Читать книгу Ключевые технологии и приемы использования щитовых проходческих комплексов при сооружении туннелей - - Страница 8

Проходческий щит, известный как «царь инженерных машин» в мире строительных технологий, является самым прогрессивным модернизированным оборудованием для строительства туннелей и обладает всеми характеристиками новейшей техники, такими как автоматизация, цифровизация и использование искусственного интеллекта, которые позволяют получать данные о щитовой проходке. Традиционно под такими данными принято понимать цифровые сигналы и сведения о цифровом управлении туннелепроходческим комплексом. Данные о щитовой проходке, в основном, включают: показатели контрольного переключателя, его аналоговые переменные и измерения импульса, а также показатели переключателя фаз, его аналоговые переменные и измерения импульса и т. д. Данные о щитовой проходке нужны для контроля работы оборудования, они отображают состояние техники в режиме реального времени, тем самым облегчая взаимодействие человека с компьютером и процесс поиска неисправностей.

В последние годы с развитием информационных технологий, особенно интернета, всемирной компьютерной сети, GPS, облачного хранилища, облачных вычислений, искусственного интеллекта и др. метод щитовой проходки стал автоматизированным, и современные проходческие щиты стали умнее. В настоящее время ТПК представляет собой полностью компьютерный терминал, функционирующий в сети интернет. ТПК совместно с другими строительными инструментами подключены к базе данных, в которой хранится информация о инженерно-геологических условиях строительства туннеля проходческими щитами, строительной конструкции, оседании поверхности земли, координатах направления туннеля, организации строительства, ходе строительства и др. Все это, в общем и целом, формирует большие данные. Таким образом, наступила эра больших данных щитовой проходки.

5.1. РОЛЬ И ЗНАЧЕНИЕ БОЛЬШИХ ДАННЫХ ЩИТОВОЙ ПРОХОДКИ

Мировая экономика быстро подстраивается под отрасль сетевых информационных технологий, которая уже играет важную роль в экономической деятельности. Китай должен воспользоваться этой исторической возможностью, чтобы с помощью информационных технологий создать правильный импульс и направить его на развитие новых разработок. Необходимо увеличивать инвестиции, укреплять строительство информационной инфраструктуры, способствовать глубокой интеграции интернета в сектор реальной экономики, развивать цифровые технологии и использование ИИ в традиционных отраслях, приумножать и укреплять цифровую экономику и расширять новые возможности для экономического развития. 36-я встреча Генерального секретаря Си Цзиньпина и Политбюро ЦК КПК была посвящена теме развития и укрепления цифровой экономики, тем самым было определено ведущее направление – глубокая интеграция интернета в сектор реальной экономики и расширение нового пространства для экономического развития, что также выдвинуло новые требования к щитовому методу.

(1) Создание платформы больших данных щитовой проходки имеет большое значение для развития промышленного производства Китая и реализации цели «головой подпирать небо, ногами стоять на земле».

«План действий по содействию развитию больших данных», изданный Государственным советом (далее именуемый «План»), устанавливает развитие больших данных в качестве национальной стратегии. По итогам пятого пленарного заседания ЦК КПК 18-го созыва было предложено реализовать план «Интернет +», развивать экономику совместного использования и осуществить национальную стратегию о больших данных. Активно развивать большие данные в промышленности и новых отраслях, а также с помощью больших данных содействовать глубокой интеграции информатизации и индустриализации, тем самым продвигая использование беспроводных технологий, сети и искусственного интеллекта в производственной отрасли, которые становятся ведущими направлениями в промышленной сфере. Бесспорно, промышленность является главным фокусом внимания больших данных, а большие данные в промышленности играют большую роль в производственной цепочке и увеличивают добавленную стоимость промышленного производства. Конечная цель больших данных заключается в развитии промышленности, а также модернизации промышленных предприятий. Чтобы успешно реализовать стратегию «Сделано в Китае-2025», китайские промышленные компании должны придерживаться двух задач: «головой подпирать небо» – освоить большие данные в промышленности и полностью наладить интеллектуальное производство Китая в высокотехнологичных секторах; «ногами стоять на земле» – освоить большие данные в китайской производственной отрасли, а также за счет использования больших данных повысить эффективность китайских промышленных предприятий, сократить расходы и энергопотребление и вывести качество китайской продукции на новый уровень. Чтобы реализовать цель «головой подпирать небо, ногами стоять на земле», Китай должен привлекать таланты, знания и инструменты. В настоящее время в США не хватает около 190 тыс. специалистов по киберфизическим системам, в Китае нехватка талантов ощущается еще больше. Кроме того, среди неотложных задач стоит необходимость получения дополнительных знаний о больших данных и обновления инструментов. Большие данные щитовой проходки являются одним из многочисленных интеллектуальных продуктов и национальным производственно-стратегическим продуктом. Сбор больших данных для щитового метода – важная составляющая часть использования больших данных в промышленности. Необходимо уделять особое внимание сбору больших данных, поскольку это имеет важное значение для развития промышленного производства Китая и реализации цели «головой подпирать небо, ногами стоять на земле».

