浅谈盾构机远程管理云平台应用

伍小航

（中交二公局铁路建设有限公司，陕西 西安 710065）

1 盾构机远程管理云平台概述

在现有的城市轨道建设中，大部分隧道修建都采用了盾构法施工，盾构施工自动化在国内应用中已经相当成熟。传统的管理方式不能满足现场需求，存在一些需要改进提高的地方，比较明显的有如下几点：①管理人员不在现场，无法了解最新盾构运行状况；②不能收集各项运行参数，无法得到数据之间的关联关系；③设备报表由人工填报，极容易出现数据不准确、上报不及时的情况；④设备出现故障时，没有历史数据的查询，无法进行科学判断。

通过应用盾构机远程管理云平台，结合物联网技术，对盾构机的运行参数进行采集和统计，通过云计算对盾构机各种参数进行统计和分析，实现远程管理盾构设备，让盾构机更高效、更安全的运行，同时为了掌握盾构机运行规律，积累盾构机运行数据，及时、准确掌握现场情况；查看盾构机实时数据，随时发现故障，掌握故障内容；对日常消耗材料进行数据采集，形成消耗经验值，需运用先进、科学的信息化手段解决问题的思路。

2 盾构机远程管理云平台构建

2.1 盾构机远程管理云平台目标定位

通过云计算对盾构机各种参数进行统计和分析，实现盾构机远程管理，提高盾构机管理水平，达到如下管理效果。（1）积累盾构机运行数据，掌握盾构机运行规律；（2）通过查看盾构机实时数据，随时发现故障，并掌握故障内容；（3）及时、准确掌握现场设备运行情况；（4）通过盾构机运行数据的统计分析，积累经验，提升管理。

2.2 盾构机远程管理云平台构建思路

（1）理论技术依据：物联网技术主要采用工业PLC 数据采集技术，将工控机接入盾构主控PLC，通过不同盾构的点位表分析，将采集上来的数据进行分类和汇总。

（2）现场进行数据采集系统终端：实现设备运行数据、设备配件等数据自动采集和分析，将数据通过物联网技术实时传输至平台。

（3）实现方法：与软件开发公司建立合作关系，研发盾构机远程管理云平台。

2.3 盾构机远程管理云平台的主要内容

盾构机远程管理云平台结合了物联网技术、大数据研究和分析技术，通过对盾构的掘进定位和掘进状态数据的采集和分析，可以在电脑端和移动客户端实时显示数据，对数据进行记录、统计、分析，对盾构施工提供预处理指导方案。

盾构机远程管理云平台采集参数包含：掘进进度、掘进状态、推进系统油缸压力、油缸行程、土压、刀盘转速、刀盘扭矩、导向系统各项参数等盾构机在掘进过程中的各项运行参数，并可以对上述数据进行分析，并生成各种图表，使管理者能够直观、清晰的掌握设备现场的运行、使用、完好情况，满足管理需求，达到管理效果。

3 盾构机远程管理云平台应用功能

该平台共有8 大功能模块，分别为掘进进度管理模块、盾构机实时数据展示模块、掘进参数分析模块、参数历史预览模块、作业时间统计模块、盾构故障报警模块、图纸管理-盾构掘进可视化管理模块、手机APP 管理模块，具体如下。

3.1 掘进进度管理

可以直观的在地图上显示盾构机实时的掘进进度、当前实时掘进参数等信息。可以通过2 种方式直观显示盾构机的轨迹，第一种以地图为参照进行盾构轨迹的展示，第二种可以通过原始的施工CAD 图纸进行精确展示。通过该模块，可直接获取当日实时进度、开累进度，保证了数据的准确性、真实性、及时性。

3.2 盾构机实时数据展示

盾构机实时参数监控界面，可展示盾构机各大子系统如导向系统、推进系统、刀盘系统、螺旋桨系统、注浆系统等实时状态，并可以在浏览器以及手机APP 中查看。通过该模块，可以及时、准确掌握现场情况，通过数据分析，及时发现设备运行异常情况，并采取有效管理措施，极大的加强管控能力。

掘进参数采集。该平台可以对纳入系统内的盾构机掘进历史参数进行数据采集。历史参数包括刀盘系统、导向系统、工作环境、工作状态、铰接系统、螺旋系统、泥水系统、泡沫系统、土压系统、推进系统、注浆系统共11 大系统。

刀盘系统数据有刀盘扭矩、刀盘右旋转、刀盘右旋转累计旋转数、刀盘转速、刀盘左旋转、刀盘左旋转累计旋转数、内密封温度、内密封压力。

导向系统数据有垂直偏差（后端）、垂直偏差（铰接）、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（铰接）、水平偏差（前端）、摇摆角（后胴）、摇摆角（前胴）。

