1.本發(fā)明涉及智能隧道施工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及隧道施工設(shè)備智能化系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

2.北斗導航+5g技術(shù)的誕生，國內(nèi)很多行業(yè)智能化呈現(xiàn)爆發(fā)式的發(fā)展。借鑒其他行業(yè)的發(fā)展，隧道施工這個高危行業(yè)，借助智能化設(shè)備做到少人化或無人化作業(yè)。使更多的隧道從業(yè)人員能夠理解智能化的可能性、可行性，對項目決策、設(shè)備投入提供新的思路。隨著2020年10月北斗導航衛(wèi)星的組網(wǎng)完成和通訊5g技術(shù)應用，各行業(yè)在智能化領(lǐng)域如虎添翼，發(fā)展迅速。

3.現(xiàn)有技術(shù)中，如中國專利號為：cn 106897813 a的“一種基于bim和ai的大型盾構(gòu)隧道智能化管理系統(tǒng)”，包括：時間管理子系統(tǒng)，對整體施工進度和施工事項進行調(diào)控和管理；bim管理子系統(tǒng)，對物資、設(shè)備的空間位置及進出場進行規(guī)劃和管理；ai智能子系統(tǒng)，根據(jù)對已有工程的學習，對未來施工所需資源進行預測，提前優(yōu)化資源配置。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明以時間為主線，調(diào)控和管理整體施工進度，調(diào)配人機物；以空間為依托，采用bim管理子系統(tǒng)規(guī)劃并管理物資、設(shè)備的空間位置及進出場；以數(shù)據(jù)為根本，管理工程信息庫，并以此為ai智能子系統(tǒng)學習資源，不斷完善智能化水平。三者相互獨立，通過數(shù)據(jù)聯(lián)系起來，便于對盾構(gòu)隧道施工過程進行可視化管理和監(jiān)控，便于后續(xù)工程借鑒施工經(jīng)驗。

4.但現(xiàn)有技術(shù)中，隧道施工設(shè)備智能化研究才剛剛起步，只是部分設(shè)備的智能化和部分隧道部分工序的智能化，還沒有形成真正全生產(chǎn)線的無人化、智能化。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

5.針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述缺點，本發(fā)明的目的在于提供隧道施工設(shè)備智能化系統(tǒng)，本發(fā)明通過應用bim技術(shù)，搭建隧道結(jié)構(gòu)數(shù)字模型，計算隧道結(jié)構(gòu)的空間坐標，同時通過三維激光掃描技術(shù)、北斗導航的北斗+5g技術(shù)，單體設(shè)備計算出設(shè)備空間坐標，從而確定設(shè)備操作位置，實現(xiàn)無人化或少人化操作，將隧道施工的智能設(shè)備均可有機地結(jié)合在本系統(tǒng)中，形成一個完整、安全和高效的隧道施工系統(tǒng)。

6.為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

7.隧道施工設(shè)備智能化系統(tǒng)，包括：

8.外接通信網(wǎng)絡(luò)，所述外接通信網(wǎng)絡(luò)用于與北斗通訊連接；

9.智慧化生產(chǎn)平臺，所述智慧化生產(chǎn)平臺用于智能化控制隧道施工設(shè)備，并采集、設(shè)計、調(diào)整隧道施工數(shù)據(jù)；

10.智慧工地平臺，所述智慧工地平臺用于搭建智能化生產(chǎn)平臺；

11.洞口路基增強基站，所述洞口路基增強基站用于增強隧道施工所傳輸數(shù)據(jù)的信號；

12.洞內(nèi)高精度基站，所述洞內(nèi)高精度基站用于保證隧道洞內(nèi)信號強度，并實現(xiàn)隧道施工設(shè)備的物聯(lián)網(wǎng)功能；