(2) Создание платформы больших данных щитовой проходки является предпосылкой для внедрения ИИ в работу оборудования и строительный процесс.

Благодаря быстрому развитию информационных и интернет технологий, строительное оборудование и технологии постоянно совершенствуются. Щитовая проходка является важным методом проведения подземных строительно-монтажных работ. Оборудование щитовой проходки прошло эпоху автоматизации и вошло в новую цифровую эру. С развитием информационных и интернет технологий традиционные методы сбора, хранения и сводки строительных данных не удовлетворяют темпам технического прогресса и нуждам строительства. В целях содействия технологическому развитию щитового метода сбор, хранение и анализ данных стали главными направлениями интеллектуализации в производстве и строительстве.

(3) Строительство щитовым методом быстро развивается, оборудование для щитовой проходки используется повсеместно, что приводит к очень важной задаче – реализовать централизованное управление и единое планирование.

В связи с устойчивым развитием метрополитенов в Китае, все более осваивается подземное пространство городов и строятся новые туннели, при этом основным методом строительства является щитовая проходка. Возьмем, к примеру, Китайскую корпорацию железнодорожных туннелей. В настоящее время компании в общей сложности принадлежит более 80 проходческих щитов и ТПК, в том числе более 50 проходческих щитов с грунтопригрузом, 15 жидкошламовых проходческих щитов, 12 ТПК и 2 проходческих прямоугольных щита. Таким образом, в компании используются практически все известные строительные модели. Что касается строительно-технических объектов, это в основном железные дороги, шоссе, городской транспорт, ГЭС и др. объекты на востоке, юге, севере, северо-востоке, юго-западе и северо-западе Китая, а также в Израиле, Сингапуре и Малайзии и некоторых других странах. Широкое региональное распространение проходческих щитов создает трудности для управления оборудованием и строительством. Создание единой системы, которая сможет стабильно и эффективно осуществлять единый мониторинг ТПК в различных регионах и облегчит контроль строительства на местах, принятие управленческих решений и сбор строительно-технических данных, а также обмен информацией, регулирование всестороннего планирования и интегрированного управления, является первостепенной задачей современного предприятия.

(4) Сбор и анализ данных для щитовой проходки, эффективное снижение рисков в строительстве, комплексный контроль и оценка рисков.

Феномен «информационных островов» широко распространен в производстве оборудования для щитовой проходки и в строительной отрасли в целом. Ведется множество подземных и скрытых строительных работ, существуют разные неизвестные риски и непредсказуемые ошибки оборудования. Таким образом, технология применения анализа больших данных может собирать данные о строительных работах и оборудовании в разных областях и регионах и затем анализировать эти данные в интерактивном режиме. Совместный обмен большими данными щитового метода стал реальностью и принес большой вклад в развитие данной отрасли.

Тот, кто может контролировать данные, может контролировать рынок. Анализ и обработка больших данных очень важны для предприятий. Благодаря сбору и анализу данных предприятие получает информацию о его развитии, а затем прогнозирует потребности потребителей и рынка и проводит более точный анализ принятия решений. Внедрение передовых математических методов для проведения сбора и анализа больших данных при щитовом методе может не только повысить эффективность данного метода, снизить риски строительства и принести пользу экологическому развитию индустрии, но также восполнить пробелы в отношении автоматизации и интеллектуализации управления проходческими щитами и улучшить конкурентоспособность оборудования на международном рынке. Для строительных компаний применение метода управления большими данными может повысить уровень корпоративного менеджмента и эффективность принятия решений, снизить вероятность выхода из строя проходческих щитов, увеличить коэффициент использования и срок службы оборудования, а также снизить затраты на строительство.

