《中国建筑能耗研究报告（2020）》数据显示，2018年全国建筑全过程碳排放总量为49亿吨，占全国碳排放比重的51%，建筑交通等领域的减碳已成为我国碳达峰、碳中和目标的关键一环。“十四五”规划纲要对实现碳达峰、碳中和与应对气候变化进行了全面部署，2021年国务院《关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》（国发【2021】4号）中也指出，“将生态环保理念贯穿交通基础设施规划、建设、运营和维护全过程”，深入推进建筑、工业、交通等领域低碳转型。在交通基础设施领域，工业化建造是实现绿色、低碳发展的重要途径，在绿色低碳发展背景下，隧道工程工业化建造也进行了大量的实践和创新。
隧道工程工业化建造的内涵和意义
联合国1974年出版的《政府逐步实现建筑工业化的政策和措施指引》中定义了建筑工业化，明确了发展方式是从手工业生产转向社会化大生产，基本途径是建筑标准化、构配件生产工厂化、施工机械化和组织管理科学化，目的是提高劳动生产率，加快建设速度，降低工程成本，提高工程质量。
不过，不同于地上建筑工程，隧道作为地下空间工程，以构件预制化为显著标志的建筑装配式并不完全于适用于隧道工程的工业化。在绿色低碳发展理念的指引下，隧道工程工业化建造是指将绿色发展理念融入隧道建造的全要素、全过程，以施工技术工业化、组织方式工业化、管理方法专业化为主要特征，通过工业化和信息化的深度融合，实现隧道工程绿色低碳可持续发展的新型建造生产方式。隧道工业化建造是隧道建造方式的重大变革，有利于降低能源消耗，减少环境污染，同时可以优化组织方式，提高生产效率，能够全面提升隧道工程绿色低碳发展水平，推进隧道交通工程全面落实国家碳达峰碳中和的重大决策。
▌1. 施工技术工业化
（1）预制装配式建造技术
“像搭积木一样建隧道”是预制装配式建造技术的直观描述，目前，在盾构法、明挖法和暗挖法隧道得到不同程度的应用，其中应用最成熟、最广泛的是盾构法隧道，其装配建造技术体系所涵盖的理论方法、标准规范、设计选型、工艺设备等已趋于完善。
明挖开挖方式下的预制装配式施工，其建造方式主要利用建筑装配式技术，在地下综合管廊方面进行了大量的实践。主要包括以下四种建造方式：
一是整节段预制装配式。管廊结构在预制工厂内分节段预制成型，现场拼装成整体。
二是拆分构件预制装配式。对于自重及外形尺寸过大的管廊结构，将每节管廊拆分为一片或几片，运输到现场组装。
三是叠合装配式。管廊结构采用现浇底板、双层叠合墙板和单层叠合顶板，墙板与底板、顶板通过预留钢筋搭接，通过在构件空腔灌注混凝土将管廊围合成整体。
四是叠合（组合）预制装配式。管廊结构采用现浇底板、预制墙板和叠合顶板，侧墙与底板通过杯槽节点连接，中隔墙与底板通过灌浆套筒连接，顶板与墙板通过预留钢筋搭接，后浇混凝土固定。
暗挖地铁隧道预制装配式衬砌技术在北京地铁6号线等工程得到了成功应用。隧道完成初期支护后，首先利用仰拱部位施作的混凝土导台对预制管片进行精准定位；然后对预制管片进行拼装，并通过纵、横向平直螺栓连接成整体；最后注浆填充二衬管片和初支的间隙，完成永久性支护。
暗挖山岭隧道预制装配式技术尚处于研究应用阶段，主要技术特征是将隧道拱墙、轨下结构、沟槽盖板等分模预制、分块安装，关键接头部件进行可靠连接。自2016年起，铁科院开展了该项技术的相关研究，并且在京张高铁清华园隧道、京沈重载试车段、郑万铁路罗家山隧道（基底结构）开展了系统研究、试用和实践，形成了初步的技术体系。2020年，日本清水建设联合多家企业开发的分割型预制装配式衬砌系统完成了施工性验证，该技术思路是把盾构隧道中的管片衬砌应用于山岭隧道。不过，目前尚无预制装配技术在整座隧道内的应用案例。不同于盾构隧道，基于新奥法开挖的山岭隧道从开挖期间围岩荷载的释放到运营期间围岩劣化等一系列力学参数的变化都不尽相同，装配式衬砌结构在隧道中的受力及其结构体系适应性等理论问题需要深入的探讨和研究，加之受工程地质、施工装备等条件的限制，山岭隧道中应用预制装配式技术还有大量的工作要做。
（2）隧道工装技术
在施工技术工业化中有一个误区，认为只有采用预制装配技术才是工业化。其实不然，在隧道施工作业中，采用专业化的设备或机具，进行连续快速施工的现浇作业，也应称为工业化。近几年，应用逐步广泛的隧道工装技术就是隧道施工技术工业化中的重要内容。