13.所述智慧化生產(chǎn)平臺包括：

14.鑿巖臺車，所述鑿巖臺車用于負責鉆爆、錨桿施工；

15.裝藥臺車，所述裝藥臺車用于自行對隧道炮孔裝填炸藥；

16.找頂機器人，所述找頂機器人用于對隧道頂部巖面的浮石和碎屑去除；

17.裝渣運渣設(shè)備，所述裝渣運渣設(shè)備用于將隧道內(nèi)開采的巖石和土壤輸送出洞外；

18.拱架安裝臺車，所述拱架安裝臺車用于隧道內(nèi)拱架安裝、網(wǎng)片安裝等輔助高空工作；

19.混凝土噴射手，所述混凝土噴射手用于對隧道內(nèi)巖面進行噴漿作業(yè)；

20.自行式仰拱棧橋，所述自行式仰拱棧橋用于將支撐隧道頂部巖壁和隧道邊墻；

21.防水板/鋼筋自動鋪設(shè)臺車，所述防水板/鋼筋自動鋪設(shè)臺車用于在隧道內(nèi)鋪設(shè)防水鋼板和結(jié)構(gòu)鋼筋；

22.智能化襯砌臺車，所述智能化襯砌臺車用于對隧道內(nèi)壁的砼襯砌施工；

23.智能養(yǎng)護臺車，所述智能養(yǎng)護臺車用于對隧道內(nèi)混凝土表面形成密閉空間，對混凝土進行保溫和保濕。

24.進一步的，所述鑿巖臺車、裝藥臺車、找頂機器人、裝渣運渣設(shè)備、拱架安裝臺車、混凝土噴射手、自行式仰拱棧橋、防水板/鋼筋自動鋪設(shè)臺車、智能化襯砌臺車和智能養(yǎng)護臺車均包括數(shù)據(jù)采集與傳輸模塊，所述數(shù)據(jù)采集與傳輸模塊用于設(shè)備接收控制信息和向外界傳輸采集信息。

25.進一步的，所述鑿巖臺車包括布孔圖及軌道規(guī)劃模塊、大臂自動定位模塊、自動鉆孔模塊、鉆臂實時糾偏及超欠挖控制模塊、多機協(xié)同作業(yè)互聯(lián)互控模塊、隧道輪廓面激光掃描模塊和鉆測同步控制模塊，其中：

26.所述布孔圖及軌道規(guī)劃模塊用于激光導向為自動布孔及鉆孔提供定位標準；

27.所述大臂自動定位模塊用于對大臂自動定位，為調(diào)整挖掘深度、角度和方向；

28.所述自動鉆孔模塊用于在隧道內(nèi)自行打孔和鉆洞；

29.所述鉆臂實時糾偏及超欠挖控制模塊用于實時調(diào)整鉆臂的挖掘鉆孔深度、角度和方向；

30.所述多機協(xié)同作業(yè)互聯(lián)互控模塊用于多臺鑿巖臺車之間相互連接，共同配合挖掘工作；

31.所述隧道輪廓面激光掃描模塊用于通過隧道輪廓掃描識別特征障礙物，并進行鉆孔和挖掘；

32.所述鉆測同步控制模塊用于隧道內(nèi)鉆孔時同步測量孔徑、延伸方向的數(shù)據(jù)，便于對鉆孔進行調(diào)整。

33.進一步的，所述布孔圖及軌道規(guī)劃模塊、大臂自動定位模塊、自動鉆孔模塊、鉆臂實時糾偏及超欠挖控制模塊、多機協(xié)同作業(yè)互聯(lián)互控模塊、隧道輪廓面激光掃描模塊和鉆測同步控制模塊均與數(shù)據(jù)采集與傳輸模塊雙向信號連接。

34.進一步的，所述拱架安裝臺車包括全站儀定位模塊、隧道輪廓面激光掃描模塊、可視化監(jiān)控模塊、自動運送拱架模塊、參數(shù)設(shè)置模塊和施工日志模塊，其中：

35.所述全站儀定位模塊用于通過全站儀并運用幾何算法計算出車身坐標，實現(xiàn)自動定位，并換算成里程信息；

36.所述隧道輪廓面激光掃描模塊用于通過隧道輪廓掃描識別特征障礙物，配合設(shè)計輪廓實現(xiàn)超欠挖分析和指導立拱前人工處理欠挖面，掃描數(shù)據(jù)參與避障運算；

37.所述可視化監(jiān)控模塊用于手動立拱過程中的臂架和拱架位置等信息可視化監(jiān)控；

38.所述自動運送拱架模塊用于根據(jù)拱架施工設(shè)計數(shù)據(jù)，自動將拱架運送至設(shè)計位置，便于后續(xù)固定和焊接；

39.所述參數(shù)設(shè)置模塊用于傳感器標定、報警閾值和控制參數(shù)設(shè)置、故障信息查看等可在上位機集中操作，具有拱架施工設(shè)計數(shù)據(jù)設(shè)計及導入功能；

40.所述施工日志模塊用于記錄每施工循環(huán)相對應的立拱時間、拱架位置等施工數(shù)據(jù)，并自動生成施工日志。

41.進一步的，所述全站儀定位模塊、隧道輪廓面激光掃描模塊、可視化監(jiān)控模塊、自動運送拱架模塊、參數(shù)設(shè)置模塊和施工日志模塊均與數(shù)據(jù)采集與傳輸模塊雙向信號連接。

