一种基于历史案例的盾构机选型系统及选型方法与流程

1.本发明属于盾构工程技术领域，涉及一种基于历史案例的盾构机选型系统及选型方法。


背景技术：

2.随着盾构工程建设的快速发展，越来越多的城市轨道、隧道桥梁等工程普遍使用盾构技术。盾构技术是一种挖掘隧道的先进方法，是通过采用掘进设备、依照预计的方向整体推进的施工技术。我国盾构机数量较多，在工程建设中需要针对每个工程，依据地层环境、地质水文、周边环境等选择合适的盾构机，以确保工程的顺利进行。
3.传统的盾构机选型，是通过收集地勘报告、水文地质、设计文件、周边环境等等资料，经多名专家上会讨论，根据工程建设经验和科学推理确定本工程适用的盾构机的参数。传统的选型方法的工作量大、评估周期长，且需要人为进行，评估过程缺乏科学判断容易引入主观性因素，不利于盾构机选型结果的判断，容易引发工程风险的问题。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本发明提出了一种基于历史案例的盾构机选型系统及选型方法，新盾构工程的盾构机选型利用了大数据技术，通过收集及更新不同工况下的盾构机历史选型案例，在新盾构工程的盾构机选型时，通过输入新工程概况，筛选出与新工程匹配度高的历史案例，并与专家给予的选型意见结合，快速地给出新工程合理的盾构机选型结果。
5.实现发明目的的技术方案如下：
6.一方面，本发明公开了一种基于历史案例的盾构机选型方法，包括以下步骤：
7.构建盾构工程历史案例库，生成盾构机选型知识库；
8.新盾构工程解析，产生若干个新盾构工程概况信息，若干个新盾构工程概况信息形成用于盾构机选型的选型参数集合；
9.输入选型参数集合中的选型参数，与盾构工程历史案例库内的盾构工程历史案例匹配，输出盾构工程历史案例选型区间；
10.基于盾构工程历史案例选型区间及盾构机选型原则，新盾构工程的盾构机选型结果。
11.本发明的盾构机选型方法基于历史大数据，参考已完成的多个盾构工程历史案例，通过对盾构工程历史案例及新盾构工程分析，筛选出与新盾构工程相匹配的盾构工程历史案例选型区间，结合新盾构工程及盾构机参数选型区间结果，获得更加精准的盾构机选型结果。
12.其中，在本发明的一个实施例中，盾构机选型知识库的生成方法，包括：
13.依据盾构工程的类型，对盾构工程归类建立盾构工程案例库；
14.依据盾构机类型，建立盾构机案例库，盾构机案例库包括盾构机型号及参数子数据库；
15.解析各类型的盾构工程，形成工程概况信息并建立与工程概况信息对应的标签信息，建立标签体系；
16.收集多个盾构工程历史案例，对盾构工程历史案例分类并存储至相应的盾构工程案例库中；
17.对盾构工程历史案例解析，形成该历史盾构工程的工程概况信息，并将历史盾构工程的工程概况信息输入对应的标签信息中保存。
18.进一步的，上述工程概况信息包括盾构工程的地区信息、地貌信息、地质信息、水文信息、地勘信息、环境信息。
19.进一步的，上述解析各类型的盾构工程，形成工程概况信息并建立与工程概况信息对应的标签信息，步骤中，还包括：
20.基于盾构机选型原则对各工程概况信息分级，形成普通工程概况信息、重要工程概况信息、关键工程概况信息，且标签体系包括普通标签、重要标签、关键标签。
21.更进一步的，上述盾构工程案例库包括选型案例数据库、风险源数据库、安全事故案例库。
22.优选的，上述盾构机案例库还包括盾构机关键参数故障子数据库
23.其中，在本发明的一个实施例中，输入选型参数集合中的选型参数前，还包括依据盾构机选型原则，将选型参数分为普通选型参数、重要选型参数、关键选型参数；
24.输入选型参数集合中的选型参数时，抽取选型参数集合中重要选型参数和关键选型参数，或关键选型参数，与盾构工程历史案例库内的盾构工程历史案例匹配。
