[发明专利]盾构机组合仿真设备和仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及建筑施工领域，尤其涉及一种盾构机组合仿真设备和仿真方法。

背景技术

目前，国内大中城市地铁建设逐渐进入高潮，地铁施工特别是地铁隧道盾构施工日益繁忙。由于地铁隧道盾构施工的环境非常复杂，地层地质条件千差万别，地下既有建筑基础和管线纵横交错，施工难度很高，施工安全问题非常突出，对从业人员的要求非常高。因此，迫切需要培养隧道施工的技术人员，尤其是盾构机的操作人员。盾构机技术教学是实践性很强的课程，单纯依靠书面教材难以进行具体直观的教学表达，不利于培养学员的动手能力。考虑到盾构机造价昂贵、任务繁忙，以及施工安全，不宜以真实的机器在真实的施工环境中对学员进行教学、培训。现需要一种以实物仿真结合计算机仿真的组合仿真方法和设备，代替真实盾构机和施工环境用于地下隧道建造技术教学和盾构机操作实训。。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种以实物仿真结合计算机仿真的组合仿真方法和设备。

为了解决这一技术问题，本发明提供了一种盾构机组合仿真设备，包括：

盾构模型机，用以对盾构机和盾构机的动作进行实物仿真；

传感模拟器，用以对盾构机的传感器进行计算机仿真，模拟施工对象和施工环境对盾构机动作的反馈信息，以及盾构机自身的状态变化信息；

系统控制台，分别与所述盾构模型机和传感模拟器连接，用以供操作人员进行盾构机的模拟操作，还用以实现操作人员、所述盾构模型机和传感模拟器三者之间数据的交互反馈。

所述系统控制台至少包括供操作人员实现模拟操作的控制台触摸屏和控制台操作板以及总控处理系统；

所述总控处理系统包括：

系统总控模块，用以根据所述控制台触摸屏和控制台操作板的输入信息，生成动作指令；

数据管理模块：用于存储和管理盾构机仿真施工的设备性能参数、施工控制参数和仿真运算参数；

组合仿真模块，用以根据所述系统总控模块生成的动作指令、所述数据管理模块存储的参数数据以及所述传感模拟器和盾构模型机反馈而来的数据生成动作仿真和施工仿真指令；

以及数据通讯模块，用以实现所述组合仿真模块与传感模拟器以及盾构模型机的数据传输。

所述控制台操作板设在一个立式控制箱内。

所述传感模拟器包括：

模拟器数据通讯模块，与所述系统控制台连接，用以实现与所述系统控制台之间的数据传输；

模拟器数据库模块，用以保存仿真算法参数和仿真运算结果；

几何量仿真模块，用以根据所述系统控制台发出的动作仿真指令以及所述模拟器数据库模块中的数据实现仿真施工中几何量的仿真，并将仿真结果反馈至所述系统控制台和模拟器数据库模块；

物理量仿真模块，用以根据所述系统控制台发出的动作仿真指令以及所述模拟器数据库模块中的数据实现仿真施工中物理量的仿真，并将仿真结果反馈至所述系统控制台和模拟器数据库模块；

开关量仿真模块，用以根据所述系统控制台发出的动作仿真指令以及所述模拟器数据库模块中的数据实现仿真施工中开关量的仿真，并将仿真结果反馈至所述系统控制台和模拟器数据库模块；

仿真参数设置模块，用以供操作人员输入和修改所述模拟器数据库模块中的仿真参数。

所述传感模拟器还包括教学管理模块，用以对教学情况进行记录和分析，将记录与分析结果存储于所述模拟器数据库模块中，并供相关人员查看。

所述模拟器数据库模块还用以保存系统管理数据、系统运行记录和教学作业记录；

所述传感模拟器还包括数据库管理模块，用以供相关人员对所述模拟器数据库模块中的系统管理数据、系统运行记录和教学作业记录进行查阅、修改和删除。

所述盾构模型机通过一个模型机控制系统与所述系统控制台连接，所述模型机控制系统包括：

模型机数据通讯模块，与所述系统控制台连接，用以实现与所述传感模拟器以及系统控制台之间的数据传输；

掘进控制模块；用以根据所述系统控制台发出的动作仿真和施工仿真指令生成所述盾构模型机的掘进动作指令；

注液控制模块，用以根据所述系统控制台发出的动作仿真和施工仿真指令生成所述盾构模型机中的模拟注浆装置和模拟注水装置的注液动作指令；

小车控制模块，用以根据所述系统控制台发出的动作仿真和施工仿真指令生成所述盾构模型机中的运输小车的运输动作指令；

管片拼装模块，用以根据所述系统控制台发出的动作仿真和施工仿真指令生成所述盾构模型机中的管片拼装机的拼装动作指令；