42.進一步的，所述混凝土噴射手包括三維激光掃描定位模塊、三維掃描模型重構(gòu)模塊、拱架識別模塊、路徑自動規(guī)劃模塊和智能噴射模塊，其中：

43.所述三維激光掃描定位模塊用于通過車載三維激光掃描儀實現(xiàn)整機在隧道內(nèi)的快速定位；

44.所述三維掃描模型重構(gòu)模塊用于對隧道輪廓的超欠挖分析，噴涂前后的隧道三維模型重構(gòu)；

45.所述拱架識別模塊用于準確識別拱架的特征和位置；

46.所述路徑自動規(guī)劃模塊用于根據(jù)不同的開挖工法進行路徑的自動規(guī)劃；

47.所述智能噴射模塊用于控制智能噴射和手動遙控噴射的切換。

48.進一步的，所述三維激光掃描定位模塊、三維掃描模型重構(gòu)模塊、拱架識別模塊、路徑自動規(guī)劃模塊和智能噴射模塊均與數(shù)據(jù)采集與傳輸模塊雙向信號連接。

49.有益效果

50.采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與已知的公有技術(shù)相比，具有如下有益效果：

51.1、本發(fā)明的隧道施工設(shè)備智能化系統(tǒng)，采用智能化設(shè)備施工，掌子面作業(yè)少人化或無人化，即可減少群死群傷重特大事故的發(fā)生，又可以解決勞動力供需問題，使更多的高素質(zhì)年輕人愿意加入隧道施工行業(yè)，推動行業(yè)健康發(fā)展。

52.2、本發(fā)明的隧道施工設(shè)備智能化系統(tǒng)，應用bim技術(shù)，搭建隧道結(jié)構(gòu)數(shù)字模型，計算隧道結(jié)構(gòu)的空間坐標，同時通過三維激光掃描技術(shù)、北斗導航的北斗+5g技術(shù)，單體設(shè)備計算出設(shè)備空間坐標，從而確定設(shè)備操作位置，實現(xiàn)無人化或少人化操作，將隧道施工的智能設(shè)備均可有機的結(jié)合在本系統(tǒng)中，形成一個完整、安全和高效的隧道施工系統(tǒng)。

附圖說明

53.圖1為隧道施工設(shè)備智能化系統(tǒng)的系統(tǒng)圖；

54.圖2為隧道施工設(shè)備智能化系統(tǒng)中智慧化生產(chǎn)平臺的系統(tǒng)圖；

55.圖3為隧道施工設(shè)備智能化系統(tǒng)中鑿巖臺車的系統(tǒng)圖；

56.圖4為隧道施工設(shè)備智能化系統(tǒng)中拱架安裝臺車的系統(tǒng)圖；

57.圖5為隧道施工設(shè)備智能化系統(tǒng)中混凝土噴射手的系統(tǒng)圖。

58.圖例說明：1、外接通信網(wǎng)絡(luò)；2、智慧工地平臺；3、智慧化生產(chǎn)平臺；4、洞口路基增

強基站；5、洞內(nèi)高精度基站；30、鑿巖臺車；31、裝藥臺車；32、找頂機器人；33、裝渣運渣設(shè)備；34、拱架安裝臺車；35、混凝土噴射手；36、自行式仰拱棧橋；37、防水板/鋼筋自動鋪設(shè)臺車；38、智能化襯砌臺車；39、智能養(yǎng)護臺車；308、數(shù)據(jù)采集與傳輸模塊；301、布孔圖及軌道規(guī)劃模塊；302、大臂自動定位模塊；303、自動鉆孔模塊；304、鉆臂實時糾偏及超欠挖控制模塊；305、多機協(xié)同作業(yè)互聯(lián)互控模塊；306、隧道輪廓面激光掃描模塊；307、鉆測同步控制模塊；340、全站儀定位模塊；341、隧道輪廓面激光掃描模塊；342、可視化監(jiān)控模塊；343、自動運送拱架模塊；344、參數(shù)設(shè)置模塊；345、施工日志模塊；350、三維激光掃描定位模塊；351、三維掃描模型重構(gòu)模塊；352、拱架識別模塊；353、路徑自動規(guī)劃模塊；354、智能噴射模塊。

具體實施方式

59.為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

60.下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的描述。

61.實施例1

62.請參閱圖1-5所示，隧道施工設(shè)備智能化系統(tǒng)，包括：

63.外接通信網(wǎng)絡(luò)1，外接通信網(wǎng)絡(luò)1用于與北斗通訊連接；

64.智慧化生產(chǎn)平臺3，智慧化生產(chǎn)平臺3用于智能化控制隧道施工設(shè)備，并采集、設(shè)計、調(diào)整隧道施工數(shù)據(jù)；

