淺談盾構機遠程管理云平臺應用

伍小航

（中交二公局鐵路建設有限公司，陜西 西安 710065）

1 盾構機遠程管理云平臺概述

在現有的城市軌道建設中，大部分隧道修建都采用了盾構法施工，盾構施工自動化在國內應用中已經相當成熟。傳統的管理方式不能滿足現場需求，存在一些需要改進提高的地方，比較明顯的有如下幾點：①管理人員不在現場，無法了解最新盾構運行狀況；②不能收集各項運行參數，無法得到數據之間的關聯關系；③設備報表由人工填報，極容易出現數據不準確、上報不及時的情況；④設備出現故障時，沒有歷史數據的查詢，無法進行科學判斷。

通過應用盾構機遠程管理云平臺，結合物聯網技術，對盾構機的運行參數進行采集和統計，通過云計算對盾構機各種參數進行統計和分析，實現遠程管理盾構設備，讓盾構機更高效、更安全的運行，同時為了掌握盾構機運行規律，積累盾構機運行數據，及時、準確掌握現場情況；查看盾構機實時數據，隨時發現故障，掌握故障內容；對日常消耗材料進行數據采集，形成消耗經驗值，需運用先進、科學的信息化手段解決問題的思路。

2 盾構機遠程管理云平臺構建

2.1 盾構機遠程管理云平臺目標定位

通過云計算對盾構機各種參數進行統計和分析，實現盾構機遠程管理，提高盾構機管理水平，達到如下管理效果。（1）積累盾構機運行數據，掌握盾構機運行規律；（2）通過查看盾構機實時數據，隨時發現故障，并掌握故障內容；（3）及時、準確掌握現場設備運行情況；（4）通過盾構機運行數據的統計分析，積累經驗，提升管理。

2.2 盾構機遠程管理云平臺構建思路

（1）理論技術依據：物聯網技術主要采用工業PLC 數據采集技術，將工控機接入盾構主控PLC，通過不同盾構的點位表分析，將采集上來的數據進行分類和匯總。

（2）現場進行數據采集系統終端：實現設備運行數據、設備配件等數據自動采集和分析，將數據通過物聯網技術實時傳輸至平臺。

（3）實現方法：與軟件開發公司建立合作關系，研發盾構機遠程管理云平臺。

2.3 盾構機遠程管理云平臺的主要內容

盾構機遠程管理云平臺結合了物聯網技術、大數據研究和分析技術，通過對盾構的掘進定位和掘進狀態數據的采集和分析，可以在電腦端和移動客戶端實時顯示數據，對數據進行記錄、統計、分析，對盾構施工提供預處理指導方案。

盾構機遠程管理云平臺采集參數包含：掘進進度、掘進狀態、推進系統油缸壓力、油缸行程、土壓、刀盤轉速、刀盤扭矩、導向系統各項參數等盾構機在掘進過程中的各項運行參數，并可以對上述數據進行分析，并生成各種圖表，使管理者能夠直觀、清晰的掌握設備現場的運行、使用、完好情況，滿足管理需求，達到管理效果。

3 盾構機遠程管理云平臺應用功能

該平臺共有8 大功能模塊，分別為掘進進度管理模塊、盾構機實時數據展示模塊、掘進參數分析模塊、參數歷史預覽模塊、作業時間統計模塊、盾構故障報警模塊、圖紙管理-盾構掘進可視化管理模塊、手機APP 管理模塊，具體如下。

3.1 掘進進度管理

可以直觀的在地圖上顯示盾構機實時的掘進進度、當前實時掘進參數等信息。可以通過2 種方式直觀顯示盾構機的軌跡，第一種以地圖為參照進行盾構軌跡的展示，第二種可以通過原始的施工CAD 圖紙進行精確展示。通過該模塊，可直接獲取當日實時進度、開累進度，保證了數據的準確性、真實性、及時性。

3.2 盾構機實時數據展示

盾構機實時參數監控界面，可展示盾構機各大子系統如導向系統、推進系統、刀盤系統、螺旋槳系統、注漿系統等實時狀態，并可以在瀏覽器以及手機APP 中查看。通過該模塊，可以及時、準確掌握現場情況，通過數據分析，及時發現設備運行異常情況，并采取有效管理措施，極大的加強管控能力。

掘進參數采集。該平臺可以對納入系統內的盾構機掘進歷史參數進行數據采集。歷史參數包括刀盤系統、導向系統、工作環境、工作狀態、鉸接系統、螺旋系統、泥水系統、泡沫系統、土壓系統、推進系統、注漿系統共11 大系統。

