立足学校新工科人才培养定位，聚焦交通隧道施工现场真实技术难题，由青岛城市学院机器人工程专业学生牵头的科创团队，瞄准隧道防水施工行业长期存在的质量与安全痛点，扎根现场开展实地调研与技术攻关，自主研发隧道防水板自适应智能铺设焊接一体化装备。项目凭借扎实的理论研究、完整的知识产权布局以及突出的产业应用价值，入选中国国际大学生创新大赛本科生创意组新工科赛道，充分展现青岛城市学院本科生投身重大基建领域的实践创新能力。
一、隧道防水是轨道交通、公路隧道建设当中的关键工序，防水层施工质量直接决定隧道几十年的服役安全。长期以来，国内绝大多数隧道防水板作业仍沿用传统人工作业模式：铺设、焊接两道工序相互割裂，依靠工人站在脚手架上人工展布卷材、手持焊枪分段焊接。根据行业调研数据，人工施工条件下焊点不合格问题频发，无人盯控状态漏焊率可达 24%;传统作业单循环需要 8 名工人协同配合，长时间在潮湿、粉尘大、空间狭窄的隧道洞内作业，劳动强度大、洞内作业安全风险高。后期隧道出现渗漏病害，82% 根源来自防水板接缝老化失效，防水层卷材实际平均寿命仅有 810 年，隧道全生命周期当中，后期维修成本占比超过 61%。与此同时，国家交通运输部相关文件明确提出，高围岩等级隧道如不采用全工序机械化施工，将被判定为重大安全隐患，政策层面倒逼隧道防水工序向机械化、智能化转型。
团队的研发初心，源自真实工程事故带来的触动。2021 年珠海石景山隧道透水事故，暴露出隧道地下施工潜藏的巨大风险，也让团队成员意识到传统人工作业模式存在难以规避的短板。事故当中，防水层施工缺陷是诱发灾害的重要诱因之一。这件事也让团队成员开始思考：能不能设计一套智能化装备，减少隧道内高危岗位的作业人员，从施工源头降低渗漏隐患与安全风险。
2024 年 10 月开始，项目团队走出校园实验室，奔赴多个隧道工程项目开展实地走访调研。团队成员佩戴安全防护装备进入隧道洞内，实地观察防水板铺挂、焊接全流程，与现场施工技术员、一线作业工人面对面访谈，记录施工现场真实工况，亲手记录现有台车设备的短板，梳理总结出三大行业突出短板：材料与隧道围岩界面适配不足、施工效率和人力劳动强度矛盾突出、现场施工标准化程度难以管控。
二、带着从一线收集来的现实问题，这支由十一名不同专业学生组成的跨学科团队正式组建。成员覆盖机器人工程、机械制造、电气工程、会计学、市场营销、数字媒体艺术等多个方向，分工完成机械结构设计、电控程序开发、有限元仿真分析、成本核算、市场调研、三维建模渲染等工作。项目同时集结 7 名校内外专家资源：校内来自机器人、智能制造、材料工程、创新创业方向的博士、骨干教师，在机构设计、材料工艺、赛事打磨上给予全程指导;校外邀请中铁系统一线高级工程师、工程质量检测行业专家，立足隧道工程实际，对装备工况适配、施工验收标准、落地可行性提出修改意见。研发期间，团队每周固定开展小组研讨，同步对接指导教师，针对仿真报错、机构干涉、传感器在粉尘环境下信号不稳等问题反复讨论，很多设计方案推翻重构多达十余次。
