基于特长隧道制造技术

本发明专利技术提供了一种基于特长隧道

【技术实现步骤摘要】
基于特长隧道TBM工程的数字孪生智能建造方法及系统


[0001]本专利技术属于特长隧道工程领域，特别涉及隧道施工过程智能化建造的应用工具和实现方法，具体为一种基于特长隧道
TBM
工程的数字孪生智能建造方法及系统
。

技术介绍

[0002]隧道设计和施工技术发展至今，有多种施工方法应用于隧道施工
。
由于其施工速度快
、
隧道掘进效率高
、
成型质量好
、
安全环保等诸多优点，
TBM
施工在隧道施工中的优势日益明显，尤其是对于特长隧道工程而言，其经济效益更加显著，因此随着地质复杂的大型隧道的建设越来越多，
TBM
可以快速发展以及应用
。
[0003]然而，
TBM
设备体积大，灵活性不够，在施工过程中无法后退
。
其施工过程受地质条件影响较大，并受到刀盘和盾构等机械结构的限制
。
在隧道掘进过程中，
TBM
无法直接观察掌子面的围岩情况，很难快速判断施工前方的地质条件状况
。
由于刀具磨损，掘进隧道的过程需要频繁地停机开舱检修或更换刀具从而产生不连续作业
。
过于频繁开舱更换刀具必然导致掘进中断，从而影响工期，而更换刀具的时间长，由于刀具严重磨损导致机械设备故障，甚至可能引发生产安全事故
。
这使得隧道掘进机在地质条件复杂的隧道建设过程中存在很大的风险和隐患（李青蔚r/>.
基于岩渣与参数信息融合的
TBM
掘进围岩识别预警方法研究
[D].
石家庄铁道大学
,2021.
）
。

