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）

 摘要：目前盾构施工在国内应用已相当成熟，本文主要阐述了通过应用盾构机远程管理云平台，对掘进状态数据的采 集和分析，并在电脑端和移动客户端实时显示数据，应用效果表明，该平台可实现远程管理，并提升管理能力。 关键词：盾构机；远程管理；数据 中图分类号：U455.39   文献标识码：A   文章编号：1671-0711（2021）04（下）-0049-02

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.