水工隧洞在国家水网和重大水电工程建设中得到了广泛采用，对于实现水能资源优化配置、满足生态环境保护要求等具有关键作用。现阶段，新一代信息技术将传统建筑行业推到变革的关键关口，人工智能、大数据、机器人等技术对传统水工隧洞建设方式带来巨大冲击。此外，“新质生产力”的发展也对水工隧洞的全生命期中的活动和任务的实现提出创新性要求。在这一背景下，基于水工隧洞建设中的存在的文本、图像和时间序列等多源异构数据，如何实现灵活高效的决策制定、推动产业创新成为亟待解决的问题。为此，我校博彩网 任旭华教授团队围绕国家重大需求、行业变革前沿，在水工隧洞设计自动合规性审查、支护方案智能模拟、工程安全评估的代理模型构建等方面取得一定创新成果。
1．建立了半自动化的隧洞设计模型合规性审查框架
针对传统设计图纸审查需要设计师主观理解规范文本的语义，存在效率低下，并且可能引入潜在的错误等问题。提出基于规则的规范文本翻译方法，将自然语言表示的条款转换为可计算格式，为计算机理解规范文本提供基础；针对现阶段深度学习模型直接翻译规范文本忽略了领域知识的问题，提出了一种基于本体的知识注入方法，以增强模型翻译规范文本的性能；设计了一个半自动化的模型合规性审查平台，集成BIM设计信息和可计算格式的规范文本，以辅助工程师实现模型审查（图1）。
图1 设计规范文本翻译和审查框架
针对设计和施工阶段的隧洞稳定性分析，常规的计算方式难以实现与施工进度相适应的数值模拟，设计了一个集成施工仿真、围岩稳定分析和支护方案优化的平台，有效促进了施工进度信息和数值模型信息的语义交互，为施工方案制定提供支持；针对复杂本构模型的数值计算过程需要消耗大量的时间成本问题，采用基于U-Net架构的深度学习模型构建代理模型。将力学参数和变形场数据转为图像格式输入深度学习模型，实现“物理场”数据的预测，相比于常规的时空序列预测模型，能够提供高效的地层稳定评估解决方案（图2）。
图2 耦合施工进度的稳定性分析平台和变形场预测代理模型
3．建立了盾构机施工参数预测和施工质量评估模型
针对现阶段盾构机施工参数决策主要依赖操作手的经验，存在效率低的问题，提出了一个盾构机施工参数预测流程，包括数据去噪和参数预测两部分。数据去噪阶段中，采用改进变分模态分解算法，有效地去除了盾构机在振动环境中可能引入的噪声干扰；设计了一个混合深度学习模型，实现对去噪后多维度施工参数的预测；针对传统的施工质量评估自动化水平低的问题，利用三维激光扫描技术，提出了一个基于点云的隧洞变形检测和重构流程。根据扫描获得的竣工隧洞表面信息，设计截面点云切片和参数拟合算法，以可视化的形式评估隧洞变形；利用计算机图形学，根据管片接缝信息实现点云分割，从而为竣工隧洞三维重构提供几何信息（图3）。
图3 盾构施工参数预测模型和施工质量检测模型
上述研究工作主要由我校博彩网 任旭华教授、张继勋副教授、21级博士研究生张玉贤、22级研究生王虞清等共同完成，得到了国家自然科学基金联合基金(U1765204)、云南省重大科技项目等资助，系统成果发表在多个交叉领域顶级期刊，成果已成功应用于西霞院灌区穿沁隧洞、固增水电站引水隧洞和滇中引水等重大工程项目，经济、社会、生态效益显著，推广应用前景广阔。
代表性文献成果：
[1] Yuxian Zhang, Xuhua Ren, Stefan Fuchs and Robert Amor，A Knowledge Injection Method for Supporting Automated Compliance Checking of Shield Tunnel Designs [J]，Advanced Engineering Informatics，2025，68：103781
[2] Yuxian Zhang, Xuhua Ren, Jixun Zhang, Yuzhe Zhang and Zichang Ma，A Novel Workflow Including Denoising and Hybrid Deep Learning Model for Shield Tunneling Construction Parameter Prediction [J]，Engineering Applications of Artificial Intelligence，2024，133：108103
[3] Yuxian Zhang, Jixun Zhang, Changsheng Wang and Xuhua Ren，An Integrated Framework for Improving the Efficiency and Safety of Hydraulic Tunnel Construction [J]，Tunnelling and Underground Space Technology，2023，131：104836
[4] Yuxian Zhang, Xuhua Ren, Jixun Zhang and Zichang Ma，A Method for Deformation Detection and Reconstruction of Shield Tunnel Based On Point Cloud [J]，ASCE-Journal of Construction Engineering and Management，2024，150(3)：4024006
[5] Yuxian Zhang, Xuhua Ren, and Jixun Zhang，A Semi-automated Compliance Checking Framework for Shield Tunnel Design Integrating Ontology and Natural Language Processing [J]，Computers in Industry，2025，173：104362
[6] Jixun Zhang, Yuxian Zhang, Xuhua Ren, Zichang Ma and Changsheng Wang，Design and Assembly Workflow of Universal Segment of Shield Tunnel Based On Bim [J]，KSCE Journal of Civil Engineering，2025，29(4)：100057
