Tunnelbohrmaschinen durchqueren Flüsse und Meere, Dutzende Meter unter der Erde, unergründlich, Risiken nicht vorhersehbar – das ist ein jahrhundertealtes Problem des Tunnelbaus. Heute lässt ein „intelligentes Gehirn“ mit über 200 Milliarden Parametern den Tunnelvortrieb vom „erfahrungsgesteuerten“ zum „KI-gesteuerten“ Ansatz übergehen. Am 16. Juni 2026 wurde das erste große KI-Modell für Tunnelbohrmaschinen Chinas, „Shenyuan“, in Nanjing offiziell in Betrieb genommen, was den Eintritt des chinesischen Untertagebaus in eine neue Phase der Intelligenz markiert.

Vom „blinden Vortrieb“ zum „intelligenten Vortrieb“: Das jahrhundertealte Dilemma des Untertagebaus

Tunnelbohrmaschinen gelten als „Könige der Baumaschinen“ und werden häufig in Tunnelprojekten für U-Bahnen, Eisenbahnen, Straßen und Wasserkraft eingesetzt. Im Gegensatz zu oberirdischen Bauarbeiten liegt die größte Herausforderung des Tunnelvortriebs jedoch in der Unbekanntheit der unterirdischen Umgebung – unsichtbar, unberührbar, Risiken wie plötzliche Gesteinsschichtwechsel, Flusswassereinbrüche und Bodenabsenkungen treten oft unerwartet während des Vortriebs auf.

Früher war der Tunnelvortrieb stark von der Erfahrung der Ingenieure vor Ort abhängig: Welche Schubkraft sollte bei komplexen Schichten angewendet werden? Wie sollte die Drehzahl des Schneidrads eingestellt werden? Wie ist der Injektionsdruck zu kontrollieren? Diese Fragen wurden oft durch das Bauchgefühl von „alten Hasen“ entschieden. Ein Fehlurteil konnte zu Geräteschäden oder sogar zu Sicherheitsunfällen führen.

Eine tiefere Herausforderung besteht darin, dass der Tunnelvortrieb riesige Datenmengen umfasst – Vortriebsparameter, Setzungsüberwachung, geologische Erkundung, historische Fallbeispiele –, die jedoch über verschiedene Prozesse verstreut sind und denen die Fähigkeit zur systematischen Integration und intelligenten Analyse fehlt. Daten sind vorhanden, aber die „Intelligenz“ fehlt.

Der „Tunnelbohrmaschinen-Experte“ mit 200 Milliarden Parametern

Anfang 2026 bestand das „Shenyuan Large Model“ erfolgreich die spezielle Bewertung „Trusted AI Large Language Model“ des China Information and Communication Research Institute (kurz: China Academy of Information and Communications Technology, CAICT) und erhielt die Bewertungsstufe 4+, womit es das erste große KI-Modell für Tunnelbohrmaschinen mit nationaler Zertifizierung in China wurde. Die Bewertung großer Modelle durch die CAICT gilt als anerkannter „Prüfstein“ und „Wegweiser“ im Bereich der KI-Technologie Chinas. Die Bewertung umfasste eine strenge Prüfung von 16 Schlüsselfähigkeiten, von der zugrunde liegenden technischen Unterstützung bis hin zu den Servicefähigkeiten der oberen Ebene.

Die technologischen Durchbrüche des „Shenyuan Large Model“ zeigen sich auf drei Ebenen:

Erstens: Extrem große Parameteranzahl und Mixed-Expert-Architektur. Das „Shenyuan Large Model“ ist der Kern des „Digital Intelligent Shield 3.0“-Systems der China Railway 14th Bureau Group Corporation. Mit über 200 Milliarden Parametern ist es das erste groß angelegte Mixed-Expert-Modell (MoE) im Bereich großer Tunnelbohrmaschinen in China. Die MoE-Architektur bedeutet, dass das Modell intern aus mehreren „Experten“-Modulen besteht, die bei verschiedenen Problemen automatisch den am besten geeigneten „Experten“ zur Bearbeitung aufrufen, was die Inferenzeffizienz und Fachkompetenz erheblich verbessert.

