伍小航

（中交二公局鐵路建設(shè)有限公司，陜西 西安 710065）

1 盾構(gòu)機(jī)遠(yuǎn)程管理云平臺概述

在現(xiàn)有的城市軌道建設(shè)中，大部分隧道修建都采用了盾構(gòu)法施工，盾構(gòu)施工自動化在國內(nèi)應(yīng)用中已經(jīng)相當(dāng)成熟。傳統(tǒng)的管理方式不能滿足現(xiàn)場需求，存在一些需要改進(jìn)提高的地方，比較明顯的有如下幾點：①管理人員不在現(xiàn)場，無法了解最新盾構(gòu)運行狀況；②不能收集各項運行參數(shù)，無法得到數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系；③設(shè)備報表由人工填報，極容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、上報不及時的情況；④設(shè)備出現(xiàn)故障時，沒有歷史數(shù)據(jù)的查詢，無法進(jìn)行科學(xué)判斷。

通過應(yīng)用盾構(gòu)機(jī)遠(yuǎn)程管理云平臺，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對盾構(gòu)機(jī)的運行參數(shù)進(jìn)行采集和統(tǒng)計，通過云計算對盾構(gòu)機(jī)各種參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計和分析，實現(xiàn)遠(yuǎn)程管理盾構(gòu)設(shè)備，讓盾構(gòu)機(jī)更高效、更安全的運行，同時為了掌握盾構(gòu)機(jī)運行規(guī)律，積累盾構(gòu)機(jī)運行數(shù)據(jù)，及時、準(zhǔn)確掌握現(xiàn)場情況；查看盾構(gòu)機(jī)實時數(shù)據(jù)，隨時發(fā)現(xiàn)故障，掌握故障內(nèi)容；對日常消耗材料進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，形成消耗經(jīng)驗值，需運用先進(jìn)、科學(xué)的信息化手段解決問題的思路。

2 盾構(gòu)機(jī)遠(yuǎn)程管理云平臺構(gòu)建

2.1 盾構(gòu)機(jī)遠(yuǎn)程管理云平臺目標(biāo)定位

通過云計算對盾構(gòu)機(jī)各種參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計和分析，實現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)遠(yuǎn)程管理，提高盾構(gòu)機(jī)管理水平，達(dá)到如下管理效果。（1）積累盾構(gòu)機(jī)運行數(shù)據(jù)，掌握盾構(gòu)機(jī)運行規(guī)律；（2）通過查看盾構(gòu)機(jī)實時數(shù)據(jù)，隨時發(fā)現(xiàn)故障，并掌握故障內(nèi)容；（3）及時、準(zhǔn)確掌握現(xiàn)場設(shè)備運行情況；（4）通過盾構(gòu)機(jī)運行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，積累經(jīng)驗，提升管理。

2.2 盾構(gòu)機(jī)遠(yuǎn)程管理云平臺構(gòu)建思路

（1）理論技術(shù)依據(jù)：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要采用工業(yè)PLC 數(shù)據(jù)采集技術(shù)，將工控機(jī)接入盾構(gòu)主控PLC，通過不同盾構(gòu)的點位表分析，將采集上來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和匯總。

（2）現(xiàn)場進(jìn)行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)終端：實現(xiàn)設(shè)備運行數(shù)據(jù)、設(shè)備配件等數(shù)據(jù)自動采集和分析，將數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實時傳輸至平臺。

（3）實現(xiàn)方法：與軟件開發(fā)公司建立合作關(guān)系，研發(fā)盾構(gòu)機(jī)遠(yuǎn)程管理云平臺。

2.3 盾構(gòu)機(jī)遠(yuǎn)程管理云平臺的主要內(nèi)容

盾構(gòu)機(jī)遠(yuǎn)程管理云平臺結(jié)合了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)研究和分析技術(shù)，通過對盾構(gòu)的掘進(jìn)定位和掘進(jìn)狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集和分析，可以在電腦端和移動客戶端實時顯示數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、統(tǒng)計、分析，對盾構(gòu)施工提供預(yù)處理指導(dǎo)方案。