65.智慧工地平臺2，智慧工地平臺2用于搭建智能化生產(chǎn)平臺3；

66.洞口路基增強基站4，洞口路基增強基站4用于增強隧道施工所傳輸數(shù)據(jù)的信號；

67.洞內(nèi)高精度基站5，洞內(nèi)高精度基站5用于保證隧道洞內(nèi)信號強度，并實現(xiàn)隧道施工設(shè)備的物聯(lián)網(wǎng)功能；

68.智慧化生產(chǎn)平臺3包括：

69.鑿巖臺車30，鑿巖臺車30用于負責鉆爆、錨桿施工；裝藥臺車31，裝藥臺車31用于自行對隧道炮孔裝填炸藥；找頂機器人32，找頂機器人32用于對隧道頂部巖面的浮石和碎屑去除；裝渣運渣設(shè)備33，裝渣運渣設(shè)備33用于將隧道內(nèi)開采的巖石和土壤輸送出洞外；拱架安裝臺車34，拱架安裝臺車34用于隧道內(nèi)拱架安裝、網(wǎng)片安裝等輔助高空工作；混凝土噴射手35，混凝土噴射手35用于對隧道內(nèi)巖面進行噴漿作業(yè)；自行式仰拱棧橋36，自行式仰拱棧橋36用于將支撐隧道頂部巖壁和隧道邊墻；防水板/鋼筋自動鋪設(shè)臺車37，防水板/鋼筋自動鋪設(shè)臺車37用于在隧道內(nèi)鋪設(shè)防水鋼板和結(jié)構(gòu)鋼筋；智能化襯砌臺車38，智能化襯砌臺車38用于對隧道內(nèi)壁的砼襯砌施工；智能養(yǎng)護臺車39，智能養(yǎng)護臺車39用于對隧道內(nèi)混凝土表面形成密閉空間，對混凝土進行保溫和保濕。

70.實施時，首先利用智慧工地平臺3，搭建智能化生產(chǎn)平臺2，設(shè)計出具的bim數(shù)字模型，搭建施工bim數(shù)字模型，產(chǎn)生施工實景地圖。再延伸北斗+5g通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，進行洞內(nèi)授時、授位。一般通訊基站不能滿足洞內(nèi)應用，設(shè)置洞口路基增強基站4增強隧道施工所傳輸數(shù)據(jù)的信號，和洞內(nèi)高精度基站5保證隧道洞內(nèi)信號強度，并實現(xiàn)隧道施工設(shè)備的物聯(lián)網(wǎng)功能。

71.設(shè)備配置分步實施：第一步，鑿巖臺車30、找頂機器人32、裝渣運渣設(shè)備33和混凝土噴射手35四種設(shè)備，完成初步智能化。

72.第二步，在第一步基礎(chǔ)上，增加裝藥臺車31、拱架安裝臺車34和智能化襯砌臺車38設(shè)備。

73.第三步，在第二步基礎(chǔ)上，增加自行式仰拱棧橋36和防水板/鋼筋自動鋪設(shè)臺車37。

74.鑿巖臺車30、裝藥臺車31、找頂機器人32、裝渣運渣設(shè)備33、拱架安裝臺車34、混凝土噴射手35、自行式仰拱棧橋36、防水板/鋼筋自動鋪設(shè)臺車37、智能化襯砌臺車38和智能養(yǎng)護臺車39均包括數(shù)據(jù)采集與傳輸模塊308，數(shù)據(jù)采集與傳輸模塊308用于設(shè)備接收控制信息和向外界傳輸采集信息。

75.鑿巖臺車30包括布孔圖及軌道規(guī)劃模塊301、大臂自動定位模塊302、自動鉆孔模塊303、鉆臂實時糾偏及超欠挖控制模塊304、多機協(xié)同作業(yè)互聯(lián)互控模塊305、隧道輪廓面激光掃描模塊306和鉆測同步控制模塊307，其中：

76.布孔圖及軌道規(guī)劃模塊301用于激光導向為自動布孔及鉆孔提供定位標準；大臂自動定位模塊302用于對大臂自動定位，為調(diào)整挖掘深度、角度和方向；自動鉆孔模塊303用于在隧道內(nèi)自行打孔和鉆洞；鉆臂實時糾偏及超欠挖控制模塊304用于實時調(diào)整鉆臂的挖掘鉆孔深度、角度和方向；多機協(xié)同作業(yè)互聯(lián)互控模塊305用于多臺鑿巖臺車30之間相互連接，共同配合挖掘工作；隧道輪廓面激光掃描模塊306用于通過隧道輪廓掃描識別特征障礙物，并進行鉆孔和挖掘；鉆測同步控制模塊307用于隧道內(nèi)鉆孔時同步測量孔徑、延伸方向的數(shù)據(jù)，便于對鉆孔進行調(diào)整。

