地下空间施工技术实训系统 研究开发总结报告

1. 地下空间施工技术实训系统研究开发总结报告 上海市机械施工有限公司 2010年12月

2. 1.开发目标 “地下空间施工技术实训系统”是上海市职业教育建筑施工与安装技术开放实训中心拓展项目，建筑面积900M2，设有DKSJ-1土压平衡盾构教练机、DKSJ-2矩形隧道掘进模拟机、DKSJ-3地下连续墙施工模型、DKSJ-4隧道施工测量教学系统，以及地下空间施工技术展示等实训、演示项目。 本系统集教学、培训、职业技能鉴定和技术服务四位一体，能充分体现建设类公共实训中心的开放性、综合性、先进性和实用性，可作为地下空间工程施工技术与管理人员、机电一体化设施设备运行维护与管理技术人员的实践场所，并可作为全国城市地下空间施工技术人才培养与实训的交流地。

3. 2.项目简介 ⑴ DKSJ-1 土压平衡盾构教练机 土压平衡盾构教练机是用于隧道盾构施工知识和盾构机操作技能的教学、培训，以及应知、应会考核的教学练习机（以下简称教练机）。它可以向学员展示土压平衡盾构机的的结构原理、机械动作和操作功能，可以象真实机器一样供学员进行操控练习，学习土压平衡盾构机操作技能，还可模拟演示土压平衡盾构掘进施工的工艺流程和相关技术。

5. 教练机由实体机构和模拟系统两部分组成。 实体机构是按真实的 6340 土压平衡盾构机（以下简称真实机），以1：3的比例缩小制作，象真实机一样由主机系统、辅助系统、控制系统组成，可以运行真实机的大部分动作和功能，同时根据教学特点和部署条件对部分部件、动作作了简化或省略。

11. 运行监控界面

12. 运行监控界面

13. 推进操作界面

14. 模拟系统是对实体机构的补充和扩展。它应用计算机三维仿真、虚拟现实技术，既要补充实体机构简化或省略的部件和动作，表现盾构机的完整结构和全部功能，又要模拟施工对象、施工环境，向教练机控制系统反馈与真实场合一致或相似的状态信息和施工数据，从而使操作者体验到真实机在真实施工环境中的施工效果。模拟系统还具有教学管理功能。

16. 模拟系统界面

17. 模拟算法设置

18. 教师观察界面

19. 仿真显示终端

20. ⑵ DKSJ-2 矩形隧道掘进模拟机 矩形隧道掘进模拟机是用于矩形隧道施工知识和掘进机操作技能的教学、培训，以及应知、应会考核的模拟练习机（以下简称模拟机）。它可以向学员展示矩形隧道掘进机的结构原理、机械动作和操作功能，可以象真实机器一样供学员进行操控练习，学习矩形隧道掘进机操作技能，还可模拟演示矩形隧道掘进施工的工艺流程和相关技术。

22. 模拟机是以计算机三维仿真和虚拟现实技术，与矩形隧道掘进的施工技术和机械技术相结合，以TH691矩形隧道掘进机（以下简称掘进机）为蓝本开发的，只有计算机和电气装置，没有机械和液压装置，是一台全模拟机。模拟机是以计算机三维仿真和虚拟现实技术，与矩形隧道掘进的施工技术和机械技术相结合，以TH691矩形隧道掘进机（以下简称掘进机）为蓝本开发的，只有计算机和电气装置，没有机械和液压装置，是一台全模拟机。

23. 模拟机由控制系统和模拟系统构成。

24. 控制系统的原理、构造、界面与掘进机的基本一致，可以让学员象操纵掘进机一样进行操纵。控制系统的原理、构造、界面与掘进机的基本一致，可以让学员象操纵掘进机一样进行操纵。

25. 掘进控制界面

26. 运行监控界面

27. 后顶操作界面

28. 模拟系统以计算机仿真模型代替掘进机的实体机构，可以根据控制系统的指令，以三维动画演绎掘进机的动作和功能，而且可以模拟施工对象、施工环境向控制系统反馈施工数据，使操作者体验到真实机在真实施工环境中的施工效果。模拟系统还具有教学管理功能。

