摘要：在国家交通强国战略的引领下，大数据、物联网、人工智能等新技术逐渐进入工程建设领域，随着隧道建设的数量与规模的增加，对隧道的施工安全、质量及效率等方面也提出了更高的要求，这就促使隧道机械化施工及其智能化管控成为行业发展的必然要求。基于此，文章阐述了隧道机械化施工技术及其配套的智能管控技术，满足机械化减人的同时也提高了施工效率与质量，主要目的是为类似项目提供参考。 关键词：大数据；机械化；智能管控
1 工程概况
车载多媒体某隧道工程位于大火山高中山区，总长10.3km，围岩均为Ⅳ、Ⅴ级，以页岩、砂岩、白云岩、灰岩为主。地质条件复杂，存在岩爆、大变形、涌突水等问题，洞口段为微瓦斯设防。
2 机械化设备的运用与改进计划
2.1 全电脑版液压凿岩台车
全电脑版液压凿岩台车由电脑控制，可将爆破设计孔位导入台车系统，实现自动定位、自动钻孔、快速成孔。隧道开挖工序中，用全电脑版液压凿岩台车代替传统人工钻孔，提高工作效率与钻孔质量的同时也减少了产业工人数量（1台设备仅需两名操作手外加8名装药人员，与传统人工钻爆需要17人相比，减少了7人），降低安全风险。 改进计划：为进一步减少产业工人数量，计划研发配套装药设备，将装药工人由8名减少至3名。
2.2 多榀拱架整体式安装台车
多榀拱架整体式安装台车可进行3榀拱架（包含网片及纵向连接钢筋）同时安装，立架工序仅需两名操作手和两名辅助工人，与传统人工立架需要6人相比，减少了两人。
改进计划：①在臂架上增加锚注一体机，实现锚杆快速施工；②研发拱架螺栓自动连接装置，实现立架全过程无人化。
2.3 自动喷射机械手
自动喷射机械手使用遥控远程操作，采用湿喷分层喷射，喷出的混凝土初速度大，平整度和密实性好。喷浆工序仅需1名操作手和1名辅助工人，与传统潮喷需要12人相比，减少了10人。
改进计划：增加岩面自动扫描、自动计算喷射轨迹及自动喷射功能。
2.4 自行式液压仰拱栈桥
自行式液压仰拱栈桥采用机电液一体化设计，配备多功能自动行走装置和液压自平衡系统，运用该栈桥代替传统自制栈桥能够实现一键纵移、横移、起升、降落，自动化程度高，能够适应多种工况。
2.5 防水板挂布台车
hg(scn)2防水板挂布台车可通过操作臂架实现防水板的起吊和展铺，一台设备仅需1名操作手和1名辅助工，与传统工艺需要4人相比，减少2人的同时还提升了施工效率和质量。
改进计划：增加钢筋起吊和固定装置，实现二衬钢筋的快速安装，达到一车两用。
2.6 智能化浇筑二衬台车
智能化浇筑二衬台车是集浇筑系统、高频气动振捣系统、输送管路系统、液压系统、控制系统于一体的新型隧道施工装备，具有自动分窗均匀布料、空洞检测、带模注浆等功能，提高了二衬浇筑效率及施工质量。
3 智能管控系统的研发与运用
3.1 隧道施工数据管理系统台阶轴
建立数据库，全面采集隧道施工过程中详细施工数据，通过对数据进行整理，把碎片化的数据，结合业务提炼为多维度结构化数据，再利用大数据技术提取关键因数，建立一套标准化隧道施工数据模型，做到数据实时反馈，指导现场施工。具体包括以下内容：室外1V2
1.
隧道施工数据的自动采集、整理与建模分析。建立数据库，对隧道施工过程中各道工序的详细数据进行实时在线采集，目前主要包括衬砌类型、人员数量、设备数量、炸材消耗、时间节点等。将采集的数据进行逻辑判断，自动查漏补缺，根据自身特点建立数学模型。
2.
隧道施工进度月报自动发送。将整理好的数据通过数学模型自动计算形成月报表，每月初按时将上月报表发送给相关领导和工作人员。
3.
隧道施工实时进度可视化展示。根据模型算法，计算出各个要素的理论用时，将理论用时和实际用时进行可视化展示与对比，实时、清楚的掌握当前进度情况。
4.
