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摘要：目前，国内外隧道技术正在不停的发展。其中，最关键的技术即盾构机的控制。在国外，针对盾构机的施工控制研发的系统是考虑到所有项目的，而国内研发的系统基本都只考虑到每个正在进行的工程项目。现在国内的盾构机的管理系统无法实现盾构总公司对所有工程和盾构机的一次性管理需求。为了解决公司在这方面的需求，本文根据公司提出的种种要求，设计了面向整体的盾构机的监控及管理系统。本文通过系统的整体需求分析和盾构机各组成部分的需求分析，系统的架构分层的设计，数据采集系统和数据库的设计，以及网页模块的设计，完成了系统所需功能的开发。
关键词：盾构机；管理；对策分析
盾构机在隧道施工是一个极其复杂的过程，隧道环境比较恶劣，致使盾构机的组成部分必须相互协调，共同配合，其中所有环节均不能发生故障，否则都会导致盾构机无法安全运行。盾构机由于挖掘隧道的特殊性，具有刀盘装置、推进系统、冷却系统、盾尾密封装置等组成部分，结构复杂，所以在施工过程中每个组成部分出现问题就会导致盾构机出现故障。为了保证盾构机的安全运行，需要了解其所有组成部分的运行状况。本套系统主要就是针对盾构机在施工时的运行状况的监控，所以，简要的描述了盾构机的工作原理。
1工程实例
某地铁工程施工过程中，采用ZTE6250型盾构机，盾构机的开挖直径为6280m，主机直径为6250mm，主要有后配套和主机两部分构成。主机可以划分为主驱动、刀盘、前盾、中盾和尾盾，其中主驱动使用八历士马达驱动，隔板支撑主驱动系统、前盾使用隔板和土仓划分开，中盾四周布置了30只突进油缸和14只被动钢绞线油缸。盾构机总长度为81m，设备桥长为12.5m，中主机长为8m，装机功率为1600kVA，总功率为1200kW，额定推力为34211kN，最大推力为29913kN，最大扭矩为5717kN.m，额定扭矩为4760kN.m，刀盘最大转动速度为2.75r/min，最大推进速度为80mm/min。
2监控和管理系统的建设
2.1系统建设需求
针对盾构机的挖掘过程和实际工程的需要，采用生命周期法和原型法两者相结合对本套系统进行了需求分析。为了实现盾构机在挖掘隧道全程的自动控制，以及工程其他方面的需要，基本确定了本套系统所要具备的全部功能。系统的主要任务是采集数据，包括盾构机数据、外部数据（维修数据等）、环境数据（土质、地形等）；数据分析，需要先将数据传输到工程现场的服务器，进而分析供现场监控、维护管理使用；数据管理，由工程现场服务器远程传输到公司内部的数据库，进而统计分析、预测维修管理供业务用户使用或者制作盾构机的全生命周期管理系统。
2.2系统的功能结构
数据采集层：数据采集层位于隧道内部，通过数据采集系统采集盾构机运行过程中的数据，位于系统架构中的最下层。隧道内部施工环境恶劣，人工采集工作站无法采集盾构机在运行过程中的全部数据，需要通过安装在机身各部位的PLC模块间相互配合，采集设备的实时数据，通过以太网传输到工程现场的计算机，以供接下来的数据处理使用。
数据监控层：数据监控层位于工程现场，用于本工程的盾构机监控和运行维护管理。工程现场设置不同的工作站，对应于不同的功能：盾构监控服务器，操作人员随时关注盾构监控界面，下达操作命令或发现故障通知维护人员修理设备；盾构数据采集服务器，通过以太网接收隧道内部传来的采集数据；临时数据库服务器，存储本工程的基础数据、运行数据，工程结束时，该工程的所有数据会转存到盾构公司核心数据库，以便数据库在处理分析时，各种状况下的数据都有考虑到，才不会发生错误，因而需要全量抽取数据以保证以往工程数据不流失。
数据储存分析层：数据储存分析层即数据库是整个监控及管理系统的关键。这一层是将所有的数据源统一集中到实时数据库中，控制所有工程的监控区域，及时获取需要的信息，通过不同的授权级别来实现不同用户端的同步监控管理功能。工程现场采集的数据通过网络远程传输给核心数据库，通过对实时存储数据和原有数据的对比分析，将数据处理得到的结果由系统浏览界面以图表形式展示。
数据管理层：数据管理层主要针对全局的管理和对工程现场突发事件的后台支持。工作人员通过个人电脑的浏览器进行访问，系统的访问则是采用用户名认证、用户权限的方式。
2.3数据采集系统
在施工现场，工作人员需要时刻监控盾构机的运行状况并进行维护管理，数据库将采集到的数据处理分析后在监控服务器界面上以图表的形式显示。盾构机由于挖掘隧道的特殊性，具有刀盘装置、推进系统、螺旋输送机、盾尾密封装置等构成部分，其运行时的重要参数包括推进速度、总推力、扭矩、切口、盾构坡度、土压力等，这些数据可以通过安装在盾构机各处的PLC时刻监控并通过相应的采集设备或中间环节采集得到。对于无法自动采集的盾构机运行数据，需要通过人工采集后导入本系统。。所以，需要按照登陆权限来分别开放不同的数据，初始后台数据不在面板显示。权限管理根据不同职责将权限划分为测量人员、调试人员以及施工人员。
2.4数据库的设计
数据库的设计需要满足以下几点：一、统计分布在全国的所有隧道工程项目的实施管理；二、实现不同项目之间相关数据的横向差异对比和项目本身在施工期间的数据的纵向对比；三、公司所有盾构机的履历统计。要实现以上这些功能就需要建立三个用途不同的数据库来存储数据。考虑到设计数据库的功能完整性和可扩展性以及实现功能的难易程度，按照数据运用的目的不同，数据库大体分为基础数据库、现场数据库和核心数据库三者。为了监控盾构机施工过程中的运行状况、了解所有盾构机的履历，数据库需要存储所有施工项目的盾构机数据，避免数据对比分析时出现漏洞，计算结果错误。分布在全国各地的项目众多，使得数据库的数据源量多，导致格式也变化多样，数据库需要采用支持各种数据源的语言。
2.5系统页面设计
工程现场的需求主要是针对具体项目负责人方面的关注，需要对具体项目总体决策分析，掘进与维护等，主要包括：第一，整个项目的总体情况，即推进状况。第二，项目中盾构机的保养和维护状况。第三，项目中盾构机的故障问题。第四，影响施工的其他问题因素。系统的整体功能设计即是满足盾构公司和工程现场两者的需求，实现项目分布信息的呈现，对全国的项目进行统计，以便公司人员了解所有项目在全国的分布状况，并且能够查看每个项目的信息，所以，根据系统的整体功能设计在设计系统时，包含七大模块，分别是：登录界面、设备总览、设备监控、设备维保、统计分析、备品备件、设备履历。根据公司对所有工程的把控和盾构机的管理需求，结合各工程项目的施工推进管理将这些模块进一步设计。最后整合这些模块，应用于实际工程项目，检验本系统的功能是否完备。
综上所述，本文针对盾构机施工项目中管理工程的需求，提出了一套完整的盾构机的监控及管理系统。设计了系统的开发流程，根据盾构机的构成和工作原理完成了系统的需求分析，建立了系统的软件架构。
参考文献
[1]金晶.盾构机的监控及管理系统的研究[D].上海应用技术大学,2017.
[2]杨建宇.基于虚拟现实的数字样机若干关键技术研究与应用[D].东北大学,2010.