隧道施工设备智能化系统的制作方法

1.本发明涉及智能隧道施工技术领域，具体涉及隧道施工设备智能化系统。

背景技术：

2.北斗导航+5g技术的诞生，国内很多行业智能化呈现爆发式的发展。借鉴其他行业的发展，隧道施工这个高危行业，借助智能化设备做到少人化或无人化作业。使更多的隧道从业人员能够理解智能化的可能性、可行性，对项目决策、设备投入提供新的思路。随着2020年10月北斗导航卫星的组网完成和通讯5g技术应用，各行业在智能化领域如虎添翼，发展迅速。

3.现有技术中，如中国专利号为：cn 106897813 a的“一种基于bim和ai的大型盾构隧道智能化管理系统”，包括：时间管理子系统，对整体施工进度和施工事项进行调控和管理；bim管理子系统，对物资、设备的空间位置及进出场进行规划和管理；ai智能子系统，根据对已有工程的学习，对未来施工所需资源进行预测，提前优化资源配置。与现有技术相比，本发明以时间为主线，调控和管理整体施工进度，调配人机物；以空间为依托，采用bim管理子系统规划并管理物资、设备的空间位置及进出场；以数据为根本，管理工程信息库，并以此为ai智能子系统学习资源，不断完善智能化水平。三者相互独立，通过数据联系起来，便于对盾构隧道施工过程进行可视化管理和监控，便于后续工程借鉴施工经验。

4.但现有技术中，隧道施工设备智能化研究才刚刚起步，只是部分设备的智能化和部分隧道部分工序的智能化，还没有形成真正全生产线的无人化、智能化。

技术实现要素：

5.针对现有技术所存在的上述缺点，本发明的目的在于提供隧道施工设备智能化系统，本发明通过应用bim技术，搭建隧道结构数字模型，计算隧道结构的空间坐标，同时通过三维激光扫描技术、北斗导航的北斗+5g技术，单体设备计算出设备空间坐标，从而确定设备操作位置，实现无人化或少人化操作，将隧道施工的智能设备均可有机地结合在本系统中，形成一个完整、安全和高效的隧道施工系统。

6.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

7.隧道施工设备智能化系统，包括：

8.外接通信网络，所述外接通信网络用于与北斗通讯连接；

9.智慧化生产平台，所述智慧化生产平台用于智能化控制隧道施工设备，并采集、设计、调整隧道施工数据；

10.智慧工地平台，所述智慧工地平台用于搭建智能化生产平台；

11.洞口路基增强基站，所述洞口路基增强基站用于增强隧道施工所传输数据的信号；

12.洞内高精度基站，所述洞内高精度基站用于保证隧道洞内信号强度，并实现隧道施工设备的物联网功能；

13.所述智慧化生产平台包括：

14.凿岩台车，所述凿岩台车用于负责钻爆、锚杆施工；

15.装药台车，所述装药台车用于自行对隧道炮孔装填炸药；

16.找顶机器人，所述找顶机器人用于对隧道顶部岩面的浮石和碎屑去除；

17.装渣运渣设备，所述装渣运渣设备用于将隧道内开采的岩石和土壤输送出洞外；

18.拱架安装台车，所述拱架安装台车用于隧道内拱架安装、网片安装等辅助高空工作；

19.混凝土喷射手，所述混凝土喷射手用于对隧道内岩面进行喷浆作业；

20.自行式仰拱栈桥，所述自行式仰拱栈桥用于将支撑隧道顶部岩壁和隧道边墙；

21.防水板/钢筋自动铺设台车，所述防水板/钢筋自动铺设台车用于在隧道内铺设防水钢板和结构钢筋；

22.智能化衬砌台车，所述智能化衬砌台车用于对隧道内壁的砼衬砌施工；

23.智能养护台车，所述智能养护台车用于对隧道内混凝土表面形成密闭空间，对混凝土进行保温和保湿。

24.进一步的，所述凿岩台车、装药台车、找顶机器人、装渣运渣设备、拱架安装台车、混凝土喷射手、自行式仰拱栈桥、防水板/钢筋自动铺设台车、智能化衬砌台车和智能养护台车均包括数据采集与传输模块，所述数据采集与传输模块用于设备接收控制信息和向外界传输采集信息。

