矩形隧道掘进模拟机的研究与开发.pdfVIP

矩形隧道掘进模拟机的研究与开发 王云飞 上海市机械施工集团有限公司 上海 200072 摘要 ：矩形隧道是城市地下空间开发和地下交通建设的新结构、新技术，施工复杂，培训亦有相当的难度。采用计算 机三维仿真技术的矩形隧道模拟机，可代替真实机器进行矩形隧道施工技术人员和操作人员的培训 ，提高施工人员的 实战能力，以确保工程建设的质量与安全。 关键词：矩形隧道 矩形隧道掘进机 计算机三维仿真技术 虚拟处理系统 仿真显示系统 中图分类号：TU94 文献标识码：B 文章编号：1004—1001(2014)03—0299—04 ResearchandDevelopmentofAnalogRectangularTBM Wang Yunfei ShanghaiMechanizedConstructionGroupCo．，Ltd． Shanghai 200072 1 概述 反馈给控制系统。 矩形隧道与传统圆形隧道相 比，能充分利用结构断 模拟机由控制系统、虚拟处理系统和仿真显示系统构 面，减少地下掘进面积，不仅节约资源，降低造价，而且 成，虚拟处理系统根据控制系统的指令，通过虚拟运算， 有利于对既有建筑、管线的保护，减少施工对环境影响， 进行掘进机物理仿真 ，一方面驱动仿真显示系统，以三维 是一项 “资源节约、环境友好”的新技术、新工艺…， 目 动画演绎掘进机施工，另一方面模仿掘进机和施工对象， 前已在上海城市建筑密集、交通流量较大的地区地下人行 向控制系统反馈施工状态 。因此虚拟处理系统和仿真显 通道等施工中得到越来越多的应用。 示系统共同担当真实机的机械系统和施工对象的作用。 随着矩形隧道应用的发展，施工企业技术培训、专 模拟机的控制系统与真实机的控制系统，在基本原 科院校施工教学都提出了培养矩形隧道施工技术人员、矩 理、设备外形、操作界面上完全一致，使操作者使用时无 形隧道掘进机操作人员的要求。这是一门实践性很强的课 异于真实机。在内部电路、输入输出接 口上与真实机有所 程，单纯依靠教材上的文字、图纸、照片难以形象直观地 区别，因为其驱动的是计算机仿真模型，而非真实的机械 进行教学表达，也不能培养学员的实际动手能力。考虑到 系统；其接收的反馈信息是计算机模拟的，而非来 自真实 矩形隧道掘进机造价昂贵，以及施工安全等 问题 ，又不宜 的掘进机和施工对象。 以真实的掘进机在真实的施工环境中对学员进行教学、培 模拟机的虚拟处理系统和仿真显示系统都有人机界 i)ll~nSJil练。因此亟需发明一种以计算机仿真、三维动画等 面。虚拟处理系统的人机界面供教师使用，可 以设置、修 高新技术实现的、能够比较形象地演示施工情况、供学员 改模拟机的各种性能、参数、模式，可以对操作者进行考 操作的矩形隧道掘进模拟机 (以下简称模拟机 )，以达到 核、评分 。仿真显示系统的人机界面用于镜头、视图等 或接近真实的矩形隧道掘进机 (以下简称真实机 )的施工 交互操作，使用者可以全方位、多视角地观看，可 以实现 效果，提高教学、培训的水平和质量。 透视、隐蔽等各种特殊视觉效果，还可以回放历史数据。 本文阐述模拟机的原理、构成和功能，介绍其研究开 虚拟处理系统和仿真显示系统分别安装在PC计算机上运 发中的关键技术。 行 ，与控制系统主机 (PLC)以数据通讯线连接。 2 模拟机的原理和构成