝问题。

就这样，用实际行动践行着“不息为体、日新为道”的北工大校训精神，团队取得了一个又一个扎实的进步：基于点云数据提取盾构隧道管片张开量的方法申请国家发明专利，基于点云数据提取圆形盾构隧道中轴线高程的方法申请国家发明专利，基于移动点云数据的智能分析盾构隧道环间错台量的方法申请国家发明专利……每申请一个新的专利，就意味着他们的创新创造又上了一个台阶、项目的技术含量又加重了一分。

艰苦的努力终见成效——“隧道之眼-地铁隧道智能检测系统”。

这套系统通过里程计记录里程信息、惯性导航系统解决自行驶机器人行驶中的定姿定位，协同三维激光扫描仪扫描隧道，使采集的多源数据位于同一时空基准；融合具有自主知识产权的四个点云解译算法模块能自动识别地铁隧道病害，为地铁隧道建设全生命周期健康检测提供详尽资料。它的检测效率比人工检测方法提高数十倍，病害识别率达90%以上，节省了大量人力、物力。

目前，该项目已经在数条国内城市地铁隧道安全检测中发挥了实际作用。当检修工人们看到这套设备只由一人辅助操作，十几分钟就可以完成他们以往多人数小时才能完成的工作时，既惊讶又高兴。摆放自行走机器人、装上扫描仪、连上计算机、按下按钮……就这样轻松几个步骤，他们再也不用辛辛苦苦在昏暗隧道中小心翼翼地一边巡检、一边还要注意自身安全。短短几分钟时间，连绵不断的数据就在计算机屏幕上显示出来。仅用一天时间，海量的数据就能被彻底解读并形成可视化的检测报告，真正实现隧道检测手段的信息化、数字化、智能化。

攻关成功后，鲍艳和团队的努力仍在继续。她们致力于让更多的地铁人和地铁项目知道这项技术、信任这项技术、运用这项技术，把科研成果写在祖国的每一条地铁隧道里……