三、在技术攻关阶段，团队没有简单照搬市面上现有铺挂台车的设计思路，针对市面上现有设备 “只铺不焊”，铺设焊接相互脱节的行业短板，开展大量理论推演与仿真试验。市面上现有台车大多仅能完成防水板展铺，焊接工序依旧需要工人二次跟进，两道工序分开作业，不仅拉长工期，二次进场还容易剐蹭、破坏已经铺设好的防水卷材，埋下渗漏隐患。团队反复对比现有各类台车的作业局限，确定 “铺焊一体化” 的核心研发方向，依次完成概念模型搭建、机构仿真验算、控制算法迭代验证，创新形成三套相互耦合的核心技术体系。第一，铺焊一体化集成创新，开发防水板自动放卷机构、随动焊接执行机构，搭配专用热风焊枪，将原本分开的铺设、焊接作业合二为一，实现放卷、展铺、焊接多机构协同动作，补齐隧道拱顶、边角位置焊接盲区;第二，高精度智能协同控制技术，针对隧道洞内粉尘、电磁干扰复杂环境，自研信号滤波算法，搭载多维感知与主动防护模块，实现多设备动态协同管控，规避复杂环境带来的控制精度偏移;第三，融合材备精进施工，一方面优化防水板超疏水涂层改良板材性能，另一方面通过数字化仿真模拟检验新材料新工艺适配性，真正实现材料设备施工工艺三者协同的成套解决方案。经过反复迭代，整套装备可以做到单幅防水板铺设作业 1.5 小时以内完成，现场仅需 23 名操作人员就可以实现一次成型，大幅减少洞内作业人员数量，降低人为因素带来的施工质量波动。
四、在推进整机模型与功能验证的同时，团队高度重视知识产权保护，同步开展技术成果的专利与软著布局，完整完成整套装备的理论方案设计与三维整机建模，具备样机试制与测试的基础条件。截至 2026 年 2 月，项目已经完成 6 项专利申请，包含《一种防水板铺挂台车的辅助铺设组件》《一种防水板材的组合密封结构》等实用新型专利，覆盖台车辅助铺设机械结构、防水密封构造等硬件创新点;布局 7 项软件著作权，其中《隧道防水板铺设精度检测与偏差修正软件 V1.0》已经完成登记受理，把设备姿态识别、铺设误差检测、偏差修正的自研控制算法以软件著作权形式固化下来。知识产权链条覆盖机械硬件结构、密封材料构造、智能控制算法、施工精度检测等多个环节，构建起项目自主的技术保护体系，为后续样机加工、工程场景试点应用做好技术储备。在三维模型开发阶段，团队依托全国三维数字化创新设计大赛的研发经验，完成装备整机三维数字化建模，项目作品也先后拿下山东赛区特等奖、全国总决赛一等奖两项重要奖项，验证了整套机械结构设计的合理性。
五、项目现已登上中国国际大学生创新大赛的竞赛舞台，归属本科生创意组新工科赛道。团队多名成员在此之前已经在各类国家级科创竞赛当中积累丰富经验，先后斩获 iCAN 全国大学生创新创业实践大赛国家级一等奖、全国三维数字化创新设计大赛国家级一等奖、睿抗机器人大赛国家级二等奖等多项荣誉。参赛过程当中，团队立足国内万亿级隧道基建市场，面向轨道交通、公路隧道施工企业，瞄准川藏铁路等国家重大工程的装备需求;同时放眼 “一带一路” 海外基建市场，对接东南亚隧道建设的设备缺口。对比市面主流同类防水板台车产品，项目装备在单位施工成本、作业效率、铺焊工序集成度上均具备明显优势。
六、本项目响应国家大力推进隧道施工装备智能化、机械化的政策导向，直面隧道渗漏这一长期工程通病，用本科生的科创实践探索工程难题的解决路径。“十匠同心研智器，多域汇智筑新程”，目前项目处于样机筹备阶段，接下来团队将继续结合工程专家的意见持续优化结构与控制逻辑，稳步推进样机加工测试，努力把实验室的设计方案转化为能够走进隧道施工现场的实用装备，以青年学子的创新力量服务国家交通基建高质量发展。在科创实践的全过程中，团队成员将课堂所学理论知识落地到真实工程场景，在结构设计、仿真分析、市场调研、项目答辩中全方位锻炼工程思维，充分体现青岛城市学院新工科育人成果。
