江玉生， 孫正陽， 楊志勇

(中國礦業(yè)大學(xué)(北京)力學(xué)與建筑工程學(xué)院， 北京 100083)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各類隧道建設(shè)的數(shù)量大幅增加[1]，盾構(gòu)作為一種大型的施工設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于地鐵隧道、水利管線、綜合管廊等工程中。得益于自動(dòng)化和信息化技術(shù)的發(fā)展，盾構(gòu)施工參數(shù)可通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控，在此基礎(chǔ)上研發(fā)盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)盾構(gòu)施工過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)及分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

國內(nèi)外學(xué)者對(duì)相關(guān)問題進(jìn)行了研究。系統(tǒng)構(gòu)架方面，胡向東等[2]介紹了一種可用于盾構(gòu)隧道施工、監(jiān)測(cè)、監(jiān)理及設(shè)計(jì)等參建各方的技術(shù)管理、對(duì)比分析等的盾構(gòu)推進(jìn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫及動(dòng)態(tài)顯示系統(tǒng)；周文波等[3]介紹了一種盾構(gòu)隧道信息化施工智能管理系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的建立、數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)、數(shù)據(jù)的發(fā)布、施工數(shù)據(jù)的分析方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹；項(xiàng)貽強(qiáng)等[4]對(duì)盾構(gòu)設(shè)備施工遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建進(jìn)行介紹。目前盾構(gòu)監(jiān)控系統(tǒng)多以B/S構(gòu)架為基礎(chǔ)[5-7]，數(shù)據(jù)傳輸方面的工作原理也較為完善，而對(duì)于盾構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控系統(tǒng)功能需求、界面設(shè)計(jì)等人機(jī)交互的研究較少。

對(duì)于盾構(gòu)監(jiān)控系統(tǒng)功能需求的研究必須以盾構(gòu)施工過程中風(fēng)險(xiǎn)管理的手段為基礎(chǔ)，同時(shí)需結(jié)合盾構(gòu)施工中積累的管理經(jīng)驗(yàn)對(duì)界面進(jìn)行優(yōu)化。施工過程風(fēng)險(xiǎn)管理研究方面，楊文武等[8]對(duì)隧道工程全過程風(fēng)險(xiǎn)管理模式進(jìn)行了討論，建立了全過程風(fēng)險(xiǎn)管理體系；張姣[9]提出了一種越江隧道盾構(gòu)法施工的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法，并在實(shí)際工程中得到了應(yīng)用，取得了良好的效果；胡長明等[10]運(yùn)用拓?fù)鋵W(xué)理論建立了風(fēng)險(xiǎn)可拓評(píng)估模型，并成功應(yīng)用于寧波地鐵建設(shè)；劉文等[11]和李蒙等[12]探討了地鐵盾構(gòu)施工的安全風(fēng)險(xiǎn)規(guī)律及管理對(duì)策，指出了盾構(gòu)施工事故風(fēng)險(xiǎn)較大的階段；楊樹才[13]依據(jù)城市軌道交通工程安全風(fēng)險(xiǎn)管理體系和管控技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)管控的重點(diǎn)進(jìn)行了分析，提出了4種監(jiān)控方式對(duì)地下工程進(jìn)行監(jiān)控；曹勰[14]對(duì)盾構(gòu)施工煤礦斜井工程中風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控的管理方法進(jìn)行了研究；于寶敏等[15]對(duì)盾構(gòu)開艙的技術(shù)現(xiàn)狀及風(fēng)險(xiǎn)管控手段進(jìn)行了分析。

目前針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)管控系統(tǒng)及風(fēng)險(xiǎn)管控手段的研究均取得了部分成果，但針對(duì)如何將兩者相互整合的研究較少，對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)的研究多以系統(tǒng)構(gòu)架功能設(shè)計(jì)為主，未將系統(tǒng)的研發(fā)內(nèi)容與現(xiàn)場(chǎng)施工緊密結(jié)合；另外，關(guān)于盾構(gòu)施工參數(shù)自動(dòng)預(yù)警方面的研究未見發(fā)表。本文以盾構(gòu)掘進(jìn)過程中的風(fēng)險(xiǎn)管控需求為基礎(chǔ)，研發(fā)盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，并結(jié)合盾構(gòu)施工特點(diǎn)提出盾構(gòu)參數(shù)預(yù)警的方法，研究結(jié)果以期為盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)控制提供參考。

