盾構(gòu)自動導向系統(tǒng)的研發(fā)與應用

盾構(gòu)自動導向系統(tǒng)的研發(fā)與應用上海力信測量技術(shù)有限公司RAISING1公司概述2研發(fā)背景3自動導向系統(tǒng)4施工管理與監(jiān)控5應用介紹2023/1/15RAISING2目錄大綱2023/1/15RAISING31.公司概述

上海力信測量技術(shù)有限公司成立于2006年初，總部位于上海市浦東新區(qū)—張江高科?，F(xiàn)有全職員工30余名，其中技術(shù)&研發(fā)類員工占80%以上，外聘及合作顧問專家20余名。基于將最先進的計算機技術(shù)、無線自動控制技術(shù)和工業(yè)測量測試技術(shù)與TBM/隧道/軌道的工程實踐相結(jié)合，進行專業(yè)測量檢測系統(tǒng)的研發(fā)和集成，并提供相關(guān)技術(shù)服務。產(chǎn)品涉及盾構(gòu)/TBM/頂管/煤機等大型工業(yè)設備的自動導向系統(tǒng)、信息化管理平臺及工業(yè)三維數(shù)字化檢測系統(tǒng)等。目前設有“上海軟件中心、天津硬件中心、長沙應用中心”三大分部。公司已全面通過ISO9001:2008國際質(zhì)量體系認證，CMMI軟件成熟度企業(yè)認證。同時還是上海市雙軟認定企業(yè)和高新技術(shù)企業(yè)、上海市軟件協(xié)會常務理事單位、中國工程測量學會/掘進機協(xié)會/隧道協(xié)會的常務理事單位，國家科技部“技術(shù)創(chuàng)新基金”免費資助單位。

上海力信是目前唯一提供“隧道/盾構(gòu)/軌道”全生命周期測量檢測和信息化整體解決方案的技術(shù)供應商，先后參與了相關(guān)國家規(guī)范的制定：GB《城市軌道交通工程測量規(guī)范》的參編單位GB《盾構(gòu)法隧道施工及驗收規(guī)范》的參編單位2023/1/15RAISING42006年公司成立2008年推出第一代自動導向系統(tǒng)（頂管版）2009年推出兩棱鏡法自動導向（盾構(gòu)版）2012年推出第一代激光靶及自動導向軟件1.0（激光靶法）2014年推出第二代激光靶（擁有核心知識產(chǎn)權(quán)）2016年推出自動導向軟件2.0（激光靶法）2011年測試三維激光靶，完善盾構(gòu)配套數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及監(jiān)控系統(tǒng)2023/1/15RAISING52.研發(fā)背景20世紀70年代以來，盾構(gòu)掘進機施工技術(shù)有了新的飛躍。我國內(nèi)在盾構(gòu)施工中普遍還是采用人工測量來控制盾構(gòu)方向。人工測量完成一次至少需要15分鐘的時間，測量精度依賴于測量人員的作業(yè)素質(zhì)，出錯率高、工作效率比較低下。伴隨著測繪技術(shù)、激光傳感技術(shù)、計算機技術(shù)、機械電子與自動控制等技術(shù)的發(fā)展成熟，自動導向系統(tǒng)在盾構(gòu)機中逐漸得到成功運用、發(fā)展和完善。2006年上海力信測量技術(shù)有限公司全力開展技術(shù)攻關(guān)，自主研發(fā)的“第一代RMS-D自動導向系統(tǒng)”打破長期由國外導向系統(tǒng)壟斷的局面。隨著激光傳感技術(shù)發(fā)展，力信公司最新研發(fā)的“RMS-D激光靶自動導向系統(tǒng)”已達到世界領先水平與國外進口產(chǎn)品技術(shù)同步。在扎根盾構(gòu)自動導向系統(tǒng)領域10年的同時，力信公司自主開發(fā)的盾構(gòu)機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、管片管理系統(tǒng)、盾尾間隙測量系統(tǒng)也保持著國際領先水平。從而使盾構(gòu)掘進工藝變得更機械化、智能化、高精度化。2023/1/15RAISING62.研發(fā)背景---產(chǎn)品延伸自動導向軟件開發(fā)系統(tǒng)集成盾尾間隙管片選型風險預報測量設備與工業(yè)檢測三維激光靶遠程監(jiān)控系統(tǒng)TBM/盾構(gòu)/頂管自動導向數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2023/1/15RAISING73.自動導向系統(tǒng)---TBM/盾構(gòu)/頂管自動導向自動導向系統(tǒng)的發(fā)展：三點法兩點法激光靶法2023/1/15RAISING83.自動導向系統(tǒng)---TBM/盾構(gòu)/頂管自動導向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2023/1/15RAISING93.自動導向系統(tǒng)---TBM/盾構(gòu)/頂管自動導向

EPB姿態(tài)定位的基礎是兩個已知的大地坐標，一個作為全站儀的站點，另一個作為后視棱鏡坐標點。全站儀通過這兩個點確定北方向，在通過測量激光靶確定EPB掘進的實際方位。EPB自身的旋轉(zhuǎn)角（或“滾動角”）和俯仰角是通過靶內(nèi)高精度傾斜儀獲得。所有測量的數(shù)據(jù)都會傳輸?shù)焦I(yè)一體機內(nèi)，通過自動導向軟件計算出EPB準確的姿態(tài)。EPB的姿態(tài)通過軸線上的基準點（盾首、中、尾）來體現(xiàn)。利用基準點與軸線之間的距離，軟件通過進一步的換算得出這些基準點坐標。并以圖像和數(shù)字雙形式顯示在工業(yè)一體機屏幕上。2023/1/15RAISING103.自動導向系統(tǒng)---TBM/盾構(gòu)/頂管自動導向激光靶原理介紹2023/1/15RAISING113.自動導向系統(tǒng)---TBM/盾構(gòu)/頂管自動導向（△X，△Y，△Z）（△α，△β，△γ）