盾構(gòu)機(jī)遠(yuǎn)程管理云平臺采集參數(shù)包含：掘進(jìn)進(jìn)度、掘進(jìn)狀態(tài)、推進(jìn)系統(tǒng)油缸壓力、油缸行程、土壓、刀盤轉(zhuǎn)速、刀盤扭矩、導(dǎo)向系統(tǒng)各項參數(shù)等盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過程中的各項運行參數(shù)，并可以對上述數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并生成各種圖表，使管理者能夠直觀、清晰的掌握設(shè)備現(xiàn)場的運行、使用、完好情況，滿足管理需求，達(dá)到管理效果。

3 盾構(gòu)機(jī)遠(yuǎn)程管理云平臺應(yīng)用功能

該平臺共有8 大功能模塊，分別為掘進(jìn)進(jìn)度管理模塊、盾構(gòu)機(jī)實時數(shù)據(jù)展示模塊、掘進(jìn)參數(shù)分析模塊、參數(shù)歷史預(yù)覽模塊、作業(yè)時間統(tǒng)計模塊、盾構(gòu)故障報警模塊、圖紙管理-盾構(gòu)掘進(jìn)可視化管理模塊、手機(jī)APP 管理模塊，具體如下。

3.1 掘進(jìn)進(jìn)度管理

可以直觀的在地圖上顯示盾構(gòu)機(jī)實時的掘進(jìn)進(jìn)度、當(dāng)前實時掘進(jìn)參數(shù)等信息。可以通過2 種方式直觀顯示盾構(gòu)機(jī)的軌跡，第一種以地圖為參照進(jìn)行盾構(gòu)軌跡的展示，第二種可以通過原始的施工CAD 圖紙進(jìn)行精確展示。通過該模塊，可直接獲取當(dāng)日實時進(jìn)度、開累進(jìn)度，保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、真實性、及時性。

3.2 盾構(gòu)機(jī)實時數(shù)據(jù)展示

盾構(gòu)機(jī)實時參數(shù)監(jiān)控界面，可展示盾構(gòu)機(jī)各大子系統(tǒng)如導(dǎo)向系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、刀盤系統(tǒng)、螺旋槳系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)等實時狀態(tài)，并可以在瀏覽器以及手機(jī)APP 中查看。通過該模塊，可以及時、準(zhǔn)確掌握現(xiàn)場情況，通過數(shù)據(jù)分析，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備運行異常情況，并采取有效管理措施，極大的加強(qiáng)管控能力。

掘進(jìn)參數(shù)采集。該平臺可以對納入系統(tǒng)內(nèi)的盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)歷史參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。歷史參數(shù)包括刀盤系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、工作環(huán)境、工作狀態(tài)、鉸接系統(tǒng)、螺旋系統(tǒng)、泥水系統(tǒng)、泡沫系統(tǒng)、土壓系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)共11 大系統(tǒng)。

刀盤系統(tǒng)數(shù)據(jù)有刀盤扭矩、刀盤右旋轉(zhuǎn)、刀盤右旋轉(zhuǎn)累計旋轉(zhuǎn)數(shù)、刀盤轉(zhuǎn)速、刀盤左旋轉(zhuǎn)、刀盤左旋轉(zhuǎn)累計旋轉(zhuǎn)數(shù)、內(nèi)密封溫度、內(nèi)密封壓力。

導(dǎo)向系統(tǒng)數(shù)據(jù)有垂直偏差（后端）、垂直偏差（鉸接）、垂直偏差（前端）、俯仰角（后胴）、俯仰角（前胴）、水平偏差（后端）、水平偏差（鉸接）、水平偏差（前端）、搖擺角（后胴）、搖擺角（前胴）。