1 系統(tǒng)需求及構(gòu)架

盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的主要監(jiān)控對(duì)象為施工中的風(fēng)險(xiǎn)工程，從來源上對(duì)其進(jìn)行劃分，可分為自身風(fēng)險(xiǎn)和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。盾構(gòu)施工的自身風(fēng)險(xiǎn)大多與施工參數(shù)有重要聯(lián)系，通過對(duì)參數(shù)的綜合分析，可實(shí)現(xiàn)對(duì)自身風(fēng)險(xiǎn)的基本判斷。環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)是指盾構(gòu)施工過程中穿越河湖、橋梁、既有線等重要建(構(gòu))筑物所引發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)，隧道與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)工程之間的位置關(guān)系已經(jīng)確定，在施工過程中控制盾構(gòu)參數(shù)并及時(shí)優(yōu)化是降低盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)的重要手段。

綜上所述，對(duì)盾構(gòu)施工參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控及分析是保證自身風(fēng)險(xiǎn)工程及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)工程安全的重要手段。

1.1 系統(tǒng)需求分析

根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控的要求，同時(shí)為保證盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控系統(tǒng)能夠更好地應(yīng)用于地鐵建設(shè)過程中，經(jīng)過對(duì)地鐵參建人員的調(diào)研及其結(jié)果的分析總結(jié)，確定系統(tǒng)功能需求如下：

1)盾構(gòu)施工狀態(tài)以及關(guān)鍵參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)提示功能；

2)盾構(gòu)施工參數(shù)的儲(chǔ)存分析功能，當(dāng)參數(shù)發(fā)生異常時(shí)的提示功能；

3)指定環(huán)號(hào)材料消耗、時(shí)間統(tǒng)計(jì)等施工管理信息匯總分析，及繪圖或?qū)С鰣?bào)表功能；

4)根據(jù)施工情況，結(jié)合周邊環(huán)境，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)工程分級(jí)和處置進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整評(píng)估，并形成日?qǐng)?bào)、周報(bào)、月報(bào)；

5)在電子地圖上對(duì)線路、站點(diǎn)的相關(guān)信息進(jìn)行集成展示；

6)系統(tǒng)功能及數(shù)據(jù)權(quán)限的不同賬戶定制功能。

1.2 系統(tǒng)原理

盾構(gòu)法隧道施工機(jī)械化程度高，盾構(gòu)在掘進(jìn)過程中各個(gè)參數(shù)會(huì)傳輸至盾構(gòu)施工控制計(jì)算機(jī)(簡稱盾構(gòu)計(jì)算機(jī))中，盾構(gòu)計(jì)算機(jī)會(huì)對(duì)相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行處理，并通過界面進(jìn)行顯示，方便施工技術(shù)人員根據(jù)參數(shù)對(duì)盾構(gòu)進(jìn)行操作；同時(shí)，施工參數(shù)及各種傳感器的數(shù)據(jù)會(huì)實(shí)時(shí)地儲(chǔ)存在盾構(gòu)計(jì)算機(jī)中。因此，實(shí)現(xiàn)了對(duì)盾構(gòu)計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)文件的提取、遠(yuǎn)程傳輸、分析整理、界面化顯示等操作，也就實(shí)現(xiàn)了對(duì)盾構(gòu)施工的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控；并且，通過直接從盾構(gòu)計(jì)算機(jī)讀取數(shù)據(jù)，可保證基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的真實(shí)性，避免了人為因素的干擾。

數(shù)據(jù)傳輸作為系統(tǒng)研發(fā)的重要組成部分，如何將盾構(gòu)計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)完整、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地進(jìn)行傳輸是系統(tǒng)研發(fā)的關(guān)鍵。數(shù)據(jù)的傳輸過程主要分為3步(見圖1)：

1)在盾構(gòu)計(jì)算機(jī)中安裝自主編制的軟件，對(duì)數(shù)據(jù)文件進(jìn)行抓取，利用網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)文件傳輸至已經(jīng)安裝數(shù)據(jù)文件接收軟件的地面計(jì)算機(jī)；

2)地面計(jì)算機(jī)通過自主編制的轉(zhuǎn)換軟件，對(duì)數(shù)據(jù)文件進(jìn)行轉(zhuǎn)換加密等工作，并將轉(zhuǎn)換后的文件傳輸至服務(wù)器；

3)用戶通過互聯(lián)網(wǎng)對(duì)服務(wù)器進(jìn)行訪問，實(shí)現(xiàn)對(duì)盾構(gòu)施工的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。

