隧道掘进机制造运维互馈远程服务

ICS91.220

CCSP97

团体标准T/HNMESXXX-XXXX

隧道掘进机制造/运维互馈远程服务

Remoteservicewithmutualfeedbackbetweenmanufacturingandoperation

ofTunnelBoringMachine

（征求意见稿）

在提交反馈意见时，请将您知道的相关专利连同支持性文件一并附上。

XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施

 河南省机械工程学会发布

I

前  言

本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规

定起草。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。

本文件由河南省机械工业标准化委员会提出并归口。

本文件起草单位：中铁隧道局集团有限公司；盾构及掘进技术国家重点实验室；中国科学院软

件研究所；湖南大学；广州珠三角城际轨道交通有限公司。

本文件主要起草人：洪开荣、韩伟锋、李凤远、任颖莹、陈瑞祥、张常有、邓乾旺、江南、高

会中、李学荣、史清华、刘霞辉。

本文件为首次发布。

III

引言

《中国制造2025》等国家战略持续推进，大力发展我国高端装备制造业，“推动跨领域跨行业协同

创新”，提升国际竞争力。《国务院关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》指出，“在重点领域推进智

能制造、大规模个性化定制、网络化协同制造和服务型制造，打造一批网络化协同制造公共服务平台”。

复杂装备的智能互联数据交融、制造/运维业务交织互馈及平台集成成为网络协同发展趋势。

目前，制造与维修分别属于不同企业或部门的业务范围，具有跨域分布式特点，制造数据与运行数

据之间存在信息壁垒，设计数据无法为运行提供支持，运行数据也没充分利用来反馈给设计制造。因此

两者之间关联性不强，协同困难。需要制定相关标准推进制造与运维业务的融合，实现装备效用的提升。

本文针对隧道掘进机制造运维业务跨域协同难的特点，梳理业务跨域互馈对象层级、综合要素、流

程方式，明确需要采集的隧道掘进机装备设计制造数据和运行维护数据，研究制造业务融合方法，研究

协同反馈机制，协同方法，规定制造/运维协同服务内容与方法，为实现成套装备群组业务交织作用互

反馈、高效制造和运维提供支撑。

隧道掘进机制造/运维互馈远程服务

1范围

本文件规定了隧道掘进机装备制造/运维业务互馈规则、远程服务结构、在线设备评估、掘进评估、

事件分析、掘进决策、协同维护、装备选型、参数设计、部件设计、协同生产、资源优化的内容。

本文件适用于指导隧道掘进机设备制造商、使用商、工程建设单位及第三方服务商建设制造/运维

互馈远程服务功能、模块或系统的规划、设计。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期的对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于

本文件。

GB/T34354-2017全断面隧道掘进机术语和商业规格

GB/T39837-2021信息技术远程运维技术参考模型

T/HNMESXXX-2022隧道掘进机数据采集融合

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

隧道掘进机Tunnelboringmachine

通过开挖并推进式前进实现隧道全断面成型，且带有周边壳体的专用机械设备。主要包括盾构机、岩石

隧道掘进机、顶管机等。

[来源：GB/T34354-2017，2.1]

