一种盾构机施工风险防控方法及系统与流程

本发明涉及盾构施工技术领域，尤其是涉及一种盾构机施工风险防控方法及系统。

背景技术：

盾构机作为地下空间施工的主要设备，数量持续增多且应用领域和地域广度越来越大，据统计，截止目前国内各类型盾构机数量近1800台。

但是，由于盾构机其本身结构复杂、工作环境恶劣、人为决策失误、对风险估计不足、操作不当，再加上隧道及地下工程建设周期长、规模大、地质复杂等原因，都导致施工中风险发生的概率较大，这给盾构机施工风险防控带来了诸多难题和挑战。盾构机一旦发生事故，轻则影响工程进度，重则造成人员伤亡、经济损失及恶劣社会影响。

传统的盾构机施工风险管控方式主要是依靠各项目技术人员人工方式识别和预警，很难做到及时性和准确性，且风险因素不能为企业决策层所掌握，影响企业决策，已完全不能适应盾构机工法发展的需要。

随着互联网+、人工智能以及大数据技术的发展，建立一种信息化条件下的盾构机施工风险防控方法，辅助盾构机高效、安全施工，是本领域技术人员急需解决的技术问题。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种盾构机施工风险防控方法及系统。

本申请提供一种盾构机施工风险防控方法，包括以下步骤：

s1：定期进行数据采集与传输；

s2：将采集的大量数据进行分类储存，运用大数据技术进行数据处理分析；

s3：根据大数据分析的结果，获得各项施工风险的防控信息。

可选地，步骤s2中具体包括：

s21：通过在大数据服务器上开发sokect端口，提供盾构机数据接收的接口完成数据的采集存储；

s22：通过大数据flume技术，将收到的数据解析、过滤无效数据后，转换成有效数据向后台进行发送；

s23：通过大数据flume技术，将数据复制成两部分，一部分直接导入到hbase数据库中，另一部分导入kafka数据处理队列中；

s24：通过spark-streaming从kafka的队列中获取数据，再从redis的数据库读取系统的配置信息，对数据进行检测和补充，然后按照规则进行统计汇总；

s25：采用hbase数据库，保存加工后的汇总数据；

s26：通过统计分析、数据挖掘、机器学习等技术对盾构机大数据进行分析处理；

s27：存储分析的结果，包括每天、每月、每年及整个生命同期的平均值、最大值，最小值，中位数，众数，核心最大值，核心最小值，直方图数据；

s28：得到查询项目及盾构机的各类风险预警情况。

可选地，步骤s1中，定期进行数据采集的数据包括机器数据、故障数据、导向数据、地面沉降数据、管片姿态数据及工程数据；步骤s3中，防控信息包括实时显示工程施工风险防控、机器故障风险预警、掘进参数预警、质量风险防控和工期风险防控。

本申请还提供了一种盾构机施工风险防控系统，包括：

数据采集模块：定期进行数据采集与传输；

数据处理模块：将采集的大量数据进行分类储存，运用大数据技术进行数据处理分析；

风险预警模块：根据大数据分析的结果，获得各项施工风险的防控信息。

可选地，所述风险预警模块包括工程施工风险防控模块、机器故障风险预警模块、掘进参数预警模块、质量风险防控模块和工期风险防控模块。

可选地，所述工程施工风险防控模块先录入施工风险源，并对施工风险源进行分级，获取施工风险专项应对方案。

可选地，所述机器故障风险预警模块设置报警点位，进行历史故障查询及实时故障显示报警。

可选地，所述掘进参数预警模块设置参数预警阈值、设置预警分级，实时查询预警记录，进行单参数预警和方案预警。

可选地，所述质量风险防控模块进行设备导向姿态风险预警、地面沉降风险预警及管片姿态风险预警。

可选地，所述工期风险防控模块比较施工时间工期及施工进度工期，施工时间工期大于施工进度工期时，发出预警。

本发明的技术方案与现有技术相比具有下列优点：

本发明的技术方案通过自动化数据采集技术，对盾构机施工现场的生产要素进行识别、定位、跟踪、监控，并将信息数据传输给数据中心，应用大数据技术进行分析处理和深度挖掘，及时发现危险因素进行预警并实时推送信息至相关责任人，实现了零散工程项目风险信息综合管控，可以更好的提供决策支持，建立了信息化的盾构机施工风险防控体系，提高了盾构机施工风险防控能力，可以有效降低施工风险，避免或减少人员伤亡、塌方等重大工程事故发生，保障盾构机安全、高效、文明施工。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。

图1为本发明所提供的盾构机施工风险防控方法的原理示意图；

图2为图1中所示的盾构机施工风险防控方法中数据处理的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

请参考图1和图2，图1为本发明所提供的盾构机施工风险防控方法的原理示意图；图2为图1中所示的盾构机施工风险防控方法中数据处理的流程图。

在一种具体的实施方式中，本发明提供了一种盾构机施工风险防控方法，包括以下步骤：

步骤s1：定期进行数据采集与传输；

步骤s2：将采集的大量数据进行分类储存，运用大数据技术进行数据处理分析；

步骤s3：根据大数据分析的结果，获得各项施工风险的防控信息。

数据采集与传输过程中，数据主要包括机器数据、故障数据、导向数据、地面沉降数据、管片姿态数据及工程数据，其中机器数据、故障数据、导向数据应从项目施工盾构机plc中远程实时采集、解析并传输至大数据服务器，地面沉降数据、管片姿态数据及工程数据可由技术管理人员定期录入。