圖1 盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控系統(tǒng)原理

Fig. 1 Principle of risk monitoring system for shield construction

1.3 系統(tǒng)框架構(gòu)建

在確定系統(tǒng)需求、明確系統(tǒng)原理之后，采用模塊化開發(fā)的模式，進(jìn)行系統(tǒng)框架的構(gòu)建。系統(tǒng)共分5個(gè)模塊： 盾構(gòu)監(jiān)控、風(fēng)險(xiǎn)管理、施工參數(shù)分析、施工管理、系統(tǒng)維護(hù)。每個(gè)模塊下又細(xì)分子模塊，系統(tǒng)主要框架如圖2所示。系統(tǒng)各模塊之間功能相互獨(dú)立，可根據(jù)不同需求進(jìn)行定制化應(yīng)用。

圖2 系統(tǒng)功能構(gòu)架

2 參數(shù)監(jiān)控及分析

2.1 盾構(gòu)參數(shù)監(jiān)控功能

盾構(gòu)參數(shù)監(jiān)控是施工風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控的最重要組成部分，也是系統(tǒng)的根本。通過盾構(gòu)參數(shù)監(jiān)控功能可實(shí)現(xiàn)對(duì)盾構(gòu)主要施工參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)管理；同時(shí)，通過良好的人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)，使得用戶可以直觀地獲得盾構(gòu)施工的關(guān)鍵參數(shù)。盾構(gòu)監(jiān)控界面分為刀盤監(jiān)控(見圖3)、螺旋出土器監(jiān)控、導(dǎo)向監(jiān)控(見圖4)等界面。

圖3 盾構(gòu)刀盤參數(shù)監(jiān)控界面

圖4 盾構(gòu)導(dǎo)向參數(shù)監(jiān)控界面

刀盤監(jiān)控界面分為5個(gè)區(qū)： 推進(jìn)油缸參數(shù)監(jiān)控區(qū)、土艙壓力監(jiān)控區(qū)、鉸接監(jiān)控區(qū)、同步注漿監(jiān)控區(qū)、其他參數(shù)監(jiān)控區(qū)。5個(gè)監(jiān)控區(qū)涵蓋了土壓盾構(gòu)施工中的關(guān)鍵參數(shù)(推力、轉(zhuǎn)矩、推進(jìn)速度、貫入度、刀盤轉(zhuǎn)速、土艙壓力、同步注漿壓力與量等)，通過該界面可直觀地監(jiān)控盾構(gòu)施工的關(guān)鍵參數(shù)。

導(dǎo)向參數(shù)監(jiān)控界面主要分為2個(gè)區(qū)： 盾構(gòu)姿態(tài)監(jiān)控區(qū)和每環(huán)糾偏量監(jiān)控區(qū)。盾構(gòu)姿態(tài)監(jiān)控區(qū)可實(shí)時(shí)監(jiān)控盾構(gòu)前、中、后盾的水平及垂直姿態(tài)。盾構(gòu)施工過程中的盾構(gòu)姿態(tài)是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過程，每環(huán)前后盾構(gòu)姿態(tài)均會(huì)發(fā)生一定的變化，這種姿態(tài)的變化就是盾構(gòu)的每環(huán)糾偏量。盾構(gòu)施工過程中，為保證盾構(gòu)姿態(tài)正常，必須進(jìn)行糾偏，但每環(huán)糾偏量不宜過大，否則會(huì)導(dǎo)致盾尾間隙過小、損壞盾尾刷、成型管片在盾尾作用下發(fā)生錯(cuò)臺(tái)等問題。因此，通過對(duì)盾構(gòu)姿態(tài)進(jìn)行計(jì)算，將每環(huán)糾偏量與盾構(gòu)姿態(tài)展示在同一界面，以供調(diào)整姿態(tài)時(shí)進(jìn)行綜合分析。

通過對(duì)盾構(gòu)施工關(guān)鍵參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，可實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)施工過程中的參數(shù)異常情況，并對(duì)異常情況進(jìn)行分析處置，降低盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 參數(shù)可視化功能

對(duì)于盾構(gòu)參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控是保證盾構(gòu)施工順利進(jìn)行的重要手段之一；另外，對(duì)于前期施工參數(shù)的有效分析及優(yōu)化能夠保證盾構(gòu)后續(xù)施工順利進(jìn)行。當(dāng)盾構(gòu)施工出現(xiàn)異常時(shí)，通過對(duì)前期施工參數(shù)的分析可幫助找出異常原因，并在后期采取針對(duì)性的措施，保證盾構(gòu)恢復(fù)正常。系統(tǒng)中參數(shù)可視化功能充分地滿足了對(duì)盾構(gòu)參數(shù)分析的需要，參數(shù)分析功能可將盾構(gòu)施工過程中不同階段的施工參數(shù)以折線圖或柱狀圖的形式展示出來，供技術(shù)人員進(jìn)行綜合分析研判。以下從風(fēng)險(xiǎn)研判及參數(shù)優(yōu)化2方面對(duì)參數(shù)可視化功能進(jìn)行介紹。