3.2

互馈mutualfeedback

装备制造生产与运行维护信息高度共享，实现制造与运维的相互反馈和协同服务。

3.3

远程服务remoteservice

利用互联网，向不同地域之间用户提供实时的服务。

3.4

协同维护collaborativemaintenance

在装备维护过程中，利用信息技术将装备维护资源和维护企业协同起来，以提供更及时有效的维护服务。

3.5

资源优化resourceoptimization

在资源有限时，通过网络信息的共享分析，能够得到合理地分配与使用。

4制造/运维业务互馈规则

1

4.1制造/运维远程服务应把地理上分散的设计单位、零部件供应企业、制造企业、运维服务企业等单

位整合起来，通过资源协调、信息交互、分工协作，共同完成装备群组的制造、运维工作。

4.2隧道掘进机运维应根据装备的制造信息、装备运行数据，进行设备状态评估、提供合理的运行优

化和维修维护决策。

4.3隧道掘进机制造应根据产品运行情况、维护记录、故障维修原因和使用寿命等方面进行探究，给

出设计制造反馈建议，以实现制造生产的改进。

4.4制造/运维业务应通过建立成套装备制造运维反馈协同模型和算法，协同装备制造和装备运行维

护。

5远程服务架构

5.1系统框架

5.1.1制造/运维远程服务框架如图1所示，应能够融合隧道掘进机的制造数据和运维数据，并能实现隧道

掘进机数据的无缝集成，通过对集成数据的挖掘实现制造和运维的互馈，实现远程服务。

图1制造/运维远程服务框架

5.2系统数据

5.2.1制造数据宜包括隧道掘进机设计和生产阶段的相关数据，例如选型资料、设计图纸、功能说明、

操作要求、维修服务手册等。

5.2.2运维数据可参考标准T/HNMESXXX-2022第6章节。

5.3远程服务内容与方法

5.3.1运维服务应包括设备评估、掘进评估、事件分析、掘进决策和协同维护。

5.3.2制造服务应包括装备选型、协同设计、协同生产和资源优化。

5.3.3设备评估应根据设备当前数据、历史运行数据和设计参数，经过数据统计分析，进行关键部件状

况的展示。

5.3.4掘进评估应根据设备当前关键参数、设备运行各状态所占的时间，来评估设备掘进效率等情况。

5.3.5事件分析可根据设备运行参数时序变化规律，融合多个运行参数来根据算法模型综合自动分析，

实现对异常事件的识别。

5.3.6掘进决策可根据关键参数运行数据，采用机器学习通过自适应算法实时提供建议值，针对不同工

况条件下、不同类型设备（土压平衡盾构机/泥水平衡盾构机/岩石掘进机）应采用不同的模型。

5.3.7协同维护可根据设备制造信息、故障信息和故障预测信息，其他装备的使用经验、故障及措施等

信息，进行数据挖掘分析，提供维修维护方案、备件协同调度和库存需求建议。

5.3.8机型选择可根据当前隧道情况结合以往运维、制造历史数据进行推荐。

5.3.9参数设计应汇聚装备运行阶段的历史故障实例及其相关信息，形成海量样本数据库，找出所有故

障模式，进行统计分析和数据挖掘，反馈到装备的设计制造。

5.3.10部件设计可根据类似隧道掘进机维护阶段部件的运行情况、掘进功效分析数据进行设计。

5.3.11协同生产可根据制造企业当前的生产数据经过分析，实现关键部件生产的协同。

5.3.12资源优化宜根据多场点制造资源和制造需求两方面信息，设计面向特定目标的优化算法。

6设备评估

6.1设备评估包括故障识别、状态评估、频率分析。

6.2故障识别

6.2.1故障识别的关键部件宜包括刀盘刀具、主轴承、主驱动、螺旋输送机、密封系统、人舱（如有）、

推进系统、改良剂。

6.2.2故障程度可分为三个等级，包括严重故障、一般故障、轻度故障，以红黄绿进行展示。

6.2.3故障诊断应能查询隧道掘进机关键部件在时间段、里程区间、环号区间的故障次数和频率。

6.2.4故障预警应能展示关键部件的故障发生时间、故障发生位置、故障现象、故障程度、故障发生频

率等信息，并形成故障诊断报告。

6.3状态评估

6.3.1状态评估应包括但不限于刀盘、主驱动单元、推进系统、铰接系统、注浆系统。

6.3.2状态评估应能分析展示出各系统在时间、里程、环号上的健康与异常状态的占比情况，根据占比

情况可采用红黄绿形式体现部件的健康状况。

6.3.3状态评估应能够生成隧道掘进机运行综合评估报告。

6.4频率分析

6.4.1频率分析应能够展示故障发生的时间段，反映出故障每环上主要部件的故障时间状况。

6.4.2频率分析应能对故障发生的次数和时间占比进行分析，可以柱状图的形式进行展示。

7掘进评估

7.1掘进评估宜包括掘进效率评估、关键参数分析、掘进工序分析、注浆效果分析和掘进姿态评估。

7.2掘进效率评估

7.2.1掘进效率评估可包括时间统计、效率分析、异常状态统计、平均掘进速度。

7.2.2时间统计应能统计隧道掘进机总体时间、掘进时间、拼装时间、停机时间、故障时间，以表格的

形式进行展示。

3

7.2.3效率分析可根据时间统计以柱状图或圆形图展现各工序时间所占的百分比。

7.2.4异常状态统计可统计出异常状态发生的时长和区间段，宜以扇形图的形式展示。

7.2.5平均掘进速度可以折线图表达当前时间的隧道掘进机在某时间或环号的总体平均速度，用于反映

该隧道掘进机的总体施工效率。

7.3关键参数分析

7.3.1分析的关键参数应包括但不限于推进速度、刀盘转速、刀盘扭矩、总推力、螺机/进浆参数。