25.其中，在本发明的一个实施例中，盾构机选型方法还包括更新盾构工程历史案例库步骤，即新盾构工程完成后，输入并保存新盾构工程的盾构机选型结果及盾构机实际使用型号及参数。
26.第二方面，本发明还公开了一种基于历史案例的盾构机选型系统，包括历史数据库模块、输入模块、匹配分析模块、输出模块。
27.其中，历史数据库模块包括盾构机数据库模块、历史案例数据库模块、数据库更新模块。历史案例数据库模块内存储有多个盾构工程历史案例，且所述盾构工程历史案例的标签体系以文档格式存储；盾构机数据库模块内以文档格式存储有盾构机类型及参数；数据库更新模块与所述盾构机数据库模块及历史案例数据库模块连接，用于对盾构工程历史案例和盾构机类型及参数实时更新。
28.其中，输入模块用于将新盾构工程的选型参数输入至匹配分析模块内。
29.其中，匹配分析模块用于基于输入的新盾构工程的盾构机选型参数集合，并与标签体系匹配后输出与新盾构工程的匹配的盾构工程历史案例选型区间。
30.其中，输出模块用于输出并显示新盾构工程的盾构机选型结果。
31.其中，在本发明的一个实施例中，盾构机选型系统还包括盾构机选型评估模块，所述盾构机选型评估模块用于对盾构工程历史案例选型区间内各选型结果进行评估；还用于新盾构工程完成后，基于新盾构工程的盾构机选型结果和盾构机实际使用型号及参数对新盾构工程的盾构机选型结果进行评估。
32.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
33.1.本发明的盾构机选型方法基于历史大数据，参考已完成的多个盾构工程历史案
例，通过对盾构工程历史案例及新盾构工程分析，筛选出与新盾构工程相匹配的盾构工程历史案例选型区间，结合新盾构工程及盾构机参数选型区间结果，获得更加精准的盾构机选型结果。
34.2.盾构机选型系统的历史案例数据库模块内的盾构工程历史案例是可以不断的进行更新的，能够随着盾构工程历史案例的不断补充，提高盾构机选型结果。
35.3.盾构机选型系统的应用比较灵活，用户可以依据新盾构工程的情况，灵活的选择盾构机选型参数集合内的参数输入，与历史案例数据库模块内的盾构工程历史案例匹配。
36.4.盾构机选型系统内反馈模块的设置，能够在新盾构工程完成后，将盾构工程中盾构机实际运行的参数与依据盾构机选型系统选择的新盾构工程的盾构机选型结果进行比对，以判断新盾构工程的盾构机选型是否合理。
附图说明
37.为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
38.图1为本发明基于历史案例的盾构机选型方法的流程图。
具体实施方式
39.下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
40.在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。
41.此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
42.实施例1：
43.本实施例公开了一种基于历史案例的盾构机选型方法，在本实施方式中，如图1所示，盾构机选型方法，包括以下步骤：
44.s1、构建盾构工程历史案例库，生成盾构机选型知识库。
45.盾构机选型知识库是用来存储当前已经完成的盾构工程信息，为新盾构工程的盾构机选型提供匹配目标。具体看的，盾构机选型知识库的生成方法，包括：
46.s101、依据盾构工程的类型，对盾构工程归类建立盾构工程案例库。
47.目前，已完成的盾构工程有有成功的案例，也有在施工过程中出现机器事故、安全事故等案例，因此，通过对盾构工程进行分类，结合不同盾构工程的类型，可有效的规避新盾构工程在施工过程中可能出现的风险。
