盾構(gòu)機數(shù)據(jù)可視化監(jiān)控平臺-數(shù)字孿生

2002 年,中國 863 計劃把盾構(gòu)機列為國家關(guān)鍵技術(shù)，以國家力量為主導(dǎo)，集中力量進行盾構(gòu)機專項研究。在 2008 年，中國成功研制出屬于自己的國產(chǎn)盾構(gòu)機——中國中鐵一號，同時還打通了天津地鐵 1500m 的隧道。此舉更徹底地打破了國內(nèi)盾構(gòu)機市場長期被國外壟斷的尷尬局面，不僅展現(xiàn)了我國在勇于探索創(chuàng)新方面的精神，同時也彰顯了我國制造業(yè)在國際競爭中的實力。

本次圖撲軟件將采用自研 HT for Web 產(chǎn)品，三維立體呈現(xiàn)智慧盾構(gòu)機監(jiān)管案例，一張圖可視化界面，介紹盾構(gòu)機作業(yè)流程原理。依托視圖組件和 HT 豐富的二維組態(tài)與三維組態(tài)圖標設(shè)計，實現(xiàn)了將“設(shè)備上云“后的數(shù)據(jù)動態(tài)加載效果。

作業(yè)實況

進入界面后，首先呈現(xiàn)在眼前的是盾構(gòu)機的三維構(gòu)造和實時運行狀態(tài)。我們采用了由圖撲 HT for Web 自主研發(fā)強大的 3D 引擎，通過輕量化場景的構(gòu)建和數(shù)據(jù)驅(qū)動的動畫接入，成功實現(xiàn)了盾構(gòu)機的數(shù)字孿生。該模型還體現(xiàn)了盾構(gòu)機的內(nèi)部構(gòu)造和作業(yè)工藝效果。

在數(shù)據(jù)展示層面，通過選用折線圖、體積圖等二維圖表，清晰呈現(xiàn)盾構(gòu)機 24 小時內(nèi)的推進速度、推進力度歷史波動情況。當鼠標懸停在特定時間點時，系統(tǒng)支持查看詳細數(shù)值。左側(cè)單點數(shù)據(jù)則是推進速度與推進力的實時值。

通過對接數(shù)據(jù)接口，實時呈現(xiàn)刀盤轉(zhuǎn)速、推進位移數(shù)據(jù)，并支持 Web 頁面對實際設(shè)備進行遠程控制，如控制模式的切換。

實時的巖土運輸量是盾構(gòu)作業(yè)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)之一。運用較高密度的橫坐標時間點，可詳細展示運輸量的歷史變化情況，并支持通過調(diào)節(jié)時間區(qū)間起始點來篩選展示數(shù)據(jù)。

通過應(yīng)用簽到率曲線與作業(yè)人數(shù)折線的對比圖，展示盾構(gòu)作業(yè)一個月內(nèi)的工作人員變化情況。數(shù)據(jù)看板不僅展示人員統(tǒng)計信息，還實時展示了施工成本累計情況，如人力成本和設(shè)備成本。圖撲 HT 豐富的可視化圖表組件，選以分類、組合、排序等風(fēng)格，清晰有效地傳達各緯度數(shù)據(jù)，讓分類施策取代粗放管理。

運用科技感餅圖的形式，記錄地下盾構(gòu)作業(yè)常態(tài)時間、緊急事件、嚴重事件的數(shù)量統(tǒng)計，鼠標懸停在各個占比范圍，可查看詳細信息及占比。

工程監(jiān)控

手動切換至盾構(gòu)作業(yè)的工程監(jiān)控模塊時，以流暢的動態(tài)效果將盾構(gòu)機的三維場景和推進詳情數(shù)據(jù)看板收起。同時，展開新的地理結(jié)構(gòu)、GIS 地圖以及設(shè)備詳情看板，為用戶提供更全面、直觀的工程信息。讓用戶輕松獲取和分析盾構(gòu)作業(yè)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)和地理信息。

結(jié)合 DEM 數(shù)字高程數(shù)據(jù)與地質(zhì)數(shù)據(jù)，以剖面地形圖的形式生動展示出盾構(gòu)機推進線路上地上與地下的地形走勢。此外，遵循不同盾構(gòu)工藝的施工準則進行相應(yīng)的提示，實時提醒作業(yè)人員，為他們提供有力的指導(dǎo)。進一步保障施工人員作業(yè)安全和提高效率方面起到了重要的作用。

圖撲 HT 智慧盾構(gòu)機監(jiān)控系統(tǒng)支持接入先進的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備運行信息數(shù)據(jù)，頁面內(nèi)清晰呈現(xiàn)盾構(gòu)作業(yè)相關(guān)的所有設(shè)備告警列表。用戶能一目了然地了解現(xiàn)場設(shè)備的報警等級、報警時間、報警內(nèi)容信息，有助于現(xiàn)場人員迅速做出針對不同等級報警的決策，提高工作效率，使團隊更具應(yīng)對突發(fā)情況的能力。

