凌晨两点，青岛地铁6号线灵山湾站隧道深处，探照灯把混凝土衬砌照得通亮。一台形似小型探测车的设备，沿着轨道缓缓前行。车轮碾过钢轨，细碎的摩擦声被隧道壁无限放大。

设备上的激光测振仪和CCD相机同时启动，两道不同颜色的光束扫过衬砌表面。光束像医生的目光，一寸一寸地滑过混凝土的“皮肤”——细微的纹路、水渍的痕迹、色泽的微妙变化，都被精准捕捉。屏幕上，波形图不停跳动着，像一份心电图纸。

“凌晨零点到三点半，是地铁停运的‘天窗期’。”山东科技大学矿山灾害预防控制实验室副研究员张学朋说话时眼睛没离开屏幕，“隧道和人一样，需要定期体检。”他拍了拍身边的激光多普勒测振仪，“这是我们的‘听诊器’，能‘听’出混凝土内部有没有空洞、裂缝这些‘暗病’。”

近日，2025年度山东省科学技术奖揭晓，山东科技大学隧道及地下工程智能维养创新团队研发的智能检测系统，获得技术发明二等奖。张学朋告诉《中国科学报》，这套系统已经在青岛地铁的地下隧道里默默运行了两年多——给混凝土衬砌"听诊"，给地下动脉"体检"。

团队运用设备在地下隧道做检测

一项技术的十年迁徙

这支团队出现在这里，要从十年前说起。

张学朋1989年出生在山东滨州，2016年受国家公派去日本长崎大学读博，师从日本工程院外籍院士蒋宇静教授。蒋宇静在隧道健康检测领域耕耘了二十多年。在日本那几年，张学朋接触到一项前沿技术——激光多普勒测振。这技术听着拗口，原理却不难理解：往混凝土表面打一束激光，设备就能感知到比头发丝还细的振动。有空洞的地方和密实的地方，振动起来“动静”不一样，通过分析这种差异，就能判断内部有没有问题。

不过当时，这技术主要用在航空航天、汽车制造这些领域——检测飞机蒙皮、汽车钣金有没有缺陷。把它搬进地下几十米的隧道里做无损检测，还没人试过。

2019年博士毕业，张学朋回到山东科技大学任教。那会儿，国内隧道建设正处在一个转折点上——大量地铁线路从建设期转入运营期，隧道衬砌开裂、空洞这些毛病开始冒头。传统的检测方法是什么样的？工人扛着仪器在隧道里一段段走，一天最多测几百米，效率低不说，很多藏在混凝土内部的缺陷根本发现不了。

正赶上团队和青岛地铁在技术攻关上有了合作。2022年，他们把“激光多普勒测振技术”用在了青岛地铁6号线建设中，解决了城市环境中TBM硬岩掘进参数优化的技术难题。

活儿干完了，合作没断。随着6号线陆续贯通，运营方开始操心另一件事儿——这几百公里长的隧道，以后怎么养护？

“我们实验室有激光测振、机器视觉这些技术储备，恰好能派上用场。”张学朋说，“当时就想着能不能把它们从实验室搬到真正的隧道里去。”

这个念头，催生了一套名叫“隧道结构健康智能诊疗技术与装备系统”的东西。张学朋所在的团队叫山东省隧道及地下工程智能维养创新团队，技术顾问是两位院士——中国科学院院士宋振骐和蒋宇静。蒋宇静在日本时就有过不少隧道联合攻关的经验，他提出的“检—诊—治”一体化框架，成了团队十年的技术路线图。

“这套体系，是在蒋院士前期布局的基础上，花了10年时间一点点打磨出来的。”张学朋说。

张学朋（左）和团队成员正在讨论数据

“听得见”的裂缝与“看得清”的算法

话说回来，这套系统到底怎么干活的？

检测车以最快每小时20公里的速度在轨道上走，顶上的激光测振仪和CCD相机同时开工。测振仪“听”内部缺陷，相机“看”表面病害，后台的深度学习算法实时处理数据，自动识别、标记、分类。

潘竹田是团队的骨干成员。他带着学生在地铁隧道里反复测试，花了两年时间，终于让算法在光照变化、粉尘干扰的环境下依然保持高识别率。

“以前靠人眼去数裂缝，现在机器自动识别，连0.2毫米宽的裂缝都跑不掉。”潘竹田介绍。2024年，这项研究成果发表在了土木工程领域的国际顶级期刊《计算机辅助土木和基础结构工程 》上。