目前，隧道的工装设备主要应用于锚喷、防水板、仰拱衬砌、沟槽等部位作业，成套工装设备包括三臂凿岩台车、湿喷机械手、拱架安装机、防水板自动铺挂台车、液压自行式仰拱栈桥及沟槽模板台车等。通过工装设备的工具化、定型化和装配化，提高隧道的机械化作业水平，实现了“机械化换人”和“自动化减人”；发挥了“以工装保工艺、以工艺保质量”的作用，促进了施工安全标准化建设，符合绿色低碳的发展要求。并且，工装技术正向智能化和信息化方向发展。如某项目中研发的二衬智能信息化浇筑系统，包括台车端头柔性搭接及应力控制装置、透明伸缩式挡头模、混凝土自动控制布料系统、全自动插入式变频高频振捣装置、三维激光扫描仪、流量传感器、排气溢浆装置、红外夜视工业内窥镜、视频监控系统、智能台车控制中心，有效破解拱部脱空、衬砌厚度不足、混凝土不密实等施工难题。
▌2. 组织方式工业化
隧道的工业化施工组织方式中，呈现洞外工厂化加工和洞内车间式组装的典型特征。结合隧道的时间、空间和工序间的组织关系，基于隧道工装设备，总结形成的“一洞九线”的施工组织方式具备工业流水线的特点，包括地质预报作业线、预加固作业线、开挖作业线、初支作业线、仰拱作业线、防排水作业线、二衬作业线、养护作业线、沟槽作业线和工后检测线。
通过隧道内作业区段科学划分，遵循工序间逻辑关系，可以有效实现作业线间的穿插、衔接及搭接，结合与工装、人员等资源的配置，可以实现隧道内工序的工业化流转，促进作业面的提前交付，极大地提高生产效率，达到连续快速施工的生产目的。实践证明，工业化是一套高效、绿色、低碳的隧道建造技术，具有广阔的应用前景，同时也是隧道产业转型的重要契机。
▌3. 管理方法工业化
将工业化生产理论运用到隧道工程建设实践中，是隧道管理方法工业化的有益探索和尝试。不过，工业化生产并不只限于工业化建造方式，其管理理念同样适用于传统的建造方式，其目的是实现流程牵引下的零工时浪费、零库存、零浪费、零不良、零故障、零停滞和零事故。
隧道工业化管理的重点是精益建造方法在工程中的应用，核心思想在于“消除建造中的浪费，强化精简组织结构”和“不断改善工程项目的质量、成本和进度”。在进度管理上，运用准时制（JIT）模式，尽量把施工工序转换的间隔时间趋近于最小的状态，运用供应链管理把材料准时运到施工现场，运用并行工程（CE）做好工序的穿插和衔接，提高工程进度；在质量管理上，推行全面质量（TQM），运用5S现场管理和看板管理，提高一次成活率，降低质量风险；在成本管理上，尽力于彻底消除建造中的各种浪费，包括加工建造本身的浪费、管理协调失效造成的浪费等。
▌4. 信息化的应用
2020年住建部、发改委等13部门联合印发的《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》指出，发展建筑工业化要以数字化、智能化升级为动力，通过创新突破相关核心技术。信息化技术的应用为隧道工业化建造提供了强大的技术支撑，而基于信息技术的隧道工业化建造也是隧道智能建造的重要途径，是将现代信息技术（大数据、互联网和人工智能）与工业化建造技术及智能工装等深度融合，通过规范化建模、网络化交互、可视化认知、高性能计算及智能化决策支持，实现围岩的智能判识、智能设计、智能施工及智能管理，从而形成隧道建造的新模式。
目前，由于BIM技术具有可视化、模拟性、优化性的特点，其在隧道工程得到了进一步的应用。不过，与建筑工程不同，隧道工程具有“带状分布、与地形地质关系密切”等独特的特征，因此隧道工程BIM技术的应用不能完全照搬建筑业的BIM技术路线。同时，GIS（地理信息系统）是以地理空间数据为对象的软件技术，BIM技术GIS技术的融合是隧道信息化的重要方向。
在绿色低碳的发展背景下，工业化建造是隧道工程的必然方向和重要路径，而工业化建造的理论和内涵应进一步丰富，这样才能为隧道工业化建造的进一步应用开拓思路并提供理论支撑。
隧道工业化建造具有施工技术工业化、组织方式工业化、管理方法专业化等主要特征，通过工业化、智能化和信息化的“三化融合”，探索适用于智能建造与隧道工业化建造协同发展的新型组织方式，推动智能建造和工业化建造的协同发展。
隧道工程的工作介质是地层，情况复杂，不确定性强，对构件的标准化提出了挑战。不过，隧道的工业化建造要在传统的标准化、规范化、可控性和可测试性为主要特征的工业化思维的基础上，过渡为灵活性、敏捷性、个性化和用户友好的后工业化思维。从这一点上，隧道的工业化建造与“新奥法”要求的设计、施工和监测三位一体的动态作业模式是保持一致的。
积极把握数字化、网络化、智能化融合发展的契机，推进信息技术与隧道工业建造技术的深度融入，以信息化、智能化为杠杆带动隧道的转型升级。
隧道建造与其他工业产品制造一样，必须立足于产品的全寿命周期的经济技术性能和效益的最大化，以“消除一切浪费”为核心的精益建造思想将有助于推动绿色低碳理念在隧道建造工程的实施。
审核丨蔡敏、付寒梅
排版编辑丨王昕玥
本文作者孙忠成（老关），来自中铁十九局集团有限公司。文章所列内容仅代表作者观点，不代表攀成德立场。
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