工作环境数据有1 号二氧化碳、1 号甲烷、1 号氧气、1号二氧化碳、2 号二氧化碳、2 号甲烷、2 号氧气、2 号二氧化碳。

工作状态数据有管理行程、管片号码、记录日期、记录时刻、掘进模式、掘进中、拼装模式、拼装中、实际挖掘结束时刻、实际挖掘开始时刻、实际挖掘机时间、挖掘结束时间、挖掘结束时刻、挖掘结束条件成立、挖掘开始日期、挖掘开始时刻、挖掘开始条件成立、系统掘进状态、、准备模式、准备中、总挖掘机时间。

铰接系统数据：铰接角度（垂直）、铰接角度（水平）、铰接油缸行程（上下左右）。

螺旋系统数据有No.1 和No.2 螺旋机压力、No.1 螺旋机闸门开度、No.2 螺旋机闸门开度、No.3 和No.4 螺旋机压力、螺旋机后土压、螺旋机累计转数、螺旋机扭矩、螺旋机前土压、螺旋机运行、螺旋机转速、皮带机反转运行、皮带机运行、皮带机正转运行。

泥水系统数据：泥水累计（1 号至4 号）、泥水流量（1号至4 号）。

泡沫系统数据：泡沫累计（1 号至4 号）、泡沫流量（1号至4 号）、泡沫压力（1 号至4 号）。

土压系统数据：土舱土压（上）、土舱土压（右下）、圡舱土压（右中）、圡舱土压（左下）、圡舱土压（左中）。

推进系统数据：千斤顶平均速度、千斤顶行程差上下、千斤顶行程差左右、实际行程、推进千斤顶速度（上下左右）、推进千斤顶行程（上下左右）、推进千斤顶压力、推进区间的压力（上下左右）、推进油缸总推力等。

注浆系统数据：注浆累计（1 号至4 号）、注浆流量（1号至4 号）、注浆流量累计（1 号至4 号）、注浆压力（1号至4 号）。

3.3 掘进参数分析

通过该模块，对积累盾构机运行数据进行分析，可掌握盾构机运行规律。

3.4 参数历史预览

该平台可以对保存的历史参数以excel 表格形式导出，对数据进行详细分析。通过该模块，积累盾构机运行数据，可以进行功效分析。

3.5 作业时间统计

该模块主要针对盾构机工作中所涉及3 个状态（掘进、拼装、准备）所耗时间的统计，并形成柱形图表格，方便盾构管理人员进行分析。通过工作时间柱形图表格，找出工作中的薄弱点，提高工作效率。

3.6 盾构故障报警

该模块有2 大功能，分为报警历史查询，报警配置管理。通过在后台进行盾构机参数报警配置，可以实时监控盾构掘进过程中机器异常情况发生，并及时推送给相关人员处理。通过该模块，让管理人员随时发现故障，掌握故障内容并及时处理。

3.7 图纸管理-盾构掘进可视化管理

把项目施工平面图、纵断面图进行电子化，并叠加盾构机掘进轨迹状态、地面沉降监测点状态、纵断面地质数据等信息，提高盾构机施工的管理效率。

3.8 移动客户端应用

该移动客户端适用于IOS 和安卓系统，适用面广。通过移动客户端，不同层级管理人员可实现随时随地查看盾构机设备实时数据，如掘进进度、刀盘参数、导向系统数据等关键参数，不再局限于电话沟通、报表查看、现场查看等传统方式，工作效率高，数据准确。通过该模块，解决了管理链条长，数据多层上报，不及时、不真实，隐瞒不报等问题。

4 盾构机远程管理云平台运行成效

4.1 管理效果

（1）通过盾构机远程管理云平台自动获取盾构机关键数据，提高了盾构运行数据获取的准确性、真实性、及时性，最大程度降低人为因素影响，提高了管理效率和决策的准确性。

（2）通过盾构机远程管理云平台实时显示盾构运行数据，可以及时、准确掌握现场情况，通过数据分析，及时发现设备运行异常情况，并采取有效管理措施，极大的加强管控能力。

（3）依托盾构机远程管理云平台，精准采集盾构机在掘进过程中的各项关键数据，包括推进油缸的压力、行程，土压，刀盘的转速、扭矩，导向系统的俯仰角、滚动角、水平点、垂直点、导向里程等，并自动存储数据，积累盾构机运行数据，为以后设备选型提供科学依据。

（4）中、高层管理者可以通过手机客户端及时查询和掌握盾构机运行的实时状态。解决了管理链条长，数据多层上报，不及时、不真实，隐瞒不报等问题。

4.2 间接经济效益

通过盾构机远程管理云平台，降低了人为不利因素影响，原先需要通过人去现场查看、了解，现在数据实时显示在电脑、手机上，保证了数据的准确性、真实性、及时性，减少人为管理次数，降低了管理成本。

5 结语

综上所述，借助大数据技术、信息化手段，构建盾构机远程管理云平台，通过对掘进状态数据的采集和分析，可以在电脑端和移动客户端实时显示数据，对数据进行记录、统计、分析，对盾构施工提供预处理指导方案，实现了远程管理功能，有效提升了管理能力。