工作環(huán)境數(shù)據(jù)有1 號二氧化碳、1 號甲烷、1 號氧氣、1號二氧化碳、2 號二氧化碳、2 號甲烷、2 號氧氣、2 號二氧化碳。

工作狀態(tài)數(shù)據(jù)有管理行程、管片號碼、記錄日期、記錄時刻、掘進(jìn)模式、掘進(jìn)中、拼裝模式、拼裝中、實際挖掘結(jié)束時刻、實際挖掘開始時刻、實際挖掘機(jī)時間、挖掘結(jié)束時間、挖掘結(jié)束時刻、挖掘結(jié)束條件成立、挖掘開始日期、挖掘開始時刻、挖掘開始條件成立、系統(tǒng)掘進(jìn)狀態(tài)、、準(zhǔn)備模式、準(zhǔn)備中、總挖掘機(jī)時間。

鉸接系統(tǒng)數(shù)據(jù)：鉸接角度（垂直）、鉸接角度（水平）、鉸接油缸行程（上下左右）。

螺旋系統(tǒng)數(shù)據(jù)有No.1 和No.2 螺旋機(jī)壓力、No.1 螺旋機(jī)閘門開度、No.2 螺旋機(jī)閘門開度、No.3 和No.4 螺旋機(jī)壓力、螺旋機(jī)后土壓、螺旋機(jī)累計轉(zhuǎn)數(shù)、螺旋機(jī)扭矩、螺旋機(jī)前土壓、螺旋機(jī)運行、螺旋機(jī)轉(zhuǎn)速、皮帶機(jī)反轉(zhuǎn)運行、皮帶機(jī)運行、皮帶機(jī)正轉(zhuǎn)運行。

泥水系統(tǒng)數(shù)據(jù)：泥水累計（1 號至4 號）、泥水流量（1號至4 號）。

泡沫系統(tǒng)數(shù)據(jù)：泡沫累計（1 號至4 號）、泡沫流量（1號至4 號）、泡沫壓力（1 號至4 號）。

土壓系統(tǒng)數(shù)據(jù)：土艙土壓（上）、土艙土壓（右下）、圡艙土壓（右中）、圡艙土壓（左下）、圡艙土壓（左中）。

推進(jìn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)：千斤頂平均速度、千斤頂行程差上下、千斤頂行程差左右、實際行程、推進(jìn)千斤頂速度（上下左右）、推進(jìn)千斤頂行程（上下左右）、推進(jìn)千斤頂壓力、推進(jìn)區(qū)間的壓力（上下左右）、推進(jìn)油缸總推力等。

注漿系統(tǒng)數(shù)據(jù)：注漿累計（1 號至4 號）、注漿流量（1號至4 號）、注漿流量累計（1 號至4 號）、注漿壓力（1號至4 號）。

3.3 掘進(jìn)參數(shù)分析

通過該模塊，對積累盾構(gòu)機(jī)運行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可掌握盾構(gòu)機(jī)運行規(guī)律。

3.4 參數(shù)歷史預(yù)覽

該平臺可以對保存的歷史參數(shù)以excel 表格形式導(dǎo)出，對數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析。通過該模塊，積累盾構(gòu)機(jī)運行數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行功效分析。

3.5 作業(yè)時間統(tǒng)計

該模塊主要針對盾構(gòu)機(jī)工作中所涉及3 個狀態(tài)（掘進(jìn)、拼裝、準(zhǔn)備）所耗時間的統(tǒng)計，并形成柱形圖表格，方便盾構(gòu)管理人員進(jìn)行分析。通過工作時間柱形圖表格，找出工作中的薄弱點，提高工作效率。

3.6 盾構(gòu)故障報警

該模塊有2 大功能，分為報警歷史查詢，報警配置管理。通過在后臺進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)參數(shù)報警配置，可以實時監(jiān)控盾構(gòu)掘進(jìn)過程中機(jī)器異常情況發(fā)生，并及時推送給相關(guān)人員處理。通過該模塊，讓管理人員隨時發(fā)現(xiàn)故障，掌握故障內(nèi)容并及時處理。