77.布孔圖及軌道規(guī)劃模塊301、大臂自動定位模塊302、自動鉆孔模塊303、鉆臂實時糾偏及超欠挖控制模塊304、多機協(xié)同作業(yè)互聯(lián)互控模塊305、隧道輪廓面激光掃描模塊306和鉆測同步控制模塊307均與數(shù)據(jù)采集與傳輸模塊308雙向信號連接。

78.拱架安裝臺車34包括全站儀定位模塊340、隧道輪廓面激光掃描模塊341、可視化監(jiān)控模塊342、自動運送拱架模塊343、參數(shù)設(shè)置模塊344和施工日志模塊345，其中：

79.全站儀定位模塊340用于通過全站儀并運用幾何算法計算出車身坐標，實現(xiàn)自動定位，并換算成里程信息；隧道輪廓面激光掃描模塊341用于通過隧道輪廓掃描識別特征障礙物，配合設(shè)計輪廓實現(xiàn)超欠挖分析和指導立拱前人工處理欠挖面，掃描數(shù)據(jù)參與避障運算；可視化監(jiān)控模塊342用于手動立拱過程中的臂架和拱架位置等信息可視化監(jiān)控；自動運送拱架模塊343用于根據(jù)拱架施工設(shè)計數(shù)據(jù)，自動將拱架運送至設(shè)計位置，便于后續(xù)固定和焊接；參數(shù)設(shè)置模塊344用于傳感器標定、報警閾值和控制參數(shù)設(shè)置、故障信息查看等可在上位機集中操作，具有拱架施工設(shè)計數(shù)據(jù)設(shè)計及導入功能；施工日志模塊345用于記錄每施工循環(huán)相對應的立拱時間、拱架位置等施工數(shù)據(jù)，并自動生成施工日志。

80.全站儀定位模塊340、隧道輪廓面激光掃描模塊341、可視化監(jiān)控模塊342、自動運送拱架模塊343、參數(shù)設(shè)置模塊344和施工日志模塊345均與數(shù)據(jù)采集與傳輸模塊308雙向信號連接。

81.混凝土噴射手35包括三維激光掃描定位模塊350、三維掃描模型重構(gòu)模塊351、拱架識別模塊352、路徑自動規(guī)劃模塊353和智能噴射模塊354，其中：

82.三維激光掃描定位模塊350用于通過車載三維激光掃描儀實現(xiàn)整機在隧道內(nèi)的快

速定位；三維掃描模型重構(gòu)模塊351用于對隧道輪廓的超欠挖分析，噴涂前后的隧道三維模型重構(gòu)；拱架識別模塊352用于準確識別拱架的特征和位置；路徑自動規(guī)劃模塊353用于根據(jù)不同的開挖工法進行路徑的自動規(guī)劃；智能噴射模塊354用于控制智能噴射和手動遙控噴射的切換。三維激光掃描定位模塊350、三維掃描模型重構(gòu)模塊351、拱架識別模塊352、路徑自動規(guī)劃模塊353和智能噴射模塊354均與數(shù)據(jù)采集與傳輸模塊308雙向信號連接。

83.本涉及隧道施工設(shè)備智能化系統(tǒng)運用在隧道施工中的實施包括：

84.一、鉆爆法隧道施工智能建造技術(shù)

85.(一)隧道圍巖判識及開挖支護參數(shù)智能優(yōu)化

86.1.通過超前鉆機、鑿巖臺車等鉆進參數(shù)，積累圍巖等級與設(shè)備鉆孔參數(shù)對應的數(shù)據(jù)庫，建立圍巖力學參數(shù)和鉆進參數(shù)之間的關(guān)系模型，實時判識巖體狀態(tài)。利用掌子面攝像或高精度三維掃描建立掌子面巖體三維模型，通過機器學習智能算法識別巖體完整性結(jié)構(gòu)參數(shù)，配合巖體力學參數(shù)定量化描述巖體狀態(tài)，實現(xiàn)巖體等級劃分，客觀劃分巖體等級，防止變更糾紛。

87.2.通過鉆進過程中的巖體等級參數(shù)識別，通過積累大量施工數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，判斷設(shè)計參數(shù)的合理性和經(jīng)濟性，為后續(xù)爆破布孔、裝藥參數(shù)優(yōu)化以及支護等級選取、支護參數(shù)設(shè)計優(yōu)化等提供建議依據(jù)，將上述相關(guān)知識、經(jīng)驗和規(guī)則開發(fā)專家系統(tǒng)軟件，給出施工指導建議。一方面保證施工的安全和質(zhì)量，另一方面降低施工成本，提高施工效率。