25.进一步的，所述凿岩台车包括布孔图及轨道规划模块、大臂自动定位模块、自动钻孔模块、钻臂实时纠偏及超欠挖控制模块、多机协同作业互联互控模块、隧道轮廓面激光扫描模块和钻测同步控制模块，其中：

26.所述布孔图及轨道规划模块用于激光导向为自动布孔及钻孔提供定位标准；

27.所述大臂自动定位模块用于对大臂自动定位，为调整挖掘深度、角度和方向；

28.所述自动钻孔模块用于在隧道内自行打孔和钻洞；

29.所述钻臂实时纠偏及超欠挖控制模块用于实时调整钻臂的挖掘钻孔深度、角度和方向；

30.所述多机协同作业互联互控模块用于多台凿岩台车之间相互连接，共同配合挖掘工作；

31.所述隧道轮廓面激光扫描模块用于通过隧道轮廓扫描识别特征障碍物，并进行钻孔和挖掘；

32.所述钻测同步控制模块用于隧道内钻孔时同步测量孔径、延伸方向的数据，便于对钻孔进行调整。

33.进一步的，所述布孔图及轨道规划模块、大臂自动定位模块、自动钻孔模块、钻臂实时纠偏及超欠挖控制模块、多机协同作业互联互控模块、隧道轮廓面激光扫描模块和钻测同步控制模块均与数据采集与传输模块双向信号连接。

34.进一步的，所述拱架安装台车包括全站仪定位模块、隧道轮廓面激光扫描模块、可视化监控模块、自动运送拱架模块、参数设置模块和施工日志模块，其中：

35.所述全站仪定位模块用于通过全站仪并运用几何算法计算出车身坐标，实现自动定位，并换算成里程信息；

36.所述隧道轮廓面激光扫描模块用于通过隧道轮廓扫描识别特征障碍物，配合设计轮廓实现超欠挖分析和指导立拱前人工处理欠挖面，扫描数据参与避障运算；

37.所述可视化监控模块用于手动立拱过程中的臂架和拱架位置等信息可视化监控；

38.所述自动运送拱架模块用于根据拱架施工设计数据，自动将拱架运送至设计位置，便于后续固定和焊接；

39.所述参数设置模块用于传感器标定、报警阈值和控制参数设置、故障信息查看等可在上位机集中操作，具有拱架施工设计数据设计及导入功能；

40.所述施工日志模块用于记录每施工循环相对应的立拱时间、拱架位置等施工数据，并自动生成施工日志。

41.进一步的，所述全站仪定位模块、隧道轮廓面激光扫描模块、可视化监控模块、自动运送拱架模块、参数设置模块和施工日志模块均与数据采集与传输模块双向信号连接。

42.进一步的，所述混凝土喷射手包括三维激光扫描定位模块、三维扫描模型重构模块、拱架识别模块、路径自动规划模块和智能喷射模块，其中：

43.所述三维激光扫描定位模块用于通过车载三维激光扫描仪实现整机在隧道内的快速定位；

44.所述三维扫描模型重构模块用于对隧道轮廓的超欠挖分析，喷涂前后的隧道三维模型重构；

45.所述拱架识别模块用于准确识别拱架的特征和位置；

46.所述路径自动规划模块用于根据不同的开挖工法进行路径的自动规划；

47.所述智能喷射模块用于控制智能喷射和手动遥控喷射的切换。

48.进一步的，所述三维激光扫描定位模块、三维扫描模型重构模块、拱架识别模块、路径自动规划模块和智能喷射模块均与数据采集与传输模块双向信号连接。

49.有益效果

50.采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：

51.1、本发明的隧道施工设备智能化系统，采用智能化设备施工，掌子面作业少人化或无人化，即可减少群死群伤重特大事故的发生，又可以解决劳动力供需问题，使更多的高素质年轻人愿意加入隧道施工行业，推动行业健康发展。