48.建立的盾构工程案例库包括选型案例数据库、风险源数据库、安全事故案例库、应急预案库、专项方案库等子案例库。
49.其中，选型案例数据库内存储有成功案例的盾构工程历史案例。风险源数据库用于关联应急预案、安全事故分析，存储有适应性评估、盾构部始发、穿越风险源等信息；安全事故案例库用于存储安全事故数据，包括安全事故类型、事故地址、安全风险源等信息；应急预案库用于收集应急预案信息，如综合应急预案信息，如苏州市轨道交通8号线土建施工09标综合应急预案、北京市政集团地铁16号线14标生产安全事故综合应急预案等；专项方案库存储有不同地区的盾构工程的案例方案，包括盾构区间总体施工方案、盾构区间总体施工方案、桩基安全文明施工方案等信息。
50.s102、依据盾构机类型，建立盾构机案例库，盾构机案例库包括盾构机型号及参数子数据库。
51.具体的，盾构机机型及参数数据库用于存储盾构机机型及参数，盾构机机型包括：以压力平衡方式区分的有土压平衡盾构和泥水盾构，或以厂家区分的小松、川崎、三菱等品牌的盾构机；亦或者按盾构机型区分的单圆盾构、双圆盾构、三圆盾构、五圆盾构、对接盾构、子母盾构、矩形盾构等；盾构机的参数数据依照重要程度包括一级的盾构主机、后配套、刀盘等信息；以及二级的型号、运行标准参数范围、使用说明、紧急故障处理、生产产商等信息。
52.优选的，盾构机案例库还包括盾构机关键参数故障子数据库，盾构机关键参数故障子数据库内存储有常见盾构工程中盾构机故障解决方案，包括例如皮带机故障、双轨梁和线槽卡死、油泵联轴器损坏等常见故障及其解决方案。
53.s103、解析各类型的盾构工程，形成工程概况信息并建立与工程概况信息对应的标签信息，建立标签体系。
54.本步骤用于对步骤s102中的盾构工程进行解析，建立标签体系，以便于新盾构工程匹配时，能够依据新盾构工程的选型参数集合与盾构工程案例库进行匹配。具体的，上述工程概况信息包括盾构工程的地区信息、地貌信息、地质信息、水文信息、地勘信息、环境信息等。
55.s104、收集多个盾构工程历史案例，对盾构工程历史案例分类并存储至相应的盾构工程案例库中。
56.此步骤是用于收集已经完成的盾构工程历史案例，通过对其进行分类后分别存储到相应的盾构工程案例库中。
57.s105、对盾构工程历史案例解析，形成该历史盾构工程的工程概况信息，并将历史盾构工程的工程概况信息输入对应的标签信息中保存。
58.此步骤是对分类后存储在不同盾构工程案例库中的盾构工程历史案例进行解析，提取盾构工程历史案例的地区、地貌、地质、水文、地勘、环境等信息的内容并将其输入对应的标签信息中保存，并输入该盾构工程历史案例的盾构机的机型及刀盘开口率、最大推力、
扭矩等参数信息。
59.通过收集已完成的多个盾构工程历史案例，完成盾构机选型知识库的建立。
60.在盾构机选型知识库建立的一个优选实施例中，由于盾构工程中包括很多类型的信息，各个信息对于盾构机选型的权重是不同的，为了更好的实现新盾构工程与盾构工程历史案例库内各盾构工程历史案例的匹配，提高匹配结果。在上述步骤s103的解析各类型的盾构工程，形成工程概况信息并建立与工程概况信息对应的标签信息中，还包括：基于盾构机选型原则对各工程概况信息分级，形成普通工程概况信息、重要工程概况信息、关键工程概况信息，且标签体系包括普通标签、重要标签、关键标签。例如，地区信息和工程类型(穿江、穿河、穿海、穿公路/铁路等)为普通工程概况信息，其对应的标签为普通标签；渗透系数、地下水压、地层类型、液性指数、转弯半径、最大坡度等信息属于重要工程概况信息和关键工程概况信息，其对应的标签为重要标签和关键标签。
61.s2、新盾构工程解析，产生若干个新盾构工程概况信息，若干个新盾构工程概况信息形成用于盾构机选型的选型参数集合。