88.(二)鉆爆法施工智能裝備及智能施工

89.1.測量定位技術(shù)及系統(tǒng)開發(fā)：融合全站儀、激光測量以及超帶寬定位技術(shù)等多種定位方法，實現(xiàn)施工裝備快速自動定位，主機定位誤差在厘米級，臂架末端執(zhí)行機構(gòu)定位誤差在分米級，充分保證隧道開挖軸線和防止隧道超挖。

90.2.臂架自動控制及路徑規(guī)劃：建立施工機械裝備的幾何模型和運動學模型，求解目標位置姿態(tài)并自動下發(fā)動作指令，實現(xiàn)平順和精確控制；規(guī)劃臂架運動路徑，具備臂架碰撞檢測和避障算法，保證安全施工。

91.3.超欠挖分析及特征識別：智能裝備搭載三維激光掃描系統(tǒng)，在開挖、爆破、初支等多個階段實施掌子面和洞壁的三維掃描，比照設(shè)計斷面開發(fā)超欠挖分析算法，提取拱架特征，構(gòu)建三維模型，用于無人駕駛、施工進度管理、質(zhì)量評價等內(nèi)容。

92.4.信息化施工：隧道施工裝備能夠?qū)崟r記錄運行參數(shù)，生產(chǎn)施工日志，包括鉆孔日志、噴漿日志等，用于建立設(shè)備參數(shù)數(shù)據(jù)庫，為施工管理和設(shè)備參數(shù)優(yōu)化提供依據(jù)。

93.(三)鉆爆法施工智慧管理平臺、智能分析

94.1.隧道多源數(shù)據(jù)物聯(lián)通信技術(shù)：針對隧道復雜環(huán)境和惡劣工況，構(gòu)建隧道多源數(shù)據(jù)物聯(lián)通信網(wǎng)絡(luò)，采集設(shè)備運行參數(shù)、圖像視頻數(shù)據(jù)、三維點云信息、結(jié)構(gòu)監(jiān)測數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)，并通過網(wǎng)絡(luò)實時向平臺服務器數(shù)據(jù)庫穩(wěn)定傳輸。

95.2.爆法施工智慧管理平臺：研究并提出隧道施工多源數(shù)據(jù)標準化存儲和分析方法，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)挖掘設(shè)備在不同地質(zhì)條件下的運行規(guī)律，開發(fā)隧道施工智慧管理平臺，通過平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享與可視化展示，實現(xiàn)鉆爆法施工的安全風險管理、質(zhì)量管理、進度管理和成本管理，服務隧道施工各個參與方。

96.二、盾構(gòu)法隧道施工智能化技術(shù)

97.(一)土倉可視化系統(tǒng)：通過土倉可視化技術(shù)評價渣土改良狀態(tài)，避免渣土改良效

果欠佳造成的掘進參數(shù)不合理、刀盤結(jié)泥餅等工程事故。

98.(二)刀具刀盤狀態(tài)實時監(jiān)測系統(tǒng)：搭載刀盤刀具狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，能夠?qū)崟r監(jiān)測刀具狀態(tài)，避免刀具異常損壞、過度磨損等不良情況，保證安全順利掘進。

99.(三)渣土狀態(tài)測量質(zhì)量、體積、溫度系統(tǒng)：實時監(jiān)控渣土狀態(tài)，保持掌子面進尺與出土的動態(tài)平衡，避免掌子面塌方和地面沉陷，保證掌子面安全穩(wěn)定。

100.(四)盾尾間隙測量系統(tǒng)：實時監(jiān)測管片拼裝質(zhì)量，通過機器視覺技術(shù)標定測量盾尾與管片間隙大小，優(yōu)化管片選型和拼裝質(zhì)量。

101.(五)土倉壓力設(shè)定及掘進參數(shù)優(yōu)化技術(shù)：根據(jù)設(shè)備運行參數(shù)的變化判斷地質(zhì)條件的變化，結(jié)合勘測資料，給出土倉壓力設(shè)定值。

102.以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不會使相應技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。技術(shù)特征：

