山东大学和浪潮云信息技术股份公司强强联合，依托国家重大项目建设需求，通过地质统计学、流体力学、计算机科学及信息科学等多个学科联合，研究基于数字孪生的地下工程灾害防控与治理技术，集成地下工程岩性智能识别、超前地质预报、灾害风险评价、处治方案优选、注浆控灾模拟与控制决策等功能，搭建岩土工程领域大模型与灾害预控数字孪生平台，探索形成地下工程灾害由被动处治到主动、科学、智能防控转变的关键技术，对于保障地下工程安全、快速施工，实现地下工程建设数字化、智慧化转型具有重要意义。
一、实施背景
隧道与地下工程是国家基础设施建设的重要组成部分，更是我国“十四五”规划、一带一路、交通强国等宏伟战略的重要支撑。当前，我国已成为世界上隧道与地下工程建设规模和难度最大的国家。传统的隧道作业高度依赖人工经验，效率不高，施工风险难以控制，地下工程灾害仍局限于被动处治局面，难以满足复杂环境下安全、高效施工需求。隧道与地下工程在数据流动方面还存在数据采集难、数据传输更新慢、数据孤立化等问题，导致数据沉睡，无法有效流通，数据价值没有有效挖掘与释放。
二、实施目标
将地勘数据、超前预报数据、地质数据、灾害数据、设备数据、经验判识等，融合多源数据，利用数据与知识双驱动构建强大的深度学习模型，将过去沉淀在高技能劳动者中的隐性经验，拓展为机器能够实现的显性经验，实现知识扩散、价值倍增，降低工程成本，提升工程效率，实现岩土工程向“智能化、少人化、无人化”发展，开辟数字经济增长新空间。
超前地质预报数据三维成像
三、建设内容
（一）研发便携式岩性智能采识端设备
传统的岩性识别通常需要人工鉴别或进行实验分析，要求研究人员具有专业的地质知识和丰富的野外经历，且对实验仪器和工作环境要求很高，往往受限于实验设备的精确性，难以满足现代施工作业的高效性和准确性要求。通过建立基于图像的岩性智能识别方法，建立包含海量岩石图像的数据库，构建了强大的深度学习模型，利用数据与知识双驱动的识别方法，研发了便携式岩性智能识别设备及配套软件，用户只需简单拍照，即可得到可视化识别结果。该设备可以在工程现场实现岩体岩性智能感知，有利于克服传统岩性识别方法依赖人工经验、主观性强、易误判漏判的缺点，显著提升了岩性识别的准确性和效率。
（二）基于多源数据融合的超前地质预报成像
超前地质预报作为施工期地质勘查的主要手段，通过对探测数据的解译预报可能出现的不良地质情况，对灾害超前感知和防控有着重要意义。现阶段地下工程的探测设备存在“各自为战”的情况，且生成的数据很大程度依赖人工进行平台导入，数据传输存在滞后性。基于数据挖掘的多源、多物理场、多模态数据相互约束的智能超前地质预报，对物探解译进行约束可以有效压制多解性提高预报的准确性。依托地质分析结果为主的多源数据，通过建立探测设备与平台之间的物联网，实现多源、多物理场、多模态数据的全时域接入、存储、治理与可视，提高了超前地质预报准确性，实现了精确的灾害超前感知。
（三）隧道突水突泥灾害智能风险评估与处治方案优选
突水突泥灾害严重影响隧道施工安全，经常造成严重的经济损失和人员伤亡，建立科学有效的隧道突水突泥灾害风险评估模型，根据不同的灾害情况采取有效对策，对隧道灾害防控处治有重大意义。岩土工程领域大模型作为地下工程灾害的智慧化防控和数字化治理中关键技术之一，构建精细化突水突泥案例库，使用自然语言处理技术自动处理文本并提取致灾因素的关键信息，处理数据并训练机器学习模型，构建灾害处置信息知识库和检索系统，实现灾害风险的快速评估、分级和处置方案的优选。
（四）注浆全过程模拟软件系统及数字孪生控制决策技术
现阶段注浆是解决地下工程中突涌水灾害最有效的治理手段，注浆工程的隐蔽性和不确定性导致注浆治理方案的制定以及注浆工艺的选择有一定盲目性和主观性。建立注浆全过程模拟软件系统及数字孪生控策服务技术对于注浆工程的科学施工具有重要意义。通过建立动水注浆全过程数值模拟分析方法并研发相应软件，实现了复杂工况下，裂隙、管道介质注浆全过程模拟分析，揭示了不同注浆工艺对浆液扩散形态、封堵效果的作用规律，为注浆方案设计、注浆工艺优化及注浆控制提供了理论依据，建立了动水注浆灾变防控分析方法，初步实现了地下工程水害注浆控灾参数优化决策与主动调控。
（五）地下工程灾害预测防控与治理数字孪生集成平台
地下工程灾害预测防控与治理数字孪生集成平台是提高隧道数智化程度，保障安全高效运营的重要基础。基于地下工程灾害预防与治理数字孪生集成化技术，实现岩性识别、超前地质预报、灾害风险评价与处治、注浆模拟等功能的集成，并在城市地下空间、交通水利隧道、储藏洞室进行应用示范。
注浆全过程模拟软件
四、实施效果
岩土工程领域大模型与灾害预控数字孪生平台实现了工程勘察、设计、施工及运维全过程数字化、可视化与智能化，保障了隧道建设的安全性和高效性，从而带来了显著的经济及社会价值。
（一）经济效益
该平台通过远程控制，即可识别不良地质体，实现了有效预测并处置隧道灾害，降低了突水突泥、塌方、大变形等地质灾害带来的重大生命、财产损失，避免了停工停产、工期延长等带来的巨大经济损失，节约了大量人力物力，提高了施工效率。如新疆**引水工程KSVI标段，通过该案例技术成功准确识别岩性里程超过9km，识别断层破碎带、蚀变岩体、富水岩体等不良地质体23处，避免了重大灾害的发生，保障了隧道安全掘进，共计节支救灾投入费和工期延误费近5000余万元。
（二）社会效益
对接数字中国重大战略需求，构建校企协同创新联合体、发展高能级共性技术供给体系、提高科技成果转移转化成效、支撑高水平科技自立自强。以科技成果转化为抓手，打通教育链-人才链-产业链-创新链四链融合，产学研融合发展，校企合作共同开展未来科技领军人才培养、培育战略新型产业集群，建立产学研用一体化平台，打造科技创新发展新引擎，服务国家重大工程建设。