(5) Стандартизация больших данных щитового метода станет предпосылкой для будущего развития платформы анализа данных и принесет успех отрасли.

Количественная оценка и совместное использование данных является основой больших данных. Анализ больших данных щитового метода включает сбор данных о производителях, инженерно-геологических условиях, моделях ТПК, данные о строительстве и местоположении, а также их упорядочивание для создания единого стандарта данных для метода щитовой проходки. Создается словарь данных для щитового метода. Сведения о строительстве, состоянии оборудования, неисправностях и научных исследованиях записываются на стандартизированной национальной платформе больших данных щитового метода, они накапливаются и используются в открытом доступе. Все это может принести успех отрасли.

5.2. КОНЦЕПЦИЯ И СОЗДАНИЕ ПЛАТФОРМЫ БОЛЬШИХ ДАННЫХ

Создание единой платформы для использования больших данных щитовой проходки должно быть ориентировано на щитовой метод и обеспечивать доступ к данным о производителях, инженерно-геологических условиях, моделях ТПК и работах на объектах. Строительство платформы больших данных щитовой проходки должно соответствовать следующим требованиям:

(1) Платформа должна устанавливаться на строительной площадке щитовой проходки, обслуживать данную проектную площадку и осуществлять контроль и оценку рисков проекта;

(2) Создание платформы предназначено для отрасли технологии проходческих щитов и проходки, необходимо построить связующее звено между сферой оснащения проходческими щитами и сферой щитовой проходки, чтобы реально решить проблему «адаптации» оборудования;

(3) Создание платформы должно быть направлено на улучшение принятия управленческих решений, реализацию информационного обмена и комплексных сфер услуг, и усиление влияния китайских проходческих щитов на международной арене;

(4) Платформа должна создаваться при соблюдении нормативно-правовых принципов, и быть открытой, прогрессивной, практичной, надежной, гибкой и оперативной, безопасной, экономичной, точной, простой в использовании и управлении, и работать в режиме реального времени.

Структура платформы больших данных для щитовой проходки должна включать уровень аппаратных ресурсов, уровень управления системой, центральный уровень, список пользователей и администраторов и т. д. Базовый интерфейс платформы показан на рис. 5-1. Ядром базы данных является центральный уровень, который имеет платформу сбора больших данных щитовой проходки, платформу управления большими данными при проектировании туннелей, платформу моделирования вычислений и интеллектуальную систему поддержки принятия решений, платформу контроля и мониторинга строительства туннелей и платформу публикации больших данных.

5.2.1. Платформа сбора больших данных щитовой проходки

Платформа сбора больших данных щитовой проходки использует интернет и мобильные интернет-технологии для подключения различных инструментов обнаружения и мониторинга на строительной площадке, чтобы достичь всестороннего понимания инженерно-геологических условий проектной зоны и рабочего состояния строительной техники; хранит проектную документацию технического персонала и запись операций на строительных работах в режиме реального времени; осуществляет мгновенную передачу данных в центр хранения и обработки данных, а также обработку и хранение данных в соответствии с инженерными стандартами, что обеспечивает своевременную и надежную информацию для различных специалистов, которые совместно работают над проектом.

Практически все современные проходческие щиты и различные контрольно-измерительные приборы оснащены интеллектуальными сенсорными компонентами или специализированными ЭВМ и работают совместно на базе интернета вещей и мобильного интернета. Также необходимо усилить исследования и разработки в области высокоточного и высокопроизводительного позиционирования для проектирования туннеля, обнаружения деформаций, усовершенствовать техники измерения и описания грунтовых поверхностей вблизи забоя, чтобы обеспечить надежную техническую поддержку для точного прогнозирования инженерно-геологических условий вблизи забоя.