52.2、本发明的隧道施工设备智能化系统，应用bim技术，搭建隧道结构数字模型，计算隧道结构的空间坐标，同时通过三维激光扫描技术、北斗导航的北斗+5g技术，单体设备计算出设备空间坐标，从而确定设备操作位置，实现无人化或少人化操作，将隧道施工的智能设备均可有机的结合在本系统中，形成一个完整、安全和高效的隧道施工系统。

附图说明

53.图1为隧道施工设备智能化系统的系统图；

54.图2为隧道施工设备智能化系统中智慧化生产平台的系统图；

55.图3为隧道施工设备智能化系统中凿岩台车的系统图；

56.图4为隧道施工设备智能化系统中拱架安装台车的系统图；

57.图5为隧道施工设备智能化系统中混凝土喷射手的系统图。

58.图例说明：1、外接通信网络；2、智慧工地平台；3、智慧化生产平台；4、洞口路基增

强基站；5、洞内高精度基站；30、凿岩台车；31、装药台车；32、找顶机器人；33、装渣运渣设备；34、拱架安装台车；35、混凝土喷射手；36、自行式仰拱栈桥；37、防水板/钢筋自动铺设台车；38、智能化衬砌台车；39、智能养护台车；308、数据采集与传输模块；301、布孔图及轨道规划模块；302、大臂自动定位模块；303、自动钻孔模块；304、钻臂实时纠偏及超欠挖控制模块；305、多机协同作业互联互控模块；306、隧道轮廓面激光扫描模块；307、钻测同步控制模块；340、全站仪定位模块；341、隧道轮廓面激光扫描模块；342、可视化监控模块；343、自动运送拱架模块；344、参数设置模块；345、施工日志模块；350、三维激光扫描定位模块；351、三维扫描模型重构模块；352、拱架识别模块；353、路径自动规划模块；354、智能喷射模块。

具体实施方式

59.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

60.下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

61.实施例1

62.请参阅图1-5所示，隧道施工设备智能化系统，包括：

63.外接通信网络1，外接通信网络1用于与北斗通讯连接；

64.智慧化生产平台3，智慧化生产平台3用于智能化控制隧道施工设备，并采集、设计、调整隧道施工数据；

65.智慧工地平台2，智慧工地平台2用于搭建智能化生产平台3；

66.洞口路基增强基站4，洞口路基增强基站4用于增强隧道施工所传输数据的信号；

67.洞内高精度基站5，洞内高精度基站5用于保证隧道洞内信号强度，并实现隧道施工设备的物联网功能；

68.智慧化生产平台3包括：

69.凿岩台车30，凿岩台车30用于负责钻爆、锚杆施工；装药台车31，装药台车31用于自行对隧道炮孔装填炸药；找顶机器人32，找顶机器人32用于对隧道顶部岩面的浮石和碎屑去除；装渣运渣设备33，装渣运渣设备33用于将隧道内开采的岩石和土壤输送出洞外；拱架安装台车34，拱架安装台车34用于隧道内拱架安装、网片安装等辅助高空工作；混凝土喷射手35，混凝土喷射手35用于对隧道内岩面进行喷浆作业；自行式仰拱栈桥36，自行式仰拱栈桥36用于将支撑隧道顶部岩壁和隧道边墙；防水板/钢筋自动铺设台车37，防水板/钢筋自动铺设台车37用于在隧道内铺设防水钢板和结构钢筋；智能化衬砌台车38，智能化衬砌台车38用于对隧道内壁的砼衬砌施工；智能养护台车39，智能养护台车39用于对隧道内混凝土表面形成密闭空间，对混凝土进行保温和保湿。

