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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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