数据传回“检—诊—治”一体化平台后，系统自动生成一份“体检报告”。打开平台界面，隧道纵剖面图上标着不同颜色的点——红色是裂缝，黄色是空洞，蓝色是欠厚区域。点开任何一个标记，就能看到这个位置的具体数据和历史记录。

光看表面还不够。团队琢磨了几个量化指标来评估病害的严重程度：裂缝密集到什么程度、内部密实度有没有异常、结构整体安全状况如何。几个指标放在一起看，就能比较准确地锁定问题最严重的区段。

“就像一个全科医生，先做初筛，再把疑难杂症交给专家。”潘竹田说。

2024年10月，团队受邀参加Polytec China全国用户大会，拿了个“优秀用户奖”——这含金量可不低，这是业内第一次将该技术成功应用在地下空间无损检测领域，也是国际上对激光多普勒测振技术应用成果的认可。

凌晨，在地下隧道工作中的张学朋  山东科技大学供图

从体检报告到加固方案

体检发现问题了，怎么治？

团队研发了一种加固方法：在衬砌表面铺一层高强度纤维网格，再用聚合物水泥砂浆把它和原有衬砌牢牢粘在一起，形成一个新的承力层。这法子施工快，对地铁运营影响小，效果也不错。

但问题来了——不同的隧道条件，需要选不同规格的纤维材料。怎么选才科学？团队建了一套模型，可以模拟不同工况下衬砌的受力情况，然后根据不同加固方案的效果，给出最优推荐。

研究数据显示，在模拟的极端条件下——衬砌劣化八成、围岩很差、上覆压力接近20米——用上这套加固方案，能把结构安全系数提升23%到32%。

“检测发现问题，诊断评估风险，加固解决问题，这是个完整闭环。”张学朋说，“我们想做的，是从‘被动维修’转向‘主动防控’。等隧道‘病’了再治，成本太高；要在它刚‘不舒服’的时候，及时发现、及时干预。”

十年下来，团队在理论和应用上都攒了不少成果。张学朋主持了国家自然科学基金、山东省自然科学基金等8项纵向课题，发表了50多篇学术论文，授权了7项中国发明专利和1项日本发明专利，还出了3部专著、1部教材，参编了3部团队标准。这些成果让他拿到了山东省技术发明二等奖、中国岩石力学与工程学会自然科学二等奖、2023年度唯一的日本岩石力学学会前沿奖、年度唯一的2020年日本岩石力学学会年度优秀论文奖等十多个奖项。

活儿干得好不好，得看用户怎么说。

青岛地铁6号线一期工程，是这套技术的“考场”。10个多月里，20多名师生做了32次隧道巡检。最苦的是青海区间段新建二期工程——隧道里还没铺轨，他们只能自己铺一段、测一段。

“弯着腰校准轨距，蹲在道床上拧螺丝，膝盖硌在混凝土上，站起来腿麻得打颤。”团队成员、团队研究生创新工作室负责人杨吉晟说，“但数据不等人，工期也不等人，一天没测完，一天睡不踏实。”

青岛地铁运营有限公司副总经理王福强告诉记者，隧道运营期的安全检测一直是个难题——人工覆盖面有限，很多内部缺陷根本看不到。“这套智能检测系统让速度大幅提升，能同时看表面、听内部，相当于给隧道做了一次真正的全身扫描。”

2023年，88岁的宋振骐专门跑了一趟青岛地铁集团，就地下工程的技术问题和运营方交流。他回顾了学校和青岛地铁的合作成果，对团队“把论文写在隧道里”的做法很认可。

如今，这套技术已经在青岛地铁2、4、6号线、西海岸快线，以及西安地铁、北京地铁、陕煤集团白石隧道等多个工程中用了起来。

“天窗期”快结束了，隧道里的灯一排排亮起来。张学朋和学生们收好设备，沿着轨道往回走。

“给隧道做体检，就是在给城市安全做保障。”身后，隧道重新安静下来，像刚做完体检的人。波形图还在屏幕上微微跳动。越来越多城市的地下动脉，有了自己的专属“体检医生”。