技术实现思路

[0004]本专利技术主要解决的技术问题：现阶段国内外特长隧道工程智能化水平低，缺少实现数字化交付
、
智能化建造运维的有效方法或系统
。
本专利技术主要通过
BIM
技术来建立三维可视化的地质信息模型，隧道信息模型以及结构信息模型，再通过物联网技术实现对施工整体过程的监控，并且将这些监测数据实时传输到数字孪生体，建立数字孪生系统，从而实现基准建模
、
感知现在
、
预测未来的目的
。
通过建立的数字孪生系统可以实现对
TBM
掘进状态的实时监控，还可以对实时获取的掘进数据进行分析预测，给实际操作者提供参考以及决策意见，从而大大提高
TBM
的掘进效率，减低施工风险
。
[0005]本专利技术至少通过如下技术方案之一实现
。
[0006]基于特长隧道
TBM
工程的数字孪生智能建造方法，包括以下步骤：
S01、
收集特长隧道地质资料，建立三维可视化的地质信息模型；
S02、
根据设计图纸创建三维可视化的隧道结构信息模型；
S03、
建立分析计算模型，对隧道设计方案进行分析计算以及优化调整；
S04、
基于隧道超前地质预报技术以及掘进参数建立掌子面围岩智能分类模型，以验证和修改设计及调整施工方案；
S05、
基于围岩类别以及
TBM
掘进速度情况建立刀盘磨损神经网络模型；
S06、
基于智能施工装备，进行智能化施工建造，同步嵌入感知传输控制设备；
S07、
将建造转向运维，实现特长
TBM
隧道施工项目的全数字化交付
。
[0007]实现所述的基于特长隧道
TBM
工程的数字孪生智能建造方法的系统，包括物理实体模块
、
数字孪生体模块
、
感知传输控制模块
、
数字孪生数据管理模块以及服务应用模块；所述物理实体模块用于表现特长隧道结构
、
地质围岩条件
、
水文环境条件以及特长隧道内部设施，包括排水管沟
、
电缆管线
、
通风照明设备
、
消防监控以及喷淋设备；所述数字孪生体模块用于对物理实体模块的物理
、
几何
、
时间
、
行为
、
规则方面的特征进行刻画；所述感知传输控制模块用于实时监测特长隧道
TBM
施工状态并且将获取的监测数据传输至数字孪生数据管理模块，还用于传输用户通过服务应用模块访问数据所发出的指令来调控
TBM
的施工状态；所述数字孪生数据管理模块用于存储数据，管理数据以及调用提供数据接口；所述服务应用模块用于呈现特长隧道
TBM
的施工状态，用于呈现除物理实体模块之外其他模块的数据或结果
。
[0008]进一步地，所述数字孪生体模块融合地质信息模型
、
结构信息模型
、
隧道信息模型
、
分析计算模型
、
围岩分类模型
、
刀盘磨损模型；其中，所述地质信息模型用于通过三维可视化的方式来表达综合地质勘察信息，从而为隧道智能化设计提供依据；所述结构信息模型用于形成和修改隧道的线形设计
、
结构设计；所述隧道信息模型用于优化以及评估隧道设计方案，并用于生成分析计算模型；所述分析计算模型用于对特长隧道的围岩以及结构进行受力分析，并验算和评估稳定性；所述围岩分类模型用于在特长隧道
TBM
施工过程中根据超前地质预报技术以及掘进参数确定当前掌子面的围岩类别，为验证和修改设计及调整施工方案提供依据；所述刀盘磨损模型用于在特长隧道
TBM
施工过程中根据围岩类别以及
TBM
掘进速度确定刀盘磨损情况，为
TBM
及时更换滚刀提供依据
。
[0009]进一步地，所述感知传输控制模块通过摄像头以及边缘装备来实时采集
TBM
施工过程中的数据
。
[0010]进一步地，所述感知传输控制模块包括感知设备
、
传输设备以及控制设备；其中感知设备包括地质信息采集设备
、
智能施工装备以及监控测量装置，地质信息采集设备用于在勘察设计阶段中获取地质信息；传输设备通过路由器传输感知数据和控制指令；控制设备用于调控感知设备与物理实体模块中机电设备的运行状态
。
[0011]进一步地，地质信息采集设备包括应力应变传感器
、
多点位移计
、
基岩变位计以及断面变形监控量测装置
。
[0012]进一步地，所述感知传输控制模块通过物联网技术实时监测
TBM
的施工状态，并将获得的监测数据通过传输设备实时传输至数字孪生数据管理模块
。
[0013本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
基于特长隧道
TBM
工程的数字孪生智能建造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01、
收集特长隧道地质资料，建立三维可视化的地质信息模型；
S02、
根据设计图纸创建三维可视化的隧道结构信息模型；
S03、
建立分析计算模型，对隧道设计方案进行分析计算以及优化调整；
S04、
基于隧道超前地质预报技术以及掘进参数建立掌子面围岩智能分类模型，以验证和修改设计及调整施工方案；
S05、
基于围岩类别以及
TBM
掘进速度情况建立刀盘磨损神经网络模型；
S06、
基于智能施工装备，进行智能化施工建造，同步嵌入感知传输控制设备；
S07、
将建造转向运维，实现特长
TBM
隧道施工项目的全数字化交付
。2.
实现权利要求1所述的基于特长隧道
TBM
工程的数字孪生智能建造方法的系统，其特征在于，包括物理实体模块
、
数字孪生体模块
、
感知传输控制模块
、
数字孪生数据管理模块以及服务应用模块；所述物理实体模块用于表现特长隧道结构
、
地质围岩条件
、
水文环境条件以及特长隧道内部设施，包括排水管沟
、
电缆管线
、
通风照明设备
、
消防监控以及喷淋设备；所述数字孪生体模块用于对物理实体模块的物理
、
几何
、
时间
、
行为
、
规则方面的特征进行刻画；所述感知传输控制模块用于实时监测特长隧道
TBM
施工状态并且将获取的监测数据传输至数字孪生数据管理模块，还用于传输用户通过服务应用模块访问数据所发出的指令来调控
TBM
的施工状态；所述数字孪生数据管理模块用于存储数据，管理数据以及调用提供数据接口；所述服务应用模块用于呈现特长隧道
TBM
的施工状态，用于呈现除物理实体模块之外其他模块的数据或结果
。3.
根据权利要求2所述的基于特长隧道
TBM
工程的数字孪生智能建造系统，其特征在于，所述数字孪生体模块融合地质信息模型
、
结构信息模型
、
隧道信息模型
、
分析计算模型
、
围岩分类模型
、
刀盘磨损模型；其中，所述地质信息模型通过三维可视化的方式表达综合地质勘察信息；所述结构信息模型用于形成和修改隧道的线形设计
、
结构设计；所述隧道信息模型用于优化以及评估隧道设计方案，并用于生成分析计算模型；所述分析计算模型用于对...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建春，陈颖，李舒适，陈宁，徐志红，曹耀文，郭贵川，邓俊荣，郭耀祥，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：