70.实施时，首先利用智慧工地平台3，搭建智能化生产平台2，设计出具的bim数字模型，搭建施工bim数字模型，产生施工实景地图。再延伸北斗+5g通讯网络系统，进行洞内授时、授位。一般通讯基站不能满足洞内应用，设置洞口路基增强基站4增强隧道施工所传输数据的信号，和洞内高精度基站5保证隧道洞内信号强度，并实现隧道施工设备的物联网功能。

71.设备配置分步实施：第一步，凿岩台车30、找顶机器人32、装渣运渣设备33和混凝土喷射手35四种设备，完成初步智能化。

72.第二步，在第一步基础上，增加装药台车31、拱架安装台车34和智能化衬砌台车38设备。

73.第三步，在第二步基础上，增加自行式仰拱栈桥36和防水板/钢筋自动铺设台车37。

74.凿岩台车30、装药台车31、找顶机器人32、装渣运渣设备33、拱架安装台车34、混凝土喷射手35、自行式仰拱栈桥36、防水板/钢筋自动铺设台车37、智能化衬砌台车38和智能养护台车39均包括数据采集与传输模块308，数据采集与传输模块308用于设备接收控制信息和向外界传输采集信息。

75.凿岩台车30包括布孔图及轨道规划模块301、大臂自动定位模块302、自动钻孔模块303、钻臂实时纠偏及超欠挖控制模块304、多机协同作业互联互控模块305、隧道轮廓面激光扫描模块306和钻测同步控制模块307，其中：

76.布孔图及轨道规划模块301用于激光导向为自动布孔及钻孔提供定位标准；大臂自动定位模块302用于对大臂自动定位，为调整挖掘深度、角度和方向；自动钻孔模块303用于在隧道内自行打孔和钻洞；钻臂实时纠偏及超欠挖控制模块304用于实时调整钻臂的挖掘钻孔深度、角度和方向；多机协同作业互联互控模块305用于多台凿岩台车30之间相互连接，共同配合挖掘工作；隧道轮廓面激光扫描模块306用于通过隧道轮廓扫描识别特征障碍物，并进行钻孔和挖掘；钻测同步控制模块307用于隧道内钻孔时同步测量孔径、延伸方向的数据，便于对钻孔进行调整。

77.布孔图及轨道规划模块301、大臂自动定位模块302、自动钻孔模块303、钻臂实时纠偏及超欠挖控制模块304、多机协同作业互联互控模块305、隧道轮廓面激光扫描模块306和钻测同步控制模块307均与数据采集与传输模块308双向信号连接。

78.拱架安装台车34包括全站仪定位模块340、隧道轮廓面激光扫描模块341、可视化监控模块342、自动运送拱架模块343、参数设置模块344和施工日志模块345，其中：

79.全站仪定位模块340用于通过全站仪并运用几何算法计算出车身坐标，实现自动定位，并换算成里程信息；隧道轮廓面激光扫描模块341用于通过隧道轮廓扫描识别特征障碍物，配合设计轮廓实现超欠挖分析和指导立拱前人工处理欠挖面，扫描数据参与避障运算；可视化监控模块342用于手动立拱过程中的臂架和拱架位置等信息可视化监控；自动运送拱架模块343用于根据拱架施工设计数据，自动将拱架运送至设计位置，便于后续固定和焊接；参数设置模块344用于传感器标定、报警阈值和控制参数设置、故障信息查看等可在上位机集中操作，具有拱架施工设计数据设计及导入功能；施工日志模块345用于记录每施工循环相对应的立拱时间、拱架位置等施工数据，并自动生成施工日志。

80.全站仪定位模块340、隧道轮廓面激光扫描模块341、可视化监控模块342、自动运送拱架模块343、参数设置模块344和施工日志模块345均与数据采集与传输模块308双向信号连接。