3.7 圖紙管理-盾構(gòu)掘進(jìn)可視化管理

把項目施工平面圖、縱斷面圖進(jìn)行電子化，并疊加盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)軌跡狀態(tài)、地面沉降監(jiān)測點狀態(tài)、縱斷面地質(zhì)數(shù)據(jù)等信息，提高盾構(gòu)機(jī)施工的管理效率。

3.8 移動客戶端應(yīng)用

該移動客戶端適用于IOS 和安卓系統(tǒng)，適用面廣。通過移動客戶端，不同層級管理人員可實現(xiàn)隨時隨地查看盾構(gòu)機(jī)設(shè)備實時數(shù)據(jù)，如掘進(jìn)進(jìn)度、刀盤參數(shù)、導(dǎo)向系統(tǒng)數(shù)據(jù)等關(guān)鍵參數(shù)，不再局限于電話溝通、報表查看、現(xiàn)場查看等傳統(tǒng)方式，工作效率高，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。通過該模塊，解決了管理鏈條長，數(shù)據(jù)多層上報，不及時、不真實，隱瞞不報等問題。

4 盾構(gòu)機(jī)遠(yuǎn)程管理云平臺運行成效

4.1 管理效果

（1）通過盾構(gòu)機(jī)遠(yuǎn)程管理云平臺自動獲取盾構(gòu)機(jī)關(guān)鍵數(shù)據(jù)，提高了盾構(gòu)運行數(shù)據(jù)獲取的準(zhǔn)確性、真實性、及時性，最大程度降低人為因素影響，提高了管理效率和決策的準(zhǔn)確性。

（2）通過盾構(gòu)機(jī)遠(yuǎn)程管理云平臺實時顯示盾構(gòu)運行數(shù)據(jù)，可以及時、準(zhǔn)確掌握現(xiàn)場情況，通過數(shù)據(jù)分析，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備運行異常情況，并采取有效管理措施，極大的加強(qiáng)管控能力。

（3）依托盾構(gòu)機(jī)遠(yuǎn)程管理云平臺，精準(zhǔn)采集盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過程中的各項關(guān)鍵數(shù)據(jù)，包括推進(jìn)油缸的壓力、行程，土壓，刀盤的轉(zhuǎn)速、扭矩，導(dǎo)向系統(tǒng)的俯仰角、滾動角、水平點、垂直點、導(dǎo)向里程等，并自動存儲數(shù)據(jù)，積累盾構(gòu)機(jī)運行數(shù)據(jù)，為以后設(shè)備選型提供科學(xué)依據(jù)。

（4）中、高層管理者可以通過手機(jī)客戶端及時查詢和掌握盾構(gòu)機(jī)運行的實時狀態(tài)。解決了管理鏈條長，數(shù)據(jù)多層上報，不及時、不真實，隱瞞不報等問題。

4.2 間接經(jīng)濟(jì)效益

通過盾構(gòu)機(jī)遠(yuǎn)程管理云平臺，降低了人為不利因素影響，原先需要通過人去現(xiàn)場查看、了解，現(xiàn)在數(shù)據(jù)實時顯示在電腦、手機(jī)上，保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、真實性、及時性，減少人為管理次數(shù)，降低了管理成本。

5 結(jié)語

綜上所述，借助大數(shù)據(jù)技術(shù)、信息化手段，構(gòu)建盾構(gòu)機(jī)遠(yuǎn)程管理云平臺，通過對掘進(jìn)狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集和分析，可以在電腦端和移動客戶端實時顯示數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、統(tǒng)計、分析，對盾構(gòu)施工提供預(yù)處理指導(dǎo)方案，實現(xiàn)了遠(yuǎn)程管理功能，有效提升了管理能力。