大数据存储、处理与分析过程中，将所采集到的盾构机海量、多维、异构数据进行分类存储，并根据开发的盾构施工风险防控系统要求，运用spark、kafka、flume、redis、hbase等大数据技术进行数据处理与分析。

该方法调用大数据分析的结果，实时显示工程施工风险防控、机器故障风险预警、掘进参数预警、质量风险防控、进度风险防控等各项风险防控信息。

具体的，步骤s2中具体包括：

步骤s21：通过在大数据服务器上开发sokect端口，提供盾构机数据接收的接口完成数据的采集存储；

步骤s22：通过大数据flume技术，将收到的数据解析、过滤无效数据后，转换成有效数据向后台进行发送；

步骤s23：通过大数据flume技术将数据复制成两部分，一部分导入到hbase数据库中，另一部分导入kafka数据处理队列中；

步骤s24：通过spark-streaming从kafka的队列中获取数据，再从redis的数据库读取系统的配置信息，对数据进行检测和补充，然后按照规则进行统计汇总；

步骤s25：采用hbase数据库，保存加工后的汇总数据；

步骤s26：通过统计分析、数据挖掘、机器学习等技术对盾构机大数据进行分析处理；

步骤s27：存储分析的结果，包括每天、每月、每年及整个生命同期的平均值、最大值，最小值，中位数，众数，核心最大值，核心最小值，直方图数据；

步骤s28：得到查询项目及盾构机的各类风险预警情况。

步骤s1中，定期进行数据采集的数据包括机器数据、故障数据、导向数据、地面沉降数据、管片姿态数据及工程数据；步骤s3中，防控信息包括实时显示工程施工风险防控、机器故障风险预警、掘进参数预警、质量风险防控和工期风险防控。

本发明的技术方案通过自动化数据采集技术，对盾构机施工现场的生产要素进行识别、定位、跟踪、监控，并将信息数据传输给数据中心，应用大数据技术进行分析处理和深度挖掘，及时发现危险因素进行预警并实时推送信息至相关责任人，实现了零散工程项目风险信息综合管控，可以更好的提供决策支持，建立了信息化的盾构机施工风险防控体系，提高了盾构机施工风险防控能力，可以有效降低施工风险，避免或减少人员伤亡、塌方等重大工程事故发生，保障盾构机安全、高效、文明施工。

本发明还提供了一种盾构机施工风险防控系统，包括：

数据采集模块：定期进行数据采集与传输；

数据处理模块：将采集的大量数据进行分类储存，运用大数据技术进行数据处理分析；

风险预警模块：根据大数据分析的结果，获得各项施工风险的防控信息。

进一步的，所述风险预警模块包括工程施工风险防控模块、机器故障风险预警模块、掘进参数预警模块、质量风险防控模块和工期风险防控模块。

具体的，所述工程施工风险防控模块先录入施工风险源，并对施工风险源进行分级，获取施工风险专项应对方案。

工程施工风险防控模块主要包括施工风险源录入、施工风险源等级分级、风险因素、施工风险专项应对方案上传下载等，并可实时显示距盾构机最近风险源并推送信息至相关责任人员。该模块建立了完善的工程施工风险信息，实现了统一的风险管控，打破了以往各项目各自为政的困局，为决策提供了重要依据。

具体的，所述机器故障风险预警模块设置报警点位，进行历史故障查询及实时故障显示报警。

机器故障风险预警模块主要包括报警点位设置、历史故障查询及实时故障显示报警等功能，可实现对机器故障点位进行标识、故障分级、故障信息的显示及推送信息至相关责任人员。该模块可以实时掌握盾构机故障情况，有效减少了设备因故障停机对于施工造成的负面影响。

具体的，所述掘进参数预警模块设置参数预警阈值、设置预警分级，实时查询预警记录，进行单参数预警和方案预警。

掘进参数风险预警模块主要包括单参数预警及方案预警，具有参数预警阈值设置、预警分级设置、预警记录查询及实时预警并推送信息至相关责任人员的功能。其中方案预警可实现双参数或多参数的联合关联预警。该模块可以实时监控掘进参数情况，如果超过技术人员设定阈值则进行预警，可以有效避免因盾构机主司机人为原因带来的风险。

具体的，所述质量风险防控模块进行设备导向姿态风险预警、地面沉降风险预警及管片姿态风险预警。

质量风险防控模块主要包括设备导向姿态风险预警、地面沉降风险预警及管片姿态风险预警。其中设备导向姿态风险包括导向参数预警阈值设置、预警分级设置及实时预警并推送信息至相关责任人员，地面沉降风险包括监测点设置、预警阈值设置、预警分级设置及实时预警并推送信息至相关责任人员，管片姿态风险预警包括监测点设置、预警阈值设置、预警分级设置及实时预警并推送信息至相关责任人员。

该模块可以自动实时监控地面沉降、设备姿态及管片姿态等关系工程施工质量的数据，做到施工质量问题提前发现，及时处理。

具体的，所述工期风险防控模块比较施工时间工期及施工进度工期，施工时间工期大于施工进度工期时，发出预警。

进度风险防控模块主要包括施工时间工期及施工进度工期，通过对比二者已完成的比例，如果时间工期消耗的比例大于进度完成比例，则发出预警并推送信息至相关责任人员。

该模块可以实时对比某项目工期消耗及施工进度，如果出现滞后，可以，督促项目通过改进施工工艺等方式，及时采取可靠措施，达成预期目标。

以上对本发明所提供的盾构机施工风险防控方法及系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。