81.混凝土喷射手35包括三维激光扫描定位模块350、三维扫描模型重构模块351、拱架识别模块352、路径自动规划模块353和智能喷射模块354，其中：

82.三维激光扫描定位模块350用于通过车载三维激光扫描仪实现整机在隧道内的快

速定位；三维扫描模型重构模块351用于对隧道轮廓的超欠挖分析，喷涂前后的隧道三维模型重构；拱架识别模块352用于准确识别拱架的特征和位置；路径自动规划模块353用于根据不同的开挖工法进行路径的自动规划；智能喷射模块354用于控制智能喷射和手动遥控喷射的切换。三维激光扫描定位模块350、三维扫描模型重构模块351、拱架识别模块352、路径自动规划模块353和智能喷射模块354均与数据采集与传输模块308双向信号连接。

83.本涉及隧道施工设备智能化系统运用在隧道施工中的实施包括：

84.一、钻爆法隧道施工智能建造技术

85.(一)隧道围岩判识及开挖支护参数智能优化

86.1.通过超前钻机、凿岩台车等钻进参数，积累围岩等级与设备钻孔参数对应的数据库，建立围岩力学参数和钻进参数之间的关系模型，实时判识岩体状态。利用掌子面摄像或高精度三维扫描建立掌子面岩体三维模型，通过机器学习智能算法识别岩体完整性结构参数，配合岩体力学参数定量化描述岩体状态，实现岩体等级划分，客观划分岩体等级，防止变更纠纷。

87.2.通过钻进过程中的岩体等级参数识别，通过积累大量施工数据统计分析，判断设计参数的合理性和经济性，为后续爆破布孔、装药参数优化以及支护等级选取、支护参数设计优化等提供建议依据，将上述相关知识、经验和规则开发专家系统软件，给出施工指导建议。一方面保证施工的安全和质量，另一方面降低施工成本，提高施工效率。

88.(二)钻爆法施工智能装备及智能施工

89.1.测量定位技术及系统开发：融合全站仪、激光测量以及超带宽定位技术等多种定位方法，实现施工装备快速自动定位，主机定位误差在厘米级，臂架末端执行机构定位误差在分米级，充分保证隧道开挖轴线和防止隧道超挖。

90.2.臂架自动控制及路径规划：建立施工机械装备的几何模型和运动学模型，求解目标位置姿态并自动下发动作指令，实现平顺和精确控制；规划臂架运动路径，具备臂架碰撞检测和避障算法，保证安全施工。

91.3.超欠挖分析及特征识别：智能装备搭载三维激光扫描系统，在开挖、爆破、初支等多个阶段实施掌子面和洞壁的三维扫描，比照设计断面开发超欠挖分析算法，提取拱架特征，构建三维模型，用于无人驾驶、施工进度管理、质量评价等内容。

92.4.信息化施工：隧道施工装备能够实时记录运行参数，生产施工日志，包括钻孔日志、喷浆日志等，用于建立设备参数数据库，为施工管理和设备参数优化提供依据。

93.(三)钻爆法施工智慧管理平台、智能分析

94.1.隧道多源数据物联通信技术：针对隧道复杂环境和恶劣工况，构建隧道多源数据物联通信网络，采集设备运行参数、图像视频数据、三维点云信息、结构监测数据等多源数据，并通过网络实时向平台服务器数据库稳定传输。

95.2.爆法施工智慧管理平台：研究并提出隧道施工多源数据标准化存储和分析方法，利用大数据技术挖掘设备在不同地质条件下的运行规律，开发隧道施工智慧管理平台，通过平台实现数据的共享与可视化展示，实现钻爆法施工的安全风险管理、质量管理、进度管理和成本管理，服务隧道施工各个参与方。