熔断器盒隧道施工智能管理与工序超时预警。通过数据实时采集端口，当采集到某一工序开始时间后，根据模型算法，计算出该工序理论完成时间，若超过理论完成时间给定的范围还未完成，系统自动将信息发送给相关工作人员或领导。系统中存储有各类常见问题及解决方法，作业人员可随时查看。遇到新的问题与处理方式，作业人员可上传至系统。
5.
隧道完工日期预测。根据模型算法，结合当前情况，预测隧道施工完工日期，用预测的完工日期与合同工期相比较，掌握总体进度情况。若预测的结果不能满足工期要求，进一步优化施工要素，调整后再次预测完工日期，再与合同工期比较，如此反复，直到预测结果满足工期要求。
3.2 智能视频监控与预警系统
针对隧道工程现场环境复杂，人员安全管控智能化水平低的问题，基于远程视频监控技术、图像智能识别技术与计算机网络技术等，制定施工现场监控摄像头布设与实时网络传输方案，研发智能视频监控与预警系统。具体包括以下内容：
1、施工现场监控摄像头与网络布设。在施工现场需要安全监控的位置安装监控摄像头，将视频信号实时传输至监控室的服务器中，实现施工现场视频监控画面的远程、实时、多终端查看。
2、不安全行为智能识别与预警。在视频监控服务器上部署智能识别算法，通过图像识别算法对施工现场的吸烟、未带安全帽等不安全行为进行识别，通过设置电子围栏对跨越危险区域等违规施工行为进行自动识别，并及时预警，预防施工现场安全事故的发生。
3、智能统计分析。基于不安全行为智能识别的数据，开发施工现场不安全行为分析算法，对不安全行为出现的时间、地点、频次等进行自动分析，分析结果可为现场安全管理提供数据支持。
3.3 人机实时跟踪与智能分析系统
基于超宽带技术、无线通讯技术、物联网技术以及先进的定位算法，提出对人机实时跟踪与智能分析系统并进行研发。具体包括一下内容：
1、定位标签与人员信息的自动绑定与自动解绑。施工人员刷脸和刷定位标签进入闸机后，门禁系统实现定位标签与人员信息的自动绑定；施工人员出闸时，需要同时刷脸和刷定位标签，人员与定位标签的关系自动解绑。
2、人员设备的洞内定位与追踪。通过在隧道洞内布置若干超宽带（Ultra-Wide Band, UWB）定位，实现洞内施工场地对人员和设备的智能定位与轨迹追踪，并在远程多终端实时显示。
3、离岗逗留报警与视频耦联。当工人的实时坐标长时间不在指定区域时，下发离岗报警，
以实现对施工人员的实时监督；当工人进行某一项工作耗时过长时，系统可通过定位向现场定位标签发送逗留报警。发生离岗、逗留报警时，系统可通过实施调取附近摄像头，以实时查看现场实际情况，以督促工人提高施工效率，实现事中的施工效率管控。
4、施工效率智能分析。利用定位与实时追踪的数据，可实现对人员设备的工作时长、效率等的自动分析，并生成相应图表，辅助管理人员进行高效的决策。
5、安全帽脱帽自动检测。通过引入智能安全帽实现工人脱帽的自动检测，当工人脱下安全帽后，安全帽通过连接隧道洞内的无线网桥向监控室的服务器发送报警数据，并自动通过洞内的UWB定位，向安全帽的定位标签下发报警指令。
5 结语
总之，隧道工程施工过程中，运用全套机械化设备，减少了大约一半的产业工人，降低安全风险及安全事故发生概率的同时也提高了施工质量与效率；运用智能管控系统，用数据说话，大幅提升整体管理水平与工作效率，为之后的智能建造打下坚实的基础。
参考文献
[1]马殷军.新乌鞘岭隧道智能化机械化施工关键技术研究与应用[J].中国铁路,2020(12):150-155.
[2]陶庆保.探讨隧道机械化施工的必要性[J].中华建设,2021(2):278-279.塑料冷却管
[3]吴梦军,吴庆良.山岭公路隧道机械化施工现状与展望[J].重庆交通大学学报（自然科学版）,2020,39(3):14-21.
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议