2.2.1 風(fēng)險(xiǎn)研判

圖5示出某盾構(gòu)區(qū)間同步注漿量的統(tǒng)計(jì)信息。由圖可知，施工過程中參數(shù)基本處于正常范圍內(nèi)，但328環(huán)出現(xiàn)了同步注漿量較高的情況?？赡艽嬖诘娘L(fēng)險(xiǎn)為地層中存在空洞或其他異常，導(dǎo)致注漿量偏大，此時(shí)應(yīng)以系統(tǒng)數(shù)據(jù)為依據(jù)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行綜合研判，保證施工安全。

2.2.2 參數(shù)優(yōu)化

圖6示出總推力與掘進(jìn)速度的綜合分析曲線圖。通過圖6可直觀地對(duì)盾構(gòu)總推力與掘進(jìn)速度之間的關(guān)系進(jìn)行分析與判斷，還可通過縮放功能充分判斷參數(shù)之間的關(guān)系，對(duì)后續(xù)施工中參數(shù)的控制進(jìn)行優(yōu)化。

圖5 盾構(gòu)施工同步注漿量統(tǒng)計(jì)分析

Fig. 5 Statistics of synchronous grouting volume of shield construction

圖6 盾構(gòu)施工雙參數(shù)綜合分析曲線圖

3 參數(shù)預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)及判別準(zhǔn)則

盾構(gòu)施工過程中參數(shù)正常與否對(duì)盾構(gòu)施工有著重要影響。目前，對(duì)于盾構(gòu)施工參數(shù)的控制主要還是依靠盾構(gòu)操作手憑經(jīng)驗(yàn)判斷，但受技術(shù)水平所限，操作手有時(shí)并不能十分準(zhǔn)確地判斷參數(shù)是否正常。由于盾構(gòu)操作問題導(dǎo)致的盾構(gòu)施工事故時(shí)有發(fā)生，因此必須控制盾構(gòu)施工過程中的參數(shù)，制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

3.1 盾構(gòu)區(qū)間組段劃分及管理

為滿足盾構(gòu)施工過程中參數(shù)控制的標(biāo)準(zhǔn)化，北京地鐵建設(shè)工程要求施工單位在盾構(gòu)施工前應(yīng)按照自身施工經(jīng)驗(yàn)及北京地區(qū)特點(diǎn)編制組段劃分報(bào)告，并組織專家對(duì)報(bào)告進(jìn)行評(píng)審；然后根據(jù)專家意見對(duì)原組段報(bào)告進(jìn)行修改，確定最終施工時(shí)每個(gè)組段盾構(gòu)施工參數(shù)的控制范圍；最后，由監(jiān)理單位對(duì)優(yōu)化后的組段劃分報(bào)告進(jìn)行評(píng)審，方案通過后方可進(jìn)行盾構(gòu)始發(fā)。

3.2 參數(shù)預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)及判別準(zhǔn)則

在施工過程中，要求施工單位嚴(yán)格按照組段劃分報(bào)告中規(guī)定的參數(shù)控制范圍進(jìn)行施工；同時(shí)，得益于盾構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)施工過程中參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。綜合以上2方面基本上保證了盾構(gòu)施工參數(shù)處于正常范圍，但是該方法還需依靠技術(shù)人員通過參數(shù)監(jiān)控功能對(duì)盾構(gòu)施工參數(shù)進(jìn)行查詢，當(dāng)盾構(gòu)數(shù)量增多時(shí)，技術(shù)人員投入較大。

為降低人力成本，提高風(fēng)險(xiǎn)管控的效率，基于施工前的組段劃分報(bào)告及施工過程中盾構(gòu)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并結(jié)合近十幾年北京地鐵建造過程中遇到的實(shí)際問題，利用編程技術(shù)提出并實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)施工過程中的參數(shù)預(yù)警功能，通過該功能可實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)參數(shù)出現(xiàn)異常時(shí)的自動(dòng)預(yù)警，將技術(shù)人員從實(shí)時(shí)監(jiān)控中解脫出來，解決了高水平有經(jīng)驗(yàn)人員不足的問題，也降低了工程人力成本。參數(shù)預(yù)警的設(shè)置遵循以下原則： 緊密聯(lián)系施工、預(yù)警程度合理、預(yù)警數(shù)量適中、系統(tǒng)上可實(shí)現(xiàn)?；谝陨显瓌t，共設(shè)置9項(xiàng)參數(shù)預(yù)警判斷規(guī)則，如表1所示。