96.二、盾构法隧道施工智能化技术

97.(一)土仓可视化系统：通过土仓可视化技术评价渣土改良状态，避免渣土改良效

果欠佳造成的掘进参数不合理、刀盘结泥饼等工程事故。

98.(二)刀具刀盘状态实时监测系统：搭载刀盘刀具状态监测系统，能够实时监测刀具状态，避免刀具异常损坏、过度磨损等不良情况，保证安全顺利掘进。

99.(三)渣土状态测量质量、体积、温度系统：实时监控渣土状态，保持掌子面进尺与出土的动态平衡，避免掌子面塌方和地面沉陷，保证掌子面安全稳定。

100.(四)盾尾间隙测量系统：实时监测管片拼装质量，通过机器视觉技术标定测量盾尾与管片间隙大小，优化管片选型和拼装质量。

101.(五)土仓压力设定及掘进参数优化技术：根据设备运行参数的变化判断地质条件的变化，结合勘测资料，给出土仓压力设定值。

102.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。技术特征：

1.隧道施工设备智能化系统，其特征在于，包括：外接通信网络(1)，所述外接通信网络(1)用于与北斗通讯连接；智慧化生产平台(3)，所述智慧化生产平台(3)用于智能化控制隧道施工设备，并采集、设计、调整隧道施工数据；智慧工地平台(2)，所述智慧工地平台(2)用于搭建智能化生产平台(3)；洞口路基增强基站(4)，所述洞口路基增强基站(4)用于增强隧道施工所传输数据的信号；洞内高精度基站(5)，所述洞内高精度基站(5)用于保证隧道洞内信号强度，并实现隧道施工设备的物联网功能；所述智慧化生产平台(3)包括：凿岩台车(30)，所述凿岩台车(30)用于负责钻爆、锚杆施工；装药台车(31)，所述装药台车(31)用于自行对隧道炮孔装填炸药；找顶机器人(32)，所述找顶机器人(32)用于对隧道顶部岩面的浮石和碎屑去除；装渣运渣设备(33)，所述装渣运渣设备(33)用于将隧道内开采的岩石和土壤输送出洞外；拱架安装台车(34)，所述拱架安装台车(34)用于隧道内拱架安装、网片安装等辅助高空工作；混凝土喷射手(35)，所述混凝土喷射手(35)用于对隧道内岩面进行喷浆作业；自行式仰拱栈桥(36)，所述自行式仰拱栈桥(36)用于将支撑隧道顶部岩壁和隧道边墙；防水板/钢筋自动铺设台车(37)，所述防水板/钢筋自动铺设台车(37)用于在隧道内铺设防水钢板和结构钢筋；智能化衬砌台车(38)，所述智能化衬砌台车(38)用于对隧道内壁的砼衬砌施工；智能养护台车(39)，所述智能养护台车(39)用于对隧道内混凝土表面形成密闭空间，对混凝土进行保温和保湿。2.根据权利要求1所述的隧道施工设备智能化系统，其特征在于：所述凿岩台车(30)、装药台车(31)、找顶机器人(32)、装渣运渣设备(33)、拱架安装台车(34)、混凝土喷射手(35)、自行式仰拱栈桥(36)、防水板/钢筋自动铺设台车(37)、智能化衬砌台车(38)和智能养护台车(39)均包括数据采集与传输模块(308)，所述数据采集与传输模块(308)用于设备接收控制信息和向外界传输采集信息。3.根据权利要求1所述的隧道施工设备智能化系统，其特征在于：所述凿岩台车(30)包括布孔图及轨道规划模块(301)、大臂自动定位模块(302)、自动钻孔模块(303)、钻臂实时纠偏及超欠挖控制模块(304)、多机协同作业互联互控模块(305)、隧道轮廓面激光扫描模块(306)和钻测同步控制模块(307)，其中：所述布孔图及轨道规划模块(301)用于激光导向为自动布孔及钻孔提供定位标准；所述大臂自动定位模块(302)用于对大臂自动定位，为调整挖掘深度、角度和方向；所述自动钻孔模块(303)用于在隧道内自行打孔和钻洞；所述钻臂实时纠偏及超欠挖控制模块(304)用于实时调整钻臂的挖掘钻孔深度、角度和方向；

