地下隧道掘进机仿真系统的研究及其在教学培训中的应用.pdf

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1、地下隧道掘进机仿真系统的研究及其在教学培训中的应用王云飞’许勇’张永辉1．上海市机械施3-集团有限公司上海200072；2．上海市建筑工程学校上海200241摘要：计算机虚拟现实和三维仿真技术在建筑机械和施工领域的应用正在蓬勃发展。以地下隧道掘进机仿真系统进行技术教学和模拟操作，既提高了地下隧道建造技术和机械技术的教育培训水平，降低了教育培训成本，又发展了地下隧道施工机械领域的计算机仿真技术，为进一步研发地下空间虚拟设计、虚拟施工技术做了开拓性工作。关键词：地下隧道掘进机三维图形仿真实时动态仿真土压平衡盾构教练机矩形隧道掘进模拟机中图分类号：T

2、U94文献标识码：B文章编号：1004—1001(2014)03—0296—03StudyonSimulationSystemofUndergroundTunnelBoringMachineanditsApplicationinTeachingandTrainingWangYunfei’XuYong’ZhangYonghui1．ShanghaiMechanizedConstructionGroupCO．．Ltd．Shanghai200072；2．ShanghaiConstructionEngineeringSchoolShanghai20024

3、11概述公司联合上海市建筑工程学校、上海建峰职业技术学院、随着社会经济和城市建设的快速发展，城市地下空威英软件(上海)有限公司等单位，联合研发了地下隧道间开发的施工任务日益繁重，其中大量的是地下隧道、通掘进机仿真系统，并已投入教学应用。本文简介了该系道的非开挖施工，包括城市地铁隧道的盾构法施工、城市统，以及其研究成果和应用情况。地下立交的矩形通道施工等，地下隧道掘进机的使用越来越广泛，因此迫切需要加强地下隧道掘进机施工技术、安2基本原理全知识和操作技能的教育培训，包括中高等院校地下施工仿真机的控制系统与真实机的控制系统，在基本原专业的教学实训、

4、企业新进员工的培训和已有员工的再培理、设备外形、操作界面上基本一致，使操作者使用时无训㈣。异于真实机。但在内部电路、输入输出接口上与真实机有地下隧道掘进机技术培训特别是操作技能的培训，是所区别，因为其驱动的是模型系统，而非真实的机械系一门实践性很强的课程，只通过文字教材、图纸、照片等统：其接收的反馈信息是模型系统的，而非来自真实的掘进行教学表达是不够的，还需要直观演示和上机训练。考进机和施工对象。控制系统还需要增加一些真实机所没有虑到隧道掘进机造价昂贵、任务繁忙，以及施工安全，不的辅助功能，用于仿真支持和教学培训的需要，例如对现宜以真实的机器在

5、真实的施工环境中对学员进行教学、培场包括主机、辅助设备、辅助设施的一体化控制、对隧道训。因此需要发明一种采用计算机虚拟现实和图形仿真技管片虚拟拼装的顺序控制等。术的教学系统，以形象地演示地下隧道掘进施工，让学员仿真机的机械模型，可以是基本结构与真实机相似能够像操作真机器一样进行操作训练，其教学效果可以达的实体模型，也可以是计算机数字模型。采用实体模型到或接近真实的隧道掘进机，以提高目前地下空间施工技的，由于环境、成本、实施条件的限制，可以简化、省略术、机械掌控技术的教学培训水平。目前，国内外尚未见部分机构或装置，即使不简化、不省略的机构或装置，

6、有基于计算机仿真的隧道掘进机教学系统的报道和案例，需的动作或功能也不能实际运行，例如排土、注浆等，因此要进行开拓性的研究和创新。为此，上海市机械施工有限还有不少机构、装置、动作、功能要由计算机数字模型来仿真，也就是说需要数字模型配合弥补。一仿真机的对象模型，则应由计算机数字模型来构建，作者简介：王云飞(1948一)，男，大专，教授级高级工程师。通过仿真运算，对控制系统发出的掘进机动作指令做出响通讯地址：上海市洛川中路701号(200072)。收稿日期：2014-01-08应，将运算得出的状态信息和数量信息反馈给控制系统。296I建筑施工帮37卷

7、~3IHt3技术方案仿真指令，驱动仿真模型产生位置变化、尺寸变化、形态仿真系统按其机械模型和对象模型的类别可以分为变化，从而形成与模仿对象一致或接近的四维实时动画。组合仿真和全仿真2种。组合仿真是机械模型采用实体模(g)虚拟处理器和图形仿真器均采用Pc计算机。控型，对象模型采用数字模型；全仿真是机械模型和对象模制系统与虚拟处理器的通讯方式为RS232串口通讯，虚拟处型都采用数字模型。理器与图形仿真器通讯方式为基于Ethernet的TCP／IP协议。这2种仿真各有特点和长处，前者可以进行机械、液一台虚拟处理器可以连接多台图形仿真器，实现多终端远压

8、、电气等硬件知识以及设备的安装、调试、维护技术的程异地应用。教学，但制造、维护成本较高，后者成本较低，但教学的(h)图形仿真器除了实时响应虚拟处理器以