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盾构集群化监控与异地决策管理系统的开发与应用

华振
（中交一公局厦门工程有限公司）

根据中国城市轨道交通协会统计，截至2015年底，全国共26个城市开通城市轨道交通运营，共有116条线路。对于城市地铁施工企业而言，如何有效地集群监控及异地管理分布于不同区域的盾构机施工，是目前蓬勃发展的地铁市场带来的一大挑战。现今各地盾构施工项目，均不同程度地尝试建立了各种远程监控系统来进行盾构施工管理，现有盾构远程监控系统以监控盾构施工参数为主，其他功能存在不同程度的缺失，且不同品牌盾构机、PLC均无法实现共用，存在较大的推广障碍。本文以厦门地铁及福州地铁盾构项目为研究对象，开发了盾构集群化监控与异地决策管理系统（以下简称“盾构管理系统”）。该标段均由中交一公局厦门工程有限公司盾构中心进行施工，施工高峰期共有7台盾构机，其中6台为中铁装备盾构机、1台为德国海瑞克盾构机。
1盾构管理系统的架构
盾构管理系统分为数据采集及信息管理两大子系统，分别采用client/server模式及browser/server模式，整个系统的架构如图1所示。

1.1数据采集子系统
数据采集子系统包括盾构机实时记录数据及人工采集数据，盾构机实时采集数据通过安装数据采集器于盾构机PLC，数据采集客户端通过OPCserver与盾构机PLC进行数据交换。盾构机实时施工参数搜集后，通过项目局域网发至项目地面监控室内，再通过网络发送至数据中心进行储存及分析。OPC（OLEforprocesscontrol，用于过程控制的OLE）是嵌入式过程控制标准，是用于服务器/客户机连接的开放式接口标准和技术规范，是一种开放的、与应用程序无关的系统接口标准，能够实现从不同品牌PLC中读取数据。
1.2信息管理子系统
信息管理子系统采用browser/server模式，管理层通过手机、PC电脑、平板电脑等智能终端登陆系统，在所授予的权限范围内进行数据的查看、管理及修改。系统的管理设置了三级权限，第一级为管理员级，可以对系统的所有数据进行查看、修改及下载；第二级为管理级，可以对所有数据进行查看及下载，无修改权；第三级为员工级，可以对限定内容进行查看及下载，无修改权。
2盾构管理系统的主要功能
2.1盾构实时监控功能
盾构管理系统的实时监控功能借助于关联隧道内的PLC，将储存在盾构机内的相关施工参数发送至系统，从而实现盾构系统的实时监控。通过模拟盾构结构图，主监视系统可以直观显示盾构机的允许状态，以及施工过程中的各项工作参数的最新数据，实现异地盾构施工管理及决策，盾构实时监控功能包括以下三部分。
（1）推进参数实时监控。完成盾构机推进参数的实时采集，将盾构推进数据发送至盾构管理系统，系统平台用户通过账号登陆查看，实现对盾构推进参数的实时监控，如图2所示。
（2）导向数据实时监控。完成盾构机导向数据的实时采集，将导向数据发送至盾构管理系统，实现对盾构导向数据的实时监控。

（3）施工现场视频监控。将施工现场的监控视频发送至数据中心，满足管理层随时调取或存储现场视频，如图3所示。

2.2数据储存分析功能
数据储存分析功能将施工过程中的各项数据永久储存于数据中心，为工后总结提供分析依据，为后续施工项目提供最为基础的经验数据。在质量管理上，分析影响从管片进场到成环的主要因素，为提高效率提供方向。结合地质数据、掘进数据、地面监控数据、设备数据等，进行综合分析，为不同地质条件下的盾构选型提供有力的数据支撑。数据储存分析功能包括以下部分：（1）施工参数实时储存；（2）自动统计每日、每周、每月施工进度；（3）施工参数历史数据导出；（4）施工参数历史数据的曲线分析；（5）盾构机施工效率查询与分析；（6）盾构机故障原因与解决方法录入与查询；（7）隧道质量信息录入与展示；（8）盾构机保养信息编辑与查询。
2.3施工安全预警功能
施工安全预警功能可依据施工过程不同阶段的关注点进行建模，对不同对象进行不同层级的预警发送，包括可通过短信、微信、中控语音进行预警。根据不同的警情进行不同级别的预警推送，风险源在施工前进行确认及录入，风险源识别后施工接近风险点时也依据距离进行预警推送，如图4所示。

2.4项目安全评估功能
项目安全评估功能基于全方位的数据分析，提供管理层异地决策。通过汇总状态监测、进度效率分析数据、风险管理、监测量测数据、隧道质量数据等自动生产每日、每周安全评估报告，交互式提供领导层批示、审阅、打印及输出等功能，实现领导层异地决策，为每一步决策提供有效依据。
3系统模块
盾构管理系统由设备监控、进度管理、风险管理、设备管理、隧道质量管理、监测分析管理、材料消耗、分析决策及项目数据维护9大模块组成。（1）设备监控模块主要用于：监控与管理盾构机的设计轴线、盾构机参数、盾构机报警信息、掘进姿态、项目实时视频、区间走向航拍图及平纵断面图。（2）进度管理模块主要用于：监控与管理各项目的进度周报、进度月报、施工进度分析与周进度通知。（3）风险管理模块主要用于：监控与管理各个盾构区间的风险源、风险点提前预警、预警记录管理、手动预警记录等。（4）设备管理模块主要用于：监控与管理各台盾构机的保养方案、盾构全国分布位置、盾构资产、项目台帐、台帐报告、保养信息编辑、保养记录查询、后配套设备管理、部件管理与保养文件管理。（5）隧道质量模块主要用于：监控与管理各区间的隧道质量总览、隧道质量列表与成型隧道轴线偏差。（6）监测分析管理模块主要用于：监控与管理各区间的监测数据导出、每日20环分析、第一方数据分析。（7）材料消耗模块主要用于：监控与管理各项目的材料消耗、出入库及材料信息管理。（8）分析决策模块主要用于：监控与管理各项目的施工参数建议值、数据报表系统、加水流量设定值分析、历史曲线分析、工效分析、用户故障经验、专家故障经验。（9）项目数据维护主要用于：监控与管理盾构管理系统的人工数据录入与系统内各数据的导出。
4项目应用
今盾构中心借助盾构管理系统，实现了盾构机的集群化监控及领导层的异地决策，避免了盾构中心管理层过多福州、厦门两地奔波，提高了管理效率，通过系统提供的数据分析提高盾构安全、质量、生产、设备等多方面的管理水平，具有极高的应有推广价值。
5结束语
盾构集群化监控与异地决策管理系统的开发是跨专业的科技应用，通过互联网及软件开发的应用，解决盾构施工的集群化监控与管理层的异地决策问题，具有数据化、自动化的优点，对盾构施工大数据库的建立有很好的支持，具有极高的推广应用价值。下一步工作在于实现盾构隧道内的无纸化办公，通过平板、手机等智能终端实现盾构施工的数据录入，再借由智能终端传送数据到管理系统，进一步完善盾构现场施工的管理。
参考文献：中国知网

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