7.3.2关键参数分析应能够按环号和时间两种方式对关键参数进行分析。

7.3.3关键参数分析应能展示关键参数每环平均结果，用于评估每环掘进主要参数的健康状况和效率。

7.3.4关键参数分析应能导出Excel格式。

7.4掘进工序分析

7.4.1掘进工序分析应实现工序分析及掘进效率分析，展示单环及多环的掘进时间、拼环时间、停机时

间、故障时间，并可生成报表和图形进行展示。

7.4.2掘进工序分析应能分析展示隧道掘进机掘进中掘进运行、隧道衬砌、物料运输、物料加工、停机

维护等的占用时间。

7.4.3异常状态持续时间宜能够展示刀盘结泥饼、卡盾、卡刀盘、中心刀损坏、出渣不畅等异常事件所

持续的时间。

7.4.4掘进工序分析宜能分析出影响隧道掘进机停机的主要工序，给出工序分析报告。

7.5注浆效果分析

7.5.1注浆效果分析宜能够实时监测各个注浆孔的注浆压力、注浆量和注浆速度，并以曲线图的形式展

示。

7.5.2注浆效果分析可提供注浆压力建议值，注浆压力建议值宜在综合考虑地基条件、管片强度、设备

性能、浆液特性和土仓压力的基础上确定。

7.5.3注浆效果分析可提供注浆量建议值，注浆量建议值宜以盾尾建筑空隙量为基础并结合地层、线路

及掘进方式等考虑，以保证达到充填密实的目的。

7.5.4注浆效果分析可提供注浆速度建议值，注浆速度建议值宜由注浆泵的性能、单环注浆量确定，并

与掘进速度相适应。

7.5.5注浆效果分析宜根据注浆压力、注浆量和注浆速度建议值与实时值进行对比预警。

7.5.6注浆效果分析宜能够分析注浆速度与掘进速度的关系，给出注浆效果分析报告。

7.6掘进姿态评估

7.6.1掘进姿态评估应能以图形的方式展示掘进过程中导向环号、切口水平偏差、切口垂直偏差、盾尾

水平偏差、盾尾垂直偏差、水平趋势、垂直趋势、油缸行程、导向俯仰角、导向滚动角、切口里程、盾

尾里程等参数。

7.6.2掘进姿态评估可能够以折线图的形式展示掘进姿态参数的每环平均值，以此来表达掘进姿态的偏

离情况和健康状况。

7.6.3掘进姿态评估应能够根据历史和当前姿态的偏离状况，给出掘进姿态评估分析报告。

8事件分析

8.1事件分析宜能够对掘进过程中出现的设备故障、掘进受阻，渣土滞排、沉降超限、姿态异常等进

行预警。

8.2事件分析对异常事件进行预警的内容宜包括事件发生的里程、环号、时间段、并给出造成异常的

原因，包括地层突变、刀具偏磨、刀盘结泥饼、地层变硬、卡盾、切刀参与破岩、出渣不顺、舱内积渣。

8.3事件分析可以柱状图的形式展现各个异常事件发生的概率，给出事件分析报告，反映隧道掘进机

异常状况的严重程度。

9掘进决策

9.1掘进决策包括主动参数优化、姿态控制自适应调整。

9.2主动参数优化应能够自动为掘进过程提供总推进力、刀盘转速、螺机转速/进、排浆流量建议值。

9.3主动参数优化应能够比较实际目标值与建议值的之间的差距，并对异常值进行红色和黄色预警。

9.4姿态控制应能够根据当前设备姿态自动提供各分区油缸压力建议值。

9.5姿态控制宜根据盾构姿态、线路线性设计、盾尾间隙等进行管片选型。

10协同维护

10.1协同维护应包括协同维修维护和备件协同调度。

10.2协同维修维护

10.2.1维修维护应根据故障预警和维修数据库等信息，预测隧道掘进机关键部件的故障、配件的损坏

情况，形成有计划的维修建议、维护保养决策方案，以指导不同阶段设备维修维护，具体要求可参考

GB/T39837-2021条款6.3.3。

10.2.2在隧道掘进机运行阶段，宜根据装备机理、日保养计划及装备运行故障反馈情况制定运行维护

作业方案。

10.2.3在隧道掘进机停机阶段，宜根据装备机理、周月保养计划、运行阶段故障统计预测情况，制定

停机维护方案。

10.2.4在隧道掘进机大修阶段，宜根据标段工程装备故障统计预测，综合制定设备标段结束的大修方

案。

10.2.5在隧道掘进机再制造阶段，应能根据装备运行数据和以往再制造经验，评估装备关键零部件的

质量和再制造的价值，制定装备再制造维护维修方案。

10.3备件协同调度

10.3.1备件协同调度应能够录入备件需求信息，供应商信息、项目部信息。

10.3.2备件需求录入可包括序号、项目、盾构编号、所属系统、配件编号、配件名称、型号、数量、

需求时间。

10.3.3供应商信息可包括供应商基本信息、库存信息、生产能力、目前生产任务。

10.3.4项目部信息可包括项目部基本信息、装备基本信息、备件库存信息。

10.3.5备件协同调度应根据备件需求信息和制造商、供应商、项目部等数据库数据，通过建立模型分

析算法，推荐最优的备件调度方案。

10.3.6备件协同调度宜具备备件库存优化功能，为制造商、供应商和项目部库存提供每种配件的库存

建议值，并根据当前库存情况进行预警。

11机型选择

5

11.1机型选择应从安全适应性、技术先进性、经济性等方面综合考虑，所选择的装备形式要能尽量减

少辅助施工法并确保开挖面稳定和适应围岩条件。

11.2机型选择应考虑的条件包括但不限于装备工作环境、隧道施工长度和线形、辅助施工法（降水法、

气压法、冻结法和注浆法）、后配套设备、始发设施。

11.3对于地质条件多变地层的装备宜选择适合于施工区大多数围岩的机型。

11.4机型选择宜依据三级地质信息，基于大量的制造数据和运维数据，来确定隧道掘进机的机型。

11.5机型选择考虑的