盾构施工现场设备数据采集方法分析

引言

地下工程建设领域中，盾构施工凭借其高效、安全等优势，再诸多隧道挖掘项目得到广泛应用，而盾构施工现场设备运行状况、相关数据，对施工质量管控、进度推进有重要意义。盾构施工涵盖盾构机主体、出渣系统、注浆设备等关键设备，时刻产生大量数据，如何精准、高效获取设备数据，已经成为工作人员继续探索的关键议题。因此，相关人员有必要深入发掘盾构施工现场设备数据采集的多元化方法，分析各数据采集方法的优势、不足，一方面增强盾构施工管理效果，另一方面提升施工效益。

一、设备数据采集的重要性

第一，保证施工安全。通过动态化采集设备数据，可以第一时间发现设备的异常状况。比如盾构机的关键部件温度持续升高，甚至出现压力过大状况，工作人员必须提前制定应对措施，降低危险事故发生的可能性，预防因刀盘异常造成卡机、因注浆压力过大导致管片变形等等。

第二，提高施工质量。精准的设备数据，能够为施工参数优化提供支持，如依据推进速度、精准匹配出土量等，让土压保持平衡状态，促使隧道开挖面更加稳定，一方面增强管片拼接效果，另一方面降低隧道发生沉降、变形等各种质量问题。

第三，实现设备预防性维护。深入分析设备数据的变化情况，更好的预测设备部件是否有发生故障的可能性，第一时间制定部件更换方案，制定科学的维护时间，不仅延长设备使用期限，还能节省一定的维修资金，预防设备故障对施工产生的质量、进度影响。

第四，优化施工管理。施工管理工作人员，能够根据获取的设备数据，更科学的调整施工进度，协调资源配置等。比如结合电瓶车运输效率，更改物料运输次数，有效增强施工效率，有利于后续施工更科学、更规范[1]。

二、盾构施工现场设备数据采集方法

（一）传感器技术

盾构施工现场设备数据采集，可以使用传感器技术，以此获取更多精准数据信息。第一压力传感器。选择盾构机注浆系统、液压系统等关键位置，设置压力传感器，随时检测液体、气体压力值，如选择在盾构机推挤油缸液压回路区域，设置一个压力传感器，进一步得到推进的压力状况，这种方式的有点体现在高精准度、响应速度快等，第一时间应对压力改变；应用不足是长时间在恶劣环境运行，容易出现零点漂移等问题，因此需进行定期校准。第二温度传感器。一般会安装在盾构机电机、减速机等重要部件，如电机运行过程中，若温度持续升高会造成故障，采用温度传感器进行实施监控，若温度无限趋近、甚至超过设定阈值，会第一时间进行报警。这种方法的优点是方便安装，有一定的可靠性，但也会受温度影响，必须科学确定安全装置，并且做好温度补偿应对方法。第三位移传感器。盾构施工过程中，可选择盾构机的推进系统等部件，装置上位移传感器，精准检测部件位移量，比如测量盾构机实际推进距离，确保挖掘能依据原本设计有序进行。这种方法的优点体现在进度契合施工所需，测量范围具有灵活性，但使用在一些长距离位移测量中，容易存在累计误差，需要工作人员定期执行归零校准。此外传感器数据采集方法，更适用于地质条件复杂使用项目，依托传感器能随时回传设备工作状况，协助工作人员随时优化施工对策。

（二）盾构采集盒子赋能

采集盒子的突出优势是具有非常强的兼容性，能与多种型号、不同厂家的盾构机设备相适配，依靠内置的标准化通信协议库，支持 Modbus、OPC UA、MQTT 等一众主流工业通信协议，可直接和盾构机的控制系统、传感器等设备实施数据交互。例如，西门子、三菱等不同品牌的盾构机控制系统，采集盒子无需额外去做定制开发，仅需将对应的协议参数配置好，即可迅速达成数据连接，实现刀盘转速、推进压力、注浆量等关键施工数据实时收集。同时，采集盒子还有协议转换的功用，能把不同协议格式的数据统一调整为标准格式，方便后续进行数据存储及分析处理。这种实现标准化的兼容设计，切实化解了施工现场多品牌、多型号盾构机数据采集难的困境，降低数据采集系统的部署成本和实施时长[2]。此外，采集盒子可实现无线与有线双模式通信，经 5G、Wi-Fi 或者工业以太网，把处理后的数据即时上传至云端管理平台，利于施工方进行集中式监控与数据分析，通过投放单个或多个采集盒子，可达成对施工现场多台盾构机数据的全域采集，为盾构施工智能化管理与决策提供有力后盾。

（三）人工巡检与记录

尽管在盾构施工现场数据采集中引入很多自动化方法，但人工巡检仍然占据关键地位。巡检人员需要间隔一定的时间，进入施工现场着重检查设备外观、查看仪表读数等等，对有关数据进行一一记录。比如，着重关注设备油液液位情况，观察设备表面是否存在渗透现象等。人工巡检具有一定的优点，尤其在一些自动化监测设备难以精准发现异常情况的时候，人工巡检可以更直观发现设备部件磨损、连接部位松动等问题；但也存在一定的不足，体现在工作效率低，容易遭受巡检主体责任心、经验水平等影响，进而导致数据记录存在不准确的可能性。另外，人工巡检与记录方法的适用场景包含设备日常维护保养、设备启动与停机前后这些关键时间点。

结束语

探索盾构施工现场设备数据采集工作期间，相关人员也充分意识到这项工作占据的关键地位，以及对施工安全、施工质量和整体效率的影响。通过分析传感器精准监测方法，还是人工巡检排查方法，目的是发挥个数据采集方法优势，促使其相辅相成。今后相关人员必须更积极应对，持续完善数据采集方法，争取在技术更新、进步前提下，引入更多盾构施工现场设备数据采集的新方法，呼吁更多人员携手共进，一起开辟地下工程建设新篇章。

参考文献

[1]刘庚.基于Bi-LSTM 的盾构施工地表沉降预测研究[J].交通世界,2025,(09):21-23.

[2]侯保俊,李大伟,李明,高墅,王洪亮,王金成,李阳春.一种基于Web 的盾构施工实时管控系统研究[J].土木建筑工程信息技术,2020,12(06):171-176.

作者简介：董利军（1978.8-），男，汉族，江苏省张家港人，副总经理，工程师，研究方向是大数据、人工智能、智能制造等。

赵阳（1991.3-），男，汉族，江苏省连云港人，研究方向是大数据、人工智能等。