62.此步骤是对新盾构工程进行分析，提取例如地区、地貌、地质、水文、地勘、环境等信息，形成选型参数集合。
63.s3、输入选型参数集合中的选型参数，与盾构工程历史案例库内的盾构工程历史案例匹配，输出盾构工程历史案例选型区间。具体的，通过将选型参数输入盾构机选型系统中，与步骤s1中建立的盾构机选型知识库内的各盾构工程历史案例匹配。
64.由于盾构工程中包括很多类型的信息，各个信息对于盾构机选型的权重是不同的，为了提高新盾构工程与盾构工程历史案例库内各盾构工程历史案例的匹配的效率及精度。在输入选型参数集合中的选型参数前，还包括依据盾构机选型原则，将选型参数分为普通选型参数、重要选型参数、关键选型参数。例如，地区信息和工程类型(穿江、穿河、穿海、穿公路/铁路等)为普通工程概况信息，其对应的标签为普通标签；渗透系数、地下水压、地层类型、液性指数、转弯半径、最大坡度等信息属于重要工程概况信息和关键工程概况信息，其对应的标签为重要标签和关键标签。
65.在采用盾构机选型系统对新盾构工程的盾构机进行选型时，可抽取选型参数集合中重要选型参数和关键选型参数，或关键选型参数，输入盾构机选型系统中与盾构工程历史案例库内的盾构工程历史案例匹配。例如，可以通过输入渗透系数、地下水压进行匹配，也可以输入液性指数、转弯半径、最大坡度进行匹配，也可以根据新盾构工程的情况选用其他选型参数进行匹配。
66.优选的，在盾构机选型系统的匹配过程，盾构机选型系统还通过算法去除明显不符合的离散值后，输出盾构工程历史案例选型区间。
67.s4、基于盾构工程历史案例选型区间及盾构机选型原则，新盾构工程的盾构机选型结果。
68.步骤s4中输入的盾构工程历史案例选型区间包含有多个与新盾构工程相匹配的盾构工程历史案例，还需要对其进行进一步的筛选以获得最终的新盾构工程的盾构机选型结果。具体的，盾构机选型原则是工程专家通过对盾构机型、盾构工程概况信息等信息分析后形成，通过普通选型参数、重要选型参数、关键选型参数进行盾构机选型的原则，如下所述：
69.采用重要选型参数和关键选型参数，或关键选型参数对盾构机机型进行选型，选型规则为：
70.首选，对新盾构工程的地勘报告中各工程区段，分别进行盾构机选型，选型依据为：渗透系数：当渗透系数平均值＜10e－7m/s，选用土压平衡盾构机；当渗透系数平均值＞10e－4m/s时，选用泥水平衡盾构机；当渗透系数值在其他范围时，暂时不进行判断；地层类型：当地层类型属于粘土、泥砂、粉细砂时，选用土压平衡盾构机；当地层类型属于卵石层、粗砂砾层、中细沙砾层时，选用泥水平衡盾构机；当地层类型属于其他情况时，暂时不进行判断；地下水压：当地下水压平均值大于3bar的，选用泥水平衡盾构机；当地下水压值在其他范围时，暂时不进行判断；上述渗透系数、地层类型、地下水压三种情况选型不同出现冲突时，提示给用户重新判断。
71.若新盾构工程中有如穿江河湖海的风险源，且刀盘直径＞10m时，选用泥水平衡盾构机。
72.对上述盾构机选型结果进行汇总，若上述选型结果一致，则直接给出选型结果；若上述选型结果冲突，提示用户自行调整优先级，以最高优先级的为准；若仍未得到盾构机选型结果时，基于成本(经济性)考虑，优先选用土压平衡盾构机。
73.其次，通过重要选型参数和关键选型参数，或关键选型参数对盾构机参数进行选择，选型规则为：
74.刀盘直径判断：使用设计文件的管片外径
–
刀盘直径的对照表进行映射，匹配不到则为空。铰接方式判断：依据设计文件的平曲线转弯半径判断，若≤250m，推荐主动铰接；否则留空不处理。刀具配置：依据区段的单轴抗压强度平均值判断，若≤30mpa，配置软土刀具；若＞30mpa，配置硬岩刀具。
75.进一步的，采用普通选型参数对新工程的盾构机进行选型，选型规则为：
76.1)地层类型匹配：