兩個不同的三維空間直角坐標系之間轉(zhuǎn)換時，通常使用七參數(shù)模型，即：三個坐標平移量（△X，△Y，△Z）；三個坐標軸的旋轉(zhuǎn)角度（△α，△β，△γ）；尺度因子K；以上七個參數(shù)通常稱為七參數(shù)。計算原理2023/1/15RAISING123.自動導向系統(tǒng)---TBM/盾構(gòu)/頂管自動導向品牌名稱：瑞士徠卡全站儀型號：TS15AR30（自動加強型）精度：2″，1mm+1.5PPm激光等級：Ⅲ級，人眼無害防護等級：IP55/95%，防冷凝品牌名稱：上海力信三維激光靶型號：RT102工作電源：9-36VDC、0.5A通訊方式：TCP/IP測量量程：±45°方位精度：0.01°工作距離：10m-300m硬件介紹2023/1/15RAISING133.自動導向系統(tǒng)---TBM/盾構(gòu)/頂管自動導向品牌名稱：瑞士徠卡無線電臺型號：TCPS29防護等級：IP67通訊距離：≤350m核心技術(shù)：采用超級藍牙技術(shù)，信號穩(wěn)定品牌名稱：深圳研祥工控機型號：PPC-1561V面板尺寸：可定制類型：電阻式觸控屏貯存溫度：-20℃～60℃硬件介紹2023/1/15RAISING143.自動導向系統(tǒng)---TBM/盾構(gòu)/頂管自動導向軟件界面2023/1/15RAISING153.自動導向系統(tǒng)---TBM/盾構(gòu)/頂管自動導向主界面：首頁面硬件狀態(tài)測量信息換站檢核管片管理管片數(shù)據(jù)環(huán)號修改用戶管理關(guān)鍵退出其他趨勢時時圖危險源預報系統(tǒng)配置：基本配置盾構(gòu)參數(shù)PLC讀寫工程配置：計劃線管片設置危險源設置數(shù)據(jù)查詢：日志查詢定向查詢測量查詢功能模塊2023/1/15RAISING163.自動導向系統(tǒng)---TBM/盾構(gòu)/頂管自動導向管片選型2023/1/15RAISING173.自動導向系統(tǒng)---TBM/盾構(gòu)/頂管自動導向風險預報2023/1/15RAISING184.施工管理與監(jiān)控---數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2023/1/15RAISING194.施工管理與監(jiān)控---監(jiān)控系統(tǒng)2023/1/15RAISING204.施工管理與監(jiān)控---監(jiān)控系統(tǒng)功能介紹：（1）顯示工程平面圖，且平面圖具有縮放和測距功能；（2）在平面圖實時形象地顯示工程進度，清晰地顯示盾構(gòu)區(qū)間各風險工程及周邊地理信息，實現(xiàn)風險預告、風險提醒，方便用戶掌控區(qū)間整體風險分布狀況，明確管控重點；（3）形象地顯示盾構(gòu)生產(chǎn)過程中的各項參數(shù)，遠程對盾構(gòu)施工過程進行實時監(jiān)控；（4）盾構(gòu)生產(chǎn)過程中的全部數(shù)據(jù)進行各種條件下的查找、統(tǒng)計和分析并給出相應的可視化圖形；（5）以時間段的形式對盾構(gòu)生產(chǎn)過程中的材料消耗、功效、推進環(huán)數(shù)和里程等參數(shù)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和查詢，并以報表的形式輸出。（6）對地表和建構(gòu)筑物等監(jiān)測數(shù)據(jù)進行管理，顯示其變形曲線，并能夠與盾構(gòu)施工進度進行相關(guān)性分析。2023/1/15RAISING215.應用介紹RMS-D自動導向系統(tǒng)應用于新疆瑪納斯?jié)硥螢趁旱V副平硐項目，隧道全長5.8km是目前該系統(tǒng)配套“最長施工隧道”，應用于中國鐵建重工盾構(gòu)機施工現(xiàn)已貫通。在南京市洪武路污水主干管工程SG2標盾構(gòu)段，配套江蘇銳成機械生產(chǎn)的小直徑泥濃式盾構(gòu)，全長約700m呈S型連續(xù)轉(zhuǎn)彎，最小轉(zhuǎn)彎半徑80m目前是該系統(tǒng)配套“最小轉(zhuǎn)彎半徑的施工隧道”。此外，盾構(gòu)始發(fā)井內(nèi)徑8m、接收井內(nèi)徑6m，屬于較小尺寸工作井，對測量空間利用率要求極高。盾構(gòu)已于2015年底分體始發(fā)，預計于2016年7月實現(xiàn)貫通。目前為止RMS-D自動導向系統(tǒng)現(xiàn)已成功應用土壓平衡盾構(gòu)、泥水盾構(gòu)、小半徑盾構(gòu)、敞開式TBM（三一重工生產(chǎn)）、雙護盾TBM（青島中船重工生產(chǎn)）、頂管機等多種類型隧道掘進機上。與國內(nèi)中鐵裝備、中國鐵建重工、北方重工、青島中船重工、廣州中船重裝、江蘇銳成機械、上海力行、北京三一重工、秦皇島天業(yè)通聯(lián)、湖北天地重工等大型盾構(gòu)生產(chǎn)廠家建立長期合作，應用于國內(nèi)30多個城市軌道交通建設項目中，據(jù)不完全統(tǒng)計RMS-D自動導向系統(tǒng)成功應用的地