換刀機器人出艙到達作業位置，准備開啟換刀作業。 　　范少文攝

　　近日，中國盾構行業再次實現新突破：全球首款重載智能盾構換刀機器人，順利完成帶壓換刀作業，成功“上崗”。

　　盾構機，被譽為地下“工程機械之王”，其穿江越海、與土體岩層較量，靠的是刀盤上的一把把刀具。然而，這些“鐵齒鋼牙”日復一日地切削岩石泥土，磨損極快，需要頻繁更換。因此，換刀決定了盾構隧道掘進的效率，是盾構施工中最“尋常”也最危險的工作。

　　換刀，之所以危險，主要在於作業人員需要進入比標准大氣壓高出數倍的開挖艙內工作。高壓下，人體容易出現“氮麻醉”，還可能面臨掌子面失穩的風險。

　　“國內帶壓換刀第一人”趙斌介紹，根據國內現行標准，常規帶壓換刀最大壓強為6巴，相當於水深60米的壓力，重重風險，讓這項工作被稱為在“刀尖上跳舞”。

　　2008年以前，進艙換刀只能請外國工程師進行，一次花費60萬元。趙斌成功完成國內首次6巴帶壓換刀后，我國才完全解鎖這項核心技術。

　　然而，帶壓換刀依然是一場“極限挑戰”，單組人員每次進艙換刀有效作業時間僅20到40分鐘，之后必須進行數小時減壓，至今仍面臨人員風險高、作業效率低、成本居高不下等困難。

　　有沒有辦法破解帶壓換刀難題呢？

　　中國工程師們首先嘗試了“常壓換刀”。所謂“常壓換刀”，就是讓操作人員在不承受額外壓力的常壓環境下完成刀具更換。

　　這一原理，說起來簡單，做起來卻需要對刀盤結構進行根本性變革。簡單來說，工程師們需要給刀具安裝一個可獨立拆裝的“安全隔離艙”，讓作業人員無需進入前方的開挖艙內，在刀盤后方的常壓艙室內，從容地為盾構機更換“牙齒”。

　　然而，一個個刀具“安全隔離艙”的設置，不可避免會佔據空間，導致刀盤所能布置的刀具變少，難以適應復雜地質高效掘進要求。

　　“常壓換刀”技術之外，有沒有可能讓機器代替人去換刀呢？

　　2020年，中鐵十四局組建技術攻關團隊。彼時，全球范圍內，盾構換刀機器人還沒有一例成熟的工程應用。

　　團隊埋頭干了6年，最終研制出全球首款重載智能盾構換刀機器人。這款機器人擁有11個獨立、可控的活動關節，負載能力達到500公斤。憑借靈活伸縮的結構，以及強大的“臂力”，可以輕鬆覆蓋10米至18米級超大直徑盾構機的刀盤，滿足各類刀具的換刀需求。

　　這款機器人除了“手臂”靈活、“手掌”有力，還擁有“聰明大腦”。其搭載了3D紅外機器視覺定位系統，能在昏暗潮濕的艙內快速掃描識別每一把刀具的位置和磨損狀態，定位精度控制在1毫米以內﹔數字孿生智慧管控系統，則可以自動規劃最優換刀順序和機械臂運動路徑。

　　“依托‘聰明大腦’，換刀機器人單把滾刀更換時間隻需25至40分鐘，效率提升50%以上。”中鐵十四局智能換刀機器人項目負責人劉四進介紹，最關鍵的是全程艙內無人。

　　不僅如此，機器人整機軟硬件實現100%國產化，擁有完全自主知識產權，目前已申報專利30余項、軟件著作權7項。

　　中國工程院院士錢七虎評價道，智能換刀機器人的研發在安全、效率、成本等方面取得成效，為我國交通工程裝備自主化、無人化、智能化發展探索了全新路徑。

　　《 人民日報 》（ 2026年07月22日 18 版）