1.隧道施工設(shè)備智能化系統(tǒng)，其特征在于，包括：外接通信網(wǎng)絡(luò)(1)，所述外接通信網(wǎng)絡(luò)(1)用于與北斗通訊連接；智慧化生產(chǎn)平臺(3)，所述智慧化生產(chǎn)平臺(3)用于智能化控制隧道施工設(shè)備，并采集、設(shè)計、調(diào)整隧道施工數(shù)據(jù)；智慧工地平臺(2)，所述智慧工地平臺(2)用于搭建智能化生產(chǎn)平臺(3)；洞口路基增強基站(4)，所述洞口路基增強基站(4)用于增強隧道施工所傳輸數(shù)據(jù)的信號；洞內(nèi)高精度基站(5)，所述洞內(nèi)高精度基站(5)用于保證隧道洞內(nèi)信號強度，并實現(xiàn)隧道施工設(shè)備的物聯(lián)網(wǎng)功能；所述智慧化生產(chǎn)平臺(3)包括：鑿巖臺車(30)，所述鑿巖臺車(30)用于負責鉆爆、錨桿施工；裝藥臺車(31)，所述裝藥臺車(31)用于自行對隧道炮孔裝填炸藥；找頂機器人(32)，所述找頂機器人(32)用于對隧道頂部巖面的浮石和碎屑去除；裝渣運渣設(shè)備(33)，所述裝渣運渣設(shè)備(33)用于將隧道內(nèi)開采的巖石和土壤輸送出洞外；拱架安裝臺車(34)，所述拱架安裝臺車(34)用于隧道內(nèi)拱架安裝、網(wǎng)片安裝等輔助高空工作；混凝土噴射手(35)，所述混凝土噴射手(35)用于對隧道內(nèi)巖面進行噴漿作業(yè)；自行式仰拱棧橋(36)，所述自行式仰拱棧橋(36)用于將支撐隧道頂部巖壁和隧道邊墻；防水板/鋼筋自動鋪設(shè)臺車(37)，所述防水板/鋼筋自動鋪設(shè)臺車(37)用于在隧道內(nèi)鋪設(shè)防水鋼板和結(jié)構(gòu)鋼筋；智能化襯砌臺車(38)，所述智能化襯砌臺車(38)用于對隧道內(nèi)壁的砼襯砌施工；智能養(yǎng)護臺車(39)，所述智能養(yǎng)護臺車(39)用于對隧道內(nèi)混凝土表面形成密閉空間，對混凝土進行保溫和保濕。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道施工設(shè)備智能化系統(tǒng)，其特征在于：所述鑿巖臺車(30)、裝藥臺車(31)、找頂機器人(32)、裝渣運渣設(shè)備(33)、拱架安裝臺車(34)、混凝土噴射手(35)、自行式仰拱棧橋(36)、防水板/鋼筋自動鋪設(shè)臺車(37)、智能化襯砌臺車(38)和智能養(yǎng)護臺車(39)均包括數(shù)據(jù)采集與傳輸模塊(308)，所述數(shù)據(jù)采集與傳輸模塊(308)用于設(shè)備接收控制信息和向外界傳輸采集信息。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道施工設(shè)備智能化系統(tǒng)，其特征在于：所述鑿巖臺車(30)包括布孔圖及軌道規(guī)劃模塊(301)、大臂自動定位模塊(302)、自動鉆孔模塊(303)、鉆臂實時糾偏及超欠挖控制模塊(304)、多機協(xié)同作業(yè)互聯(lián)互控模塊(305)、隧道輪廓面激光掃描模塊(306)和鉆測同步控制模塊(307)，其中：所述布孔圖及軌道規(guī)劃模塊(301)用于激光導向為自動布孔及鉆孔提供定位標準；所述大臂自動定位模塊(302)用于對大臂自動定位，為調(diào)整挖掘深度、角度和方向；所述自動鉆孔模塊(303)用于在隧道內(nèi)自行打孔和鉆洞；所述鉆臂實時糾偏及超欠挖控制模塊(304)用于實時調(diào)整鉆臂的挖掘鉆孔深度、角度和方向；