Zweitens: Das weltweit erste allgemeine Wissensgraphsystem für Tunnelvortrieb. Das Forschungsteam stützte sich auf die über 20-jährige praktische Erfahrung der China Railway 14th Bureau Group Corporation im Bereich großer Tunnelbohrmaschinen, die eine vollständige Kette und einen vollständigen Zyklus von massiven Datenressourcen umfasst. Darüber hinaus wurden über 800.000 akademische Arbeiten und Fachbücher zum Thema Tunnelvortrieb gesammelt. Erstmals wurde ein allgemeines Wissensgraphsystem für den Bereich Tunnelvortrieb aufgebaut, das verstreutes Fachwissen systematisiert und strukturiert.

Drittens: Das „Vier-Integrationen“-Technologiesystem. Das Modell baut ein Technologiesystem auf, das „Echtzeitdaten + Expertenwissen + Branchenwissen + Modellalgorithmen“ integriert. Es kann die Absichten des Benutzers durch sprachliche intelligente Interaktion verstehen, Aufgaben automatisch zerlegen, schnell auf massive verteilte Daten zugreifen und in Kombination mit dem Wissensgraphen verschiedene Informationsquellen wie Vortriebsparameter, Setzungsdaten und historische Fallbeispiele umfassend analysieren.

Von der „passiven Reaktion“ zur „aktiven Vorsteuerung“

Vor Tunnelbauarbeiten, insbesondere vor risikoreichen Einsätzen wie der Durchquerung von Flussbetten oder komplexen Schichten, können die Mitarbeiter „Shenyuan“ in Echtzeit nach Bauplänen fragen. Das Modell gibt objektive, genaue und vorausschauende Bauvorschläge und weist auf Risiken und Gefahren hin.

Beim Tunnelprojekt unter dem Qiantang-Fluss für die Hangzhou-Xiaoshan-Flughafenlinie wurde das „Shenyuan Large Model“ und sein Anwendungssystem erfolgreich pilotiert. Es kann automatisch Vorschläge für Vortriebsparameter und Baupläne beim Durchqueren von Risikoquellen generieren, deren Inhalt stark mit den Gutachten von Experten übereinstimmt, was seine Fähigkeit zur Entscheidungsunterstützung bestätigt.

Bis heute hat die intelligente Steuerungsplattform mit dem „Shenyuan Large Model“ als Kern insgesamt 154 Tunnelbohrmaschinen-Einsätze überwacht, über 100.000 Parameterwarnungen und fast 31.000 Risikowarnungen ausgegeben.

Guo Shouzhi, stellvertretender Direktor des Zentrums für technologische Innovation und Digitalisierung der China Railway 14th Bureau Group Corporation (Große Tunnelbohrmaschinen), sagte: „Ähnlich wie beim intelligenten Fahren von Autos glaube ich, dass mit der Vertiefung der KI-Anwendungen eines Tages auch ein ‚intelligentes Fahren von Tunnelbohrmaschinen‘ mit autonomer Entscheidungsfindung realisiert werden kann.“

Vom „Pilotprojekt“ zum „Standard“

Derzeit wird die intelligente Steuerungstechnologie des „Shenyuan Large Model“ bereits in mehreren wichtigen Projekten eingesetzt, darunter der Flusstunnel der Nanjing U-Bahn-Linie 4, die Nanjing U-Bahn-Linie 11, der Wuqiao-Jiajiang-Tunnel sowie die Jianning West Road und Yan Road Flusstunnel. Die China Railway 14th Bureau Group Corporation plant, diese Technologie im Jahr 2026 auf alle neuen Bauprojekte anzuwenden und den gesamten Prozess des Tunnelvortriebs zu durchdringen.

Noch bemerkenswerter ist, dass die China Railway 14th Bureau Group Corporation die Initiative ergriffen hat, um relevante Standards für den Leitfaden zur Erstellung großer Modelle im Bereich Tunnelbohrmaschinen bei der CCSA (China Communications Standards Association) zu beantragen. Dies bedeutet, dass die praktischen Erfahrungen des „Shenyuan Large Model“ beschleunigt in allgemeingültige Branchenstandards umgewandelt werden, was die großflächige Befähigung der künstlichen Intelligenz im Bereich des Untertagebaus vorantreibt.

Von der „passiven Reaktion“ zur „aktiven Vorsteuerung“, vom „erfahrungsgesteuerten“ zum „KI-gesteuerten“ Ansatz – die Inbetriebnahme des „Shenyuan Large Model“ ist nicht nur der Erfolg eines technologischen Produkts, sondern auch ein Paradigmenwechsel im chinesischen Untertagebaumodell.