由于 HT for Web 引擎的高兼容性，頁面還集成了 GIS（Geographic Information System，地理信息系統(tǒng)），基于在線地圖描繪出整條盾構(gòu)作業(yè)路線，所見即所得地展示了已作業(yè)與未作業(yè)標段。

圖撲 HT 場景內(nèi)地圖支持旋轉(zhuǎn)、平移、無級放大或縮小等操作，使操作更加自由靈活。將功能整合提供了更全面的作業(yè)信息，為用戶提供了更直觀、便捷的操作體驗。

盾構(gòu)機工藝

此外，圖撲軟件的盾構(gòu)機監(jiān)控可視化案例深入詳細地展示了三維推進、出土、拼裝等一系列盾構(gòu)作業(yè)流程。界面中還配以二維實時業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)監(jiān)控，實現(xiàn)了最優(yōu)化的數(shù)字孿生展示。展示了對盾構(gòu)作業(yè)流程的全面理解，同時通過實時監(jiān)控數(shù)據(jù)的優(yōu)化展示，為用戶提供了更清晰、更有效的操作和決策支持。

鉆頭正面的刀頭是由硬質(zhì)合金鋼材料制成的滾輪，它通過滾輪的滾動將巖石碾成碎塊。在鉆頭的邊緣部分，有一圈帶有鋒利刀刃的弧形刀頭，根據(jù)地質(zhì)巖層的不同，可以進行刀頭的解鎖和更換。這種設(shè)計使得鉆頭能夠靈活適應(yīng)不同地質(zhì)條件，提高了盾構(gòu)機在復(fù)雜巖層中的施工效率。

液壓桿在壓實管片的過程中，能給鉆頭上千噸的反推力，有助于鉆頭繼續(xù)工作。

巖層與隧道壁之間的縫隙，用快速固化砂漿來填充，巖石下面的一圈就是隧道壁的管片，安裝成一圈隧道壁，需要約 7 塊這樣的支撐管片。機械手安裝好一片，再由液壓管進行壓實固定。盾構(gòu)機的名稱就是來源于此工序——構(gòu)建隧道之“盾”。

隧道的管片又稱為“盾”，是由工廠批量生產(chǎn)的鋼筋混凝土預(yù)制件，再由重卡運進隧道中，與此同時盾構(gòu)機鉆頭的刀盤也正在挖掘巖石。碎石和土通過傳送帶送出隧道。

盾構(gòu)機在推進過程中，隧道的第二道混凝土加固層也在同步進行，也就是在隧道管壁下面再建造一層更堅固的隧道拱頂，采用鋼筋混凝土現(xiàn)場澆筑。

盾構(gòu)機在一路掘進過程中，會持續(xù)用砂漿和膨潤土填充在環(huán)段和巖石之間的縫隙中，充分接觸是為了得到與巖石之間的受力平衡，這樣即使在地面以下不同深度位置上挖掘，也不會破壞底層結(jié)構(gòu)。盾構(gòu)機的掘進速度是一天 50 米左右，如今，一條五公里的地下隧道最快 6 個月就可以被打穿，可見人類在隧道工程建造技術(shù)上的日新月異。

通過圖撲軟件自主研發(fā)的 HT for Web 2D/3D 引擎，不僅參與完成了盾構(gòu)機施工流程的數(shù)字孿生，還打造了多個智慧隧道中心調(diào)度平臺，為隧道運營管理帶來了全新的變革。以隧道綜合管控為導(dǎo)向，提升設(shè)備控制、事件預(yù)警、流程管理、應(yīng)急處置等綜合業(yè)務(wù)能力。助力隧道運營管控朝著更智慧、更安全、更便捷的方向發(fā)展，推動交通行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級。

盾構(gòu)機從無到有，中國花了整整 6 年時間，但從有到精，只用了不到兩年，2010 年，中國成功研制出大直徑盾構(gòu)機。此后，盾構(gòu)機制造技術(shù)不斷發(fā)展，到 2017 年，中國盾構(gòu)機的銷量達到全球第一，遠超歐美和日本。中國人打破了歐美的壟斷，自主研制了盾構(gòu)機和相關(guān)技術(shù)。盾構(gòu)機不是第一個，也不會是最后一個。

圖撲軟件也將會秉承著攻堅克難、敢于創(chuàng)新的精神，在數(shù)字孿生領(lǐng)域不斷深耕探索，不斷突破，為世界提供構(gòu)建先進 2D 和 3D 可視化所需的一切。

圖撲軟件作為堅持自主創(chuàng)新的國家級高新技術(shù)企業(yè)，提供 BIM、GIS、VR、AR、XR、MR 、2D 組態(tài)/3D 組態(tài)等 Web 可視化應(yīng)用解決方案。其自研核心引擎 HT for Web 支持提供圖形化組態(tài) SCADA 能力，以及構(gòu)建 PaaS 、SaaS 層面低代碼、零代碼工業(yè)組態(tài)物聯(lián)網(wǎng)平臺。早已應(yīng)用于智慧城市、園區(qū)、樓宇、工廠、智能制造、水務(wù)、能源、光伏、風(fēng)電、電力、新基建、運維、政務(wù)、交通、醫(yī)療、金融、科研等各個領(lǐng)域。

審核編輯 黃宇