鹿島建設(shè)開發(fā)盾構(gòu)掘進(jìn)管理可視化系統(tǒng)“KaCIM′S”

日本鹿島建設(shè)近期開發(fā)了一項用于盾構(gòu)施工的掘進(jìn)管理可視化系統(tǒng)“KaCIM′S(鹿島建設(shè)信息模型/管理盾構(gòu)系統(tǒng))”，并已投入實際施工應(yīng)用。

通過運(yùn)用這項系統(tǒng)，盾構(gòu)掘進(jìn)和管片拼裝計劃(簡稱“掘進(jìn)拼裝計劃”)的成型預(yù)測以及盾構(gòu)隧道的成型管理能夠立即實現(xiàn)高精度的三維可視化，達(dá)到精細(xì)的掘進(jìn)管理、快速形成共識，從而提高施工效率和施工質(zhì)量。

開發(fā)背景

目前，鹿島建設(shè)正在大力推進(jìn)盾構(gòu)施工的CIM技術(shù)，實現(xiàn)品質(zhì)管理的可視化。通過三維顯示施工成果數(shù)據(jù)，有利于運(yùn)營后的維護(hù)管理工作。另外，掘進(jìn)拼裝計劃和盾構(gòu)掘進(jìn)管理是確保管片質(zhì)量的基礎(chǔ)，必須分別使用表單進(jìn)行管理，存在作業(yè)繁雜、花費(fèi)時間較多的問題。

另外，在掘進(jìn)拼裝計劃中，首先需要進(jìn)行測量，在正確把握盾構(gòu)和管片的坐標(biāo)、方位、仰俯角的基礎(chǔ)上，確定當(dāng)前位置的掘進(jìn)方位以及管片定位后，才能夠制作掘進(jìn)拼裝指導(dǎo)書。這個過程中，重點在于在允許偏差范圍內(nèi)確保盾構(gòu)與管片的運(yùn)行軌跡一致。對于曲線施工和蛇形修正作業(yè)，由于盾構(gòu)與管片碰撞會造成管片破損開裂等問題，因此，需要正確判斷超挖范圍和超挖量、鉸接角度等，對計劃的精準(zhǔn)度有較高要求。

KaCIM′S系統(tǒng)概要與特點

KaCIM′S是通過可視化定量把握蛇形量、盾構(gòu)的間隙量、曲線施工的超挖量等，對掘進(jìn)軌跡進(jìn)行預(yù)測并圖示化的一項系統(tǒng)。輸入掘進(jìn)方位等必要信息后即可完成模擬，直觀顯示指示值的可行性。由于能夠立即判斷指示值的可行性，并由此制作掘進(jìn)拼裝指導(dǎo)書，大幅縮短了掘進(jìn)拼裝計劃的所需時間，提高了計劃的精準(zhǔn)度。

KaCIM′S的特點為： 1)該系統(tǒng)僅需輸入掘進(jìn)方位等必要信息后即可自動制成掘進(jìn)拼裝指導(dǎo)書，完成計劃方案所需時間相比以往可縮短50%； 2)掘進(jìn)模擬使用了三維模型以不同顏色區(qū)分表示，因此施工管理人員和操作人員之間能夠迅速形成共識； 3)可記錄并存儲計劃與實際施工的差異及其原因，有助于改善今后的掘進(jìn)計劃以及其他盾構(gòu)施工。

未來發(fā)展

鹿島建設(shè)計劃把該系統(tǒng)作為一項核心系統(tǒng)，在未來的盾構(gòu)施工中積極推廣應(yīng)用，并通過儲備和分析各項數(shù)據(jù)，對系統(tǒng)進(jìn)一步改良。另外，為了提高施工效率和保證施工安全，計劃使用AI技術(shù)對儲備數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和應(yīng)用，實現(xiàn)全自動化的盾構(gòu)施工。

應(yīng)用工程概況

施工地點： 日本茨城縣那珂郡。

施工工期： 2017年7月20日—2020年10月31日。

施工單位： 鹿島建設(shè)株式會社。

施工參數(shù)： 掘進(jìn)總長1 718 m，管片外徑2 200 mm，開挖外徑2 360 mm。