表1 盾構(gòu)參數(shù)預(yù)警判斷準(zhǔn)則

表1(續(xù))

注： 表中所述的控制值均表示組段劃分方案中盾構(gòu)參數(shù)控制值。

不同參數(shù)預(yù)警的判斷時(shí)間略有不同，根據(jù)判斷時(shí)間的不同可將預(yù)警分為3種： 每環(huán)掘進(jìn)結(jié)束時(shí)判斷、掘進(jìn)過程中實(shí)時(shí)判斷、施工過程(包括掘進(jìn)、拼裝、停機(jī)3種盾構(gòu)狀態(tài))中實(shí)時(shí)判斷。

通過參數(shù)自動(dòng)預(yù)警功能，在盾構(gòu)參數(shù)發(fā)生異常時(shí)，及時(shí)在風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控系統(tǒng)上進(jìn)行提示，并將相應(yīng)參數(shù)預(yù)警信息推送到相關(guān)用戶，保證用戶對(duì)施工參數(shù)異常情況及時(shí)把控。通過對(duì)異常參數(shù)的管控，達(dá)到降低施工風(fēng)險(xiǎn)、保證施工安全的效果。

4 風(fēng)險(xiǎn)管控手段

風(fēng)險(xiǎn)管控作為本系統(tǒng)的核心功能，除了對(duì)盾構(gòu)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、分析及預(yù)警外，還對(duì)其他管控手段進(jìn)行了研發(fā)。首先，對(duì)于環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)明確環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)與盾構(gòu)的基本位置關(guān)系，同時(shí)對(duì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的基本情況進(jìn)行相應(yīng)介紹，才能完成對(duì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的管控。根據(jù)以上原則，研發(fā)了以下不同的功能界面。

4.1 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)地圖

環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)地圖是將盾構(gòu)區(qū)間的位置信息與進(jìn)度信息直觀地顯示在地圖上，滿足相關(guān)人員對(duì)全網(wǎng)盾構(gòu)區(qū)間位置、周圍風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境、施工進(jìn)度概括性的了解，進(jìn)行放大后可詳細(xì)查看具體每個(gè)區(qū)間的進(jìn)度情況。

4.2 穿越風(fēng)險(xiǎn)工程提示功能

盾構(gòu)施工過程中往往會(huì)穿越大量風(fēng)險(xiǎn)工程，保證風(fēng)險(xiǎn)工程安全是工程建設(shè)的一個(gè)重點(diǎn)。通過在施工前進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)定，實(shí)現(xiàn)了對(duì)穿越風(fēng)險(xiǎn)工程的預(yù)先提示和穿越過程的實(shí)時(shí)掌握。主要信息包括： 風(fēng)險(xiǎn)工程范圍、盾構(gòu)施工進(jìn)度、風(fēng)險(xiǎn)工程基本信息、風(fēng)險(xiǎn)工程圖形信息等。穿越風(fēng)險(xiǎn)工程提示功能如圖7所示。

4.3 工程環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)地圖

工程環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)地圖顯示功能作為一種更加精細(xì)化的圖形顯示，以設(shè)計(jì)資料為基礎(chǔ)，將盾構(gòu)區(qū)間平面圖、剖面圖及相關(guān)信息完整地展現(xiàn)出來。平面圖中展示了線路的精確走向，施工過程中穿越的建筑物、河湖、橋梁、既有線、管線等風(fēng)險(xiǎn)工程也在圖中詳細(xì)顯示，通過該圖可直接了解到線路施工的完整信息；同時(shí)，盾構(gòu)施工進(jìn)度也在圖中實(shí)時(shí)進(jìn)行展示，通過將線路設(shè)置成不同的顏色，來表征盾構(gòu)施工進(jìn)度(綠色表示已完成拼裝的環(huán)數(shù)、紅色表示尚未開挖的環(huán)數(shù)、粉色表示已開挖尚未拼裝管片的環(huán)數(shù)(即盾構(gòu)刀盤到拼裝環(huán)的長度)、黃色表示目前拼裝環(huán)數(shù))，如圖8所示。剖面圖顯示了線路地層情況、線路坡度情況、水位情況、風(fēng)險(xiǎn)工程情況等施工關(guān)鍵信息。