77.a).通过地层类型匹配历史案例，如当前标段包括粘土、泥砂、粉细砂地层时：优先进行完全地层匹配，匹配同样是粘土、泥砂、粉细砂地层的历史案例，若匹配到，则类比该历史案例或多个历史案例的刀盘形式、刀具配置、刀盘开口率、刀盘最大转速；b).如a)未能匹配到，进行分解匹配，如查找粘土、泥砂地层的案例和粉细砂地层的案例，提取两者的区间范围；c).若以上都匹配不到，则进行以下判断：刀盘形式基于地层进行判断：粘土－中细砂砾层选用辐条式刀盘；粗砂砾层－全断面硬岩选用面板式刀盘；存在前两者交集的或者是复合地层的选用复合式刀盘。刀盘开口率基于刀盘形式判断：辐条式刀盘70％～75％；复合式刀盘30％～45％；面板式刀盘小于30％。
78.2)额定扭矩、脱困扭矩、最大工作压力匹配：
79.从历史案例中匹配属于同种盾构机机型、刀盘直径
±
0.5m的案例，提取额定扭矩、脱困扭矩和最大工作压力的区间范围。
80.3)盾构机主机参数匹配：
81.a)前盾直径，匹配刀盘直径完全相同的历史案例，提取前盾直径。
82.b)最大掘进速度/最大推力/主轴承直径/主机重量/主机长度/刀盘驱动功率/总功率/其他配置，匹配盾构机型、刀盘直径
±
0.5m、当前所选主驱动形式相同的案例，提取区间范围。
83.c)泡沫，仅土压平衡盾构机会有，若是泥水盾构机则为空；土压盾构机匹配盾构机型、刀盘直径
±
0.5m、当前所选主驱动形式相同的案例，提取区间范围。
84.在上述盾构机选型方法的一个优选实施例中，如图1所示，盾构机选型方法还包括s5、盾构机选型方法还包括更新盾构工程历史案例库步骤，即新盾构工程完成后，输入并保存新盾构工程的盾构机选型结果及盾构机实际使用型号及参数。
85.本发明的盾构机选型方法基于历史大数据，参考已完成的多个盾构工程历史案例，通过对盾构工程历史案例及新盾构工程分析，筛选出与新盾构工程相匹配的盾构工程历史案例选型区间，结合新盾构工程及盾构机参数选型区间结果，获得更加精准的盾构机选型结果。
86.实施例2：
87.本实施例公开了一种基于历史案例的盾构机选型系统，包括历史数据库模块、输入模块、匹配分析模块、输出模块。
88.其中，历史数据库模块包括盾构机数据库模块、历史案例数据库模块、数据库更新模块。历史案例数据库模块内存储有多个盾构工程历史案例，且盾构工程历史案例的标签体系以文档格式存储；盾构机数据库模块内以文档格式存储有盾构机类型及参数；数据库更新模块与所述盾构机数据库模块及历史案例数据库模块连接，用于对盾构工程历史案例和盾构机类型及参数实时更新。
89.优选的，历史数据库模块内还设有法律法规制度库子模块，存储有《城市轨道交通工程安全质量管理暂行办法》通知、gbt 51310－2018地下铁道工程施工标准、建筑施工模板安全技术规范jgj162－2008等法规规章制度。还包括设备信息库、项目信息库等子模块，用于丰富完善盾构机选型知识库。
90.其中，输入模块用于将新盾构工程的选型参数输入至匹配分析模块内。
91.其中，匹配分析模块用于基于输入的新盾构工程的盾构机选型参数集合，并与标签体系匹配后输出与新盾构工程的匹配的盾构工程历史案例选型区间。
92.其中，输出模块用于输出并显示新盾构工程的盾构机选型结果。
93.其中，在本发明的一个实施例中，盾构机选型系统还包括盾构机选型评估模块，所述盾构机选型评估模块用于对盾构工程历史案例选型区间内各选型结果进行评估；还用于新盾构工程完成后，基于新盾构工程的盾构机选型结果和盾构机实际使用型号及参数对新盾构工程的盾构机选型结果进行评估。
94.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
95.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。