所述多機協(xié)同作業(yè)互聯(lián)互控模塊(305)用于多臺鑿巖臺車(30)之間相互連接，共同配合挖掘工作；所述隧道輪廓面激光掃描模塊(306)用于通過隧道輪廓掃描識別特征障礙物，并進行鉆孔和挖掘；所述鉆測同步控制模塊(307)用于隧道內(nèi)鉆孔時同步測量孔徑、延伸方向的數(shù)據(jù)，便于對鉆孔進行調(diào)整。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的隧道施工設(shè)備智能化系統(tǒng)，其特征在于：所述布孔圖及軌道規(guī)劃模塊(301)、大臂自動定位模塊(302)、自動鉆孔模塊(303)、鉆臂實時糾偏及超欠挖控制模塊(304)、多機協(xié)同作業(yè)互聯(lián)互控模塊(305)、隧道輪廓面激光掃描模塊(306)和鉆測同步控制模塊(307)均與數(shù)據(jù)采集與傳輸模塊(308)雙向信號連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道施工設(shè)備智能化系統(tǒng)，其特征在于：所述拱架安裝臺車(34)包括全站儀定位模塊(340)、隧道輪廓面激光掃描模塊(341)、可視化監(jiān)控模塊(342)、自動運送拱架模塊(343)、參數(shù)設(shè)置模塊(344)和施工日志模塊(345)，其中：所述全站儀定位模塊(340)用于通過全站儀并運用幾何算法計算出車身坐標，實現(xiàn)自動定位，并換算成里程信息；所述隧道輪廓面激光掃描模塊(341)用于通過隧道輪廓掃描識別特征障礙物，配合設(shè)計輪廓實現(xiàn)超欠挖分析和指導立拱前人工處理欠挖面，掃描數(shù)據(jù)參與避障運算；所述可視化監(jiān)控模塊(342)用于手動立拱過程中的臂架和拱架位置等信息可視化監(jiān)控；所述自動運送拱架模塊(343)用于根據(jù)拱架施工設(shè)計數(shù)據(jù)，自動將拱架運送至設(shè)計位置，便于后續(xù)固定和焊接；所述參數(shù)設(shè)置模塊(344)用于傳感器標定、報警閾值和控制參數(shù)設(shè)置、故障信息查看等可在上位機集中操作，具有拱架施工設(shè)計數(shù)據(jù)設(shè)計及導入功能；所述施工日志模塊(345)用于記錄每施工循環(huán)相對應的立拱時間、拱架位置等施工數(shù)據(jù)，并自動生成施工日志。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的隧道施工設(shè)備智能化系統(tǒng)，其特征在于：所述全站儀定位模塊(340)、隧道輪廓面激光掃描模塊(341)、可視化監(jiān)控模塊(342)、自動運送拱架模塊(343)、參數(shù)設(shè)置模塊(344)和施工日志模塊(345)均與數(shù)據(jù)采集與傳輸模塊(308)雙向信號連接。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧道施工設(shè)備智能化系統(tǒng)，其特征在于：所述混凝土噴射手(35)包括三維激光掃描定位模塊(350)、三維掃描模型重構(gòu)模塊(351)、拱架識別模塊(352)、路徑自動規(guī)劃模塊(353)和智能噴射模塊(354)，其中：所述三維激光掃描定位模塊(350)用于通過車載三維激光掃描儀實現(xiàn)整機在隧道內(nèi)的快速定位；所述三維掃描模型重構(gòu)模塊(351)用于對隧道輪廓的超欠挖分析，噴涂前后的隧道三維模型重構(gòu)；所述拱架識別模塊(352)用于準確識別拱架的特征和位置；所述路徑自動規(guī)劃模塊(353)用于根據(jù)不同的開挖工法進行路徑的自動規(guī)劃；所述智能噴射模塊(354)用于控制智能噴射和手動遙控噴射的切換。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的隧道施工設(shè)備智能化系統(tǒng)，其特征在于：所述三維激光掃描定

位模塊(350)、三維掃描模型重構(gòu)模塊(351)、拱架識別模塊(352)、路徑自動規(guī)劃模塊(353)和智能噴射模塊(354)均與數(shù)據(jù)采集與傳輸模塊(308)雙向信號連接。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明涉及智能隧道施工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及隧道施工設(shè)備智能化系統(tǒng)，包括：隧道施工設(shè)備智能化系統(tǒng)，包括：外接通信網(wǎng)絡(luò)，所述外接通信網(wǎng)絡(luò)用于與北斗通訊連接；智慧化生產(chǎn)平臺，所述智慧化生產(chǎn)平臺用于智能化控制隧道施工設(shè)備，并采集、設(shè)計、調(diào)整隧道施工數(shù)據(jù)；智慧工地平臺，所述智慧工地平臺用于搭建智能化生產(chǎn)平臺；洞口路基增強基站。本發(fā)明用BIM技術(shù)，搭建隧道結(jié)構(gòu)數(shù)字模型，計算隧道結(jié)構(gòu)的空間坐標，同時通過三維激光掃描技術(shù)、北斗導航的北斗+5G技術(shù)，單體設(shè)備計算出設(shè)備空間坐標，從而確定設(shè)備操作位置，實現(xiàn)無人化或少人化操作，將隧道施工的智能設(shè)備均可有機地結(jié)合在本系統(tǒng)中，形成一個完整、安全和高效的隧道施工系統(tǒng)。統(tǒng)。統(tǒng)。

技術(shù)研發(fā)人員：趙昊 趙守民 楊宏射

受保護的技術(shù)使用者：趙守民

技術(shù)研發(fā)日：2021.10.15

技術(shù)公布日：2022/1/11