4.4 其他功能

為了滿足技術(shù)與管理人員對(duì)盾構(gòu)施工過程的風(fēng)險(xiǎn)管控，增強(qiáng)施工管理水平，系統(tǒng)還研發(fā)了關(guān)于盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)管控的其他功能。主要包括： 施工進(jìn)度分析、施工效率分析、日常報(bào)表輸出、信息推送等。

4.4.1 施工進(jìn)度與效率分析功能

通過對(duì)盾構(gòu)數(shù)據(jù)的處理及分析，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)盾構(gòu)進(jìn)度與效率的統(tǒng)計(jì)并以圖表的形式進(jìn)行展示。管理人員通過進(jìn)度分析功能，可對(duì)每日施工進(jìn)度進(jìn)行分析，進(jìn)而總結(jié)施工技術(shù)，優(yōu)化施工組織，保證盾構(gòu)施工快速高效地進(jìn)行。效率分析功能可對(duì)盾構(gòu)施工過程中每環(huán)停機(jī)、掘進(jìn)、拼裝時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出的數(shù)據(jù)圖表可為班組施工效率判斷、施工步驟優(yōu)化等提供依據(jù)。

4.4.2 功能與權(quán)限定制

為了滿足不同用戶對(duì)于功能及數(shù)據(jù)權(quán)限的差異性需求，開發(fā)了功能權(quán)限定制及數(shù)據(jù)權(quán)限定制功能。通過該功能可實(shí)現(xiàn)對(duì)于不同角色(施工、監(jiān)理、第三方、甲方等)在平臺(tái)中可使用功能和可使用數(shù)據(jù)的個(gè)性化需求。通過此功能，不同層級(jí)的用戶可充分使用與自身需求相適應(yīng)的功能與數(shù)據(jù)，相關(guān)使用度較低的功能不在系統(tǒng)中進(jìn)行展示，最大程度地簡化了系統(tǒng)。

4.4.3 信息推送

信息推送功能是一種程度更深的提示功能。當(dāng)系統(tǒng)中的相關(guān)參數(shù)發(fā)生異常、盾構(gòu)即將下穿風(fēng)險(xiǎn)工程時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)向移動(dòng)客戶端推送相關(guān)信息，提示用戶注意并進(jìn)行相關(guān)操作。

4.5 移動(dòng)客戶端

為滿足用戶在無計(jì)算機(jī)條件下進(jìn)行盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)管控的需求，研發(fā)了盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控系統(tǒng)手機(jī)客戶端，如圖9所示。手機(jī)客戶端功能構(gòu)架與網(wǎng)頁版系統(tǒng)相同，同樣可實(shí)現(xiàn)參數(shù)監(jiān)控、參數(shù)分析、風(fēng)險(xiǎn)管控等功能。手機(jī)客戶端極大地?cái)U(kuò)展了施工技術(shù)人員對(duì)盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)管控的力度，更好地保證了盾構(gòu)施工安全。

(a) (b)

圖9手機(jī)客戶端部分界面

Fig. 9 Part of interface of mobile phone client

5 結(jié)論與討論

本文介紹了基于B/S構(gòu)架的盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的基本原理及功能框架，并對(duì)系統(tǒng)的盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)管控方式進(jìn)行了介紹。提出并實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)施工參數(shù)的自動(dòng)預(yù)警功能，該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于國內(nèi)多個(gè)城市盾構(gòu)隧道工程建設(shè)中，在施工管理、風(fēng)險(xiǎn)管控、事故原因分析中發(fā)揮了重要作用，保證了盾構(gòu)施工安全，取得了良好的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。

國內(nèi)外工程建設(shè)與管理精細(xì)化要求越來越高，勢(shì)必要求盾構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控系統(tǒng)也要向著精細(xì)化發(fā)展。同時(shí)，基于近十幾年的盾構(gòu)施工數(shù)據(jù)積累，如何從海量的數(shù)據(jù)中總結(jié)盾構(gòu)施工技術(shù)與管理經(jīng)驗(yàn)，并應(yīng)用到后續(xù)施工中去也是一個(gè)具有重大意義的課題。最后，人工智能技術(shù)發(fā)展迅速，若能將人工智能與盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控系統(tǒng)相結(jié)合，必將對(duì)盾構(gòu)施工管理的進(jìn)步產(chǎn)生強(qiáng)大的促進(jìn)作用。