所述多机协同作业互联互控模块(305)用于多台凿岩台车(30)之间相互连接，共同配合挖掘工作；所述隧道轮廓面激光扫描模块(306)用于通过隧道轮廓扫描识别特征障碍物，并进行钻孔和挖掘；所述钻测同步控制模块(307)用于隧道内钻孔时同步测量孔径、延伸方向的数据，便于对钻孔进行调整。4.根据权利要求3所述的隧道施工设备智能化系统，其特征在于：所述布孔图及轨道规划模块(301)、大臂自动定位模块(302)、自动钻孔模块(303)、钻臂实时纠偏及超欠挖控制模块(304)、多机协同作业互联互控模块(305)、隧道轮廓面激光扫描模块(306)和钻测同步控制模块(307)均与数据采集与传输模块(308)双向信号连接。5.根据权利要求1所述的隧道施工设备智能化系统，其特征在于：所述拱架安装台车(34)包括全站仪定位模块(340)、隧道轮廓面激光扫描模块(341)、可视化监控模块(342)、自动运送拱架模块(343)、参数设置模块(344)和施工日志模块(345)，其中：所述全站仪定位模块(340)用于通过全站仪并运用几何算法计算出车身坐标，实现自动定位，并换算成里程信息；所述隧道轮廓面激光扫描模块(341)用于通过隧道轮廓扫描识别特征障碍物，配合设计轮廓实现超欠挖分析和指导立拱前人工处理欠挖面，扫描数据参与避障运算；所述可视化监控模块(342)用于手动立拱过程中的臂架和拱架位置等信息可视化监控；所述自动运送拱架模块(343)用于根据拱架施工设计数据，自动将拱架运送至设计位置，便于后续固定和焊接；所述参数设置模块(344)用于传感器标定、报警阈值和控制参数设置、故障信息查看等可在上位机集中操作，具有拱架施工设计数据设计及导入功能；所述施工日志模块(345)用于记录每施工循环相对应的立拱时间、拱架位置等施工数据，并自动生成施工日志。6.根据权利要求5所述的隧道施工设备智能化系统，其特征在于：所述全站仪定位模块(340)、隧道轮廓面激光扫描模块(341)、可视化监控模块(342)、自动运送拱架模块(343)、参数设置模块(344)和施工日志模块(345)均与数据采集与传输模块(308)双向信号连接。7.根据权利要求1所述的隧道施工设备智能化系统，其特征在于：所述混凝土喷射手(35)包括三维激光扫描定位模块(350)、三维扫描模型重构模块(351)、拱架识别模块(352)、路径自动规划模块(353)和智能喷射模块(354)，其中：所述三维激光扫描定位模块(350)用于通过车载三维激光扫描仪实现整机在隧道内的快速定位；所述三维扫描模型重构模块(351)用于对隧道轮廓的超欠挖分析，喷涂前后的隧道三维模型重构；所述拱架识别模块(352)用于准确识别拱架的特征和位置；所述路径自动规划模块(353)用于根据不同的开挖工法进行路径的自动规划；所述智能喷射模块(354)用于控制智能喷射和手动遥控喷射的切换。8.根据权利要求7所述的隧道施工设备智能化系统，其特征在于：所述三维激光扫描定

位模块(350)、三维扫描模型重构模块(351)、拱架识别模块(352)、路径自动规划模块(353)和智能喷射模块(354)均与数据采集与传输模块(308)双向信号连接。

技术总结

本发明涉及智能隧道施工技术领域，具体涉及隧道施工设备智能化系统，包括：隧道施工设备智能化系统，包括：外接通信网络，所述外接通信网络用于与北斗通讯连接；智慧化生产平台，所述智慧化生产平台用于智能化控制隧道施工设备，并采集、设计、调整隧道施工数据；智慧工地平台，所述智慧工地平台用于搭建智能化生产平台；洞口路基增强基站。本发明用BIM技术，搭建隧道结构数字模型，计算隧道结构的空间坐标，同时通过三维激光扫描技术、北斗导航的北斗+5G技术，单体设备计算出设备空间坐标，从而确定设备操作位置，实现无人化或少人化操作，将隧道施工的智能设备均可有机地结合在本系统中，形成一个完整、安全和高效的隧道施工系统。统。统。

技术研发人员：赵昊 赵守民 杨宏射

受保护的技术使用者：赵守民

技术研发日：2021.10.15

技术公布日：2022/1/11