Рис. 5-1. Интерфейс платформы больших данных щитовой проходки

5.2.2. Платформа управления большими данными при проектировании туннелей

Платформа управления большими данными при проектировании туннелей должна иметь интегрированную базу данных о проектировании туннелей, включая базу данных проходческих щитов и оборудования, базу данных инженерных проектов, базу данных о строительных площадках, динамическую базу данных по анализу строительства и использованию ИИ в принятии решений и т. д. А также необходимо создать систему управления базами данных для удаленных и разнородных операций сданными, использующую облачные вычисления и подключенной к сети интернет. В состав большой группы баз данных по проектированию туннелей должны войти:

(1) Основная группа баз данных: база данных инженерно-геологических условий, база данных по скалистым, глинистым и песчано-гравийным грунтам, база данных нормативно-технических документов, база данных по теоретическим основам проектирования туннелей и т. д.;

(2) Группа баз данных строительных материалов и связанных элементов конструкции: база данных строительных материалов, база данных механических свойств типичных элементов конструкции (например, тюбингов);

(3) База данных строительной техники и оборудования: можно создать базу данных строительной техники и оборудования по классификации их функций, например, базу данных проходческих щитов и их комплектующих (резцовых головок, режущих инструментов), базу данных контрольно-измерительных приборов и т. д.;

(4) Группа баз данных по испытанию механических свойств материалов и изделий, онлайн-мониторингу и анализу;

(5) База данных дел по туннельным работам: в соответствии с инженерно-геологическими условиями можно создать отдельные базы данных дел по строительству для скалистого, песчано-гравийного и глинистого грунтов (с высоким и низким содержанием воды). Для каждой категории можно еще вводить подразделы, также могут быть созданы многоуровневые базы данных дел по строительству;

(6) Группа баз данных о строительных площадках: базы по сбору и хранению информации о строительных площадках, анализу строительных работ и оценке принятия решений;

(7) Группа динамических баз данных по анализу строительства и использованию ИИ в принятии решений: динамическая база данных, которая предоставляет высокую производительность работы с большими данными для инженерного проектирования, расчетов, анализа и работы программного обеспечения для принятия решений с использованием ИИ;

(8) Библиотека индексов каталогов: библиотека индексов каталогов локальной базы данных, а также общей базы данных в интернете.

5.2.3. Платформа моделирования вычислений и интеллектуальная система поддержки принятия решений

Будь то проектирование туннелей, строительство или оценка безопасности, необходимо задействовать высокопроизводительный вычислительный анализ и аналоговое моделирование, основываясь на получении новых данных и принятии решений с использованием ИИ. Вычислительное моделирование и платформа принятия решений на основе ИИ обеспечивают высокую производительность вычислительных возможностей за счет высокоскоростных алгоритмов принятия решений и анализа информации при помощи ИИ, а также функциональных подсистем. Через платформу принятия решений на основе ИИ реализуется геологическая картина строительных работ в режиме реального времени, цифровое моделирование проходки щитов осуществляется с помощью облачных вычислений, и в результате показываются параметры проходки туннеля под интеллигентными параметрами.

5.2.4. Платформа совместимой работы и мониторинга строительства туннелей щитовым методом

Платформа совместимой работы и мониторинга строительства туннелей щитовым методом в основном состоит из подсистем контроля и мониторинга строительства туннелей в скальных, глинистых и песчано-гравийных грунтах, а также сложного строительства туннелей (проходящих через существующие туннели и здания). На рис. 5-2 приведен пример подсистемы контроля и мониторинга строительства туннелей в скальных грунтах.

5.2.5. Платформа публикации больших данных

Платформа публикации больших данных в соответствии с техническими спецификациями управления данным собирает, систематизирует и формирует единую общедоступную базу данных, которую пользователи могут запрашивать в режиме реального времени. Общедоступная информация включает в себя: основные правила и положения системы, базу данных статистических отчетов, группу основных баз данных, базу данных по теоретическим основам проектирования туннелей и т. д. Необходимо классифицировать и сформулировать стандарты и нормы сбора данных, установить правила и системы для хранения данных и справочного сервиса, а также систем управления функционированием.

Рис. 5-2. Подсистема контроля и мониторинга строительства туннелей в скальных грунтах