33. 模拟系统界面

34. 事件模拟器 • 偏差模拟器

35. 教师观察界面

36. 仿真显示终端

37. ⑶ DKSJ-3 地下连续墙施工模型 地下连续墙施工模型（以下简称地墙模型）以上海世博静安变电站500KV地下变电站工程的深基坑施工为蓝本，向学员展示地下连续墙施工的工艺知识，让他们直观地了 解实际施工过程和相关技术，使他们在课堂上学到的知识形象化、具体化，拉近课堂教学与施工实践的距离。

38. 地墙模型由双层模型、升降装置、声光装置、控制装置，以及模型底座等组成。双层模型的上部是地下连 续墙施工时的地面场景，展示的是施工平面布置、机械设备等。

39. 模型的下部是地下连续墙施工时的地下场景，展示的是地下连续墙施工的主要步骤：成槽施工、接头模型的下部是地下连续墙施工时的地下场景，展示的是地下连续墙施工的主要步骤：成槽施工、接头 施工、钢筋笼制作与吊装、混凝土浇筑、拔出接头管、构筑成墙等。

40. ⑷ DKSJ-4 隧道施工测量教学系统 隧道施工测量教学系统（以下简称测量系统）通过一系列测量设施让地下施工测量专业的学员能够在与实际工况相接近的条件下，进行施工测量操作和实训，使他们了解盾构施工测量的步骤、方法、手段和要求，巩固课堂上学到的知识，并掌握一定的操作技能。

41. 测量系统由模拟施工场景、测量控制点（网）构成。模拟施工场景包括盾构掘进教练机、模拟工作井、模拟隧道。测量系统由模拟施工场景、测量控制点（网）构成。模拟施工场景包括盾构掘进教练机、模拟工作井、模拟隧道。

42. 测量控制点（网）包括： 1）强制归心控制点(空导点)和首级控制网； 2）地上强制归心平面控制点、高程控制点和地面控制网； 3）地下强制归心平面控制点、高程控制点； 4）隧道内吊篮平面控制(导线)点、高程控制点、复核强制归心控制点等。

43. 地上平面控制点

44. 地下平面控制点

45. 隧道内平面控制点（导线点）

46. 测量系统的主要教学功能包括： 1）首级控制网测量； 2）地面控制网测量； 3）竖井联系测量； 4）盾构机始发相关测量及盾构姿态测量； 5）地下导线测量 6）管片及竣工测量。

47. ⑸ DKSJ-5 地下空间施工技术图示 地下空间施工技术图示是一套介绍当今地下空间施工的先进工艺、技术和装备，以及未来发展趋势的图板。主要内容有：地下工程-未来城市的新空间、隧道施工技术（盾构法施工）、大直径越江隧道施工技术、地下矩形隧 道（通道）掘进技术、小口径非开挖施工技术、深基坑施工技术、地下空间开发技术的新趋势等。

48. ⑹ DKSJ-6 盾构法隧道施工技术展示室 盾构法隧道施工技术展示室是配合土压平衡盾构教练机的使用，以图板和实物展示的方式介绍盾构法隧道施工技术，主要内容有：工程地质和周边环境调查、盾构机的 选型、盾构机进、出洞土体加固技术，盾构法隧道施工技术、联络通道泵站施工等。

49. 3.开发过程 本系统的开发自2008年7月开始酝酿，至2009年2月完成可行性论证，2009年3月正式签约、启动。先后经历了如下几个阶段： 1) 系统设计 2009年3月～2009年7月，完成系统设计，编制了系统总体方案。 2) 硬件研制 2009年7月～2009年11月，完成各项目硬件的设计、加工、制作。 2009年12月～2010年3月，完成硬件的安装、调试、修正。

50. 3) 软件研发 2009年8月～2010年3月，完成各项目软件的设计、编制。 2010年4月～2010年12月，陆续完成各项软件的安装、调试、修改。 4) 系统验收 2011年01月，系统联调结束，提交验收。