刀盤系統數據有刀盤扭矩、刀盤右旋轉、刀盤右旋轉累計旋轉數、刀盤轉速、刀盤左旋轉、刀盤左旋轉累計旋轉數、內密封溫度、內密封壓力。

導向系統數據有垂直偏差（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）。

工作環境數據有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。

工作狀態數據有管理行程、管片號碼、記錄日期、記錄時刻、掘進模式、掘進中、拼裝模式、拼裝中、實際挖掘結束時刻、實際挖掘開始時刻、實際挖掘機時間、挖掘結束時間、挖掘結束時刻、挖掘結束條件成立、挖掘開始日期、挖掘開始時刻、挖掘開始條件成立、系統掘進狀態、、準備模式、準備中、總挖掘機時間。

鉸接系統數據：鉸接角度（垂直）、鉸接角度（水平）、鉸接油缸行程（上下左右）。

螺旋系統數據有No.1 和No.2 螺旋機壓力、No.1 螺旋機閘門開度、No.2 螺旋機閘門開度、No.3 和No.4 螺旋機壓力、螺旋機后土壓、螺旋機累計轉數、螺旋機扭矩、螺旋機前土壓、螺旋機運行、螺旋機轉速、皮帶機反轉運行、皮帶機運行、皮帶機正轉運行。

泥水系統數據：泥水累計（1 號至4 號）、泥水流量（1號至4 號）。

泡沫系統數據：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）。

土壓系統數據：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）。

推進系統數據：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、推進千斤頂速度（上下左右）、推進千斤頂行程（上下左右）、推進千斤頂壓力、推進區間的壓力（上下左右）、推進油缸總推力等。

注漿系統數據：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 掘進參數分析

通過該模塊，對積累盾構機運行數據進行分析，可掌握盾構機運行規律。

3.4 參數歷史預覽

該平臺可以對保存的歷史參數以excel 表格形式導出，對數據進行詳細分析。通過該模塊，積累盾構機運行數據，可以進行功效分析。

3.5 作業時間統計

該模塊主要針對盾構機工作中所涉及3 個狀態（掘進、拼裝、準備）所耗時間的統計，并形成柱形圖表格，方便盾構管理人員進行分析。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。通過在后臺進行盾構機參數報警配置，可以實時監控盾構掘進過程中機器異常情況發生，并及時推送給相關人員處理。通過該模塊，讓管理人員隨時發現故障，掌握故障內容并及時處理。

3.7 圖紙管理-盾構掘進可視化管理

把項目施工平面圖、縱斷面圖進行電子化，并疊加盾構機掘進軌跡狀態、地面沉降監測點狀態、縱斷面地質數據等信息，提高盾構機施工的管理效率。

3.8 移動客戶端應用

該移動客戶端適用于IOS 和安卓系統，適用面廣。通過移動客戶端，不同層級管理人員可實現隨時隨地查看盾構機設備實時數據，如掘進進度、刀盤參數、導向系統數據等關鍵參數，不再局限于電話溝通、報表查看、現場查看等傳統方式，工作效率高，數據準確。通過該模塊，解決了管理鏈條長，數據多層上報，不及時、不真實，隱瞞不報等問題。

4 盾構機遠程管理云平臺運行成效

4.1 管理效果

（1）通過盾構機遠程管理云平臺自動獲取盾構機關鍵數據，提高了盾構運行數據獲取的準確性、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確性。

（2）通過盾構機遠程管理云平臺實時顯示盾構運行數據，可以及時、準確掌握現場情況，通過數據分析，及時發現設備運行異常情況，并采取有效管理措施，極大的加強管控能力。

（3）依托盾構機遠程管理云平臺，精準采集盾構機在掘進過程中的各項關鍵數據，包括推進油缸的壓力、行程，土壓，刀盤的轉速、扭矩，導向系統的俯仰角、滾動角、水平點、垂直點、導向里程等，并自動存儲數據，積累盾構機運行數據，為以后設備選型提供科學依據。

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

4.2 間接經濟效益

通過盾構機遠程管理云平臺，降低了人為不利因素影響，原先需要通過人去現場查看、了解，現在數據實時顯示在電腦、手機上，保證了數據的準確性、真實性、及時性，減少人為管理次數，降低了管理成本。

5 結語

綜上所述，借助大數據技術、信息化手段，構建盾構機遠程管理云平臺，通過對掘進狀態數據的采集和分析，可以在電腦端和移動客戶端實時顯示數據，對數據進行記錄、統計、分析，對盾構施工提供預處理指導方案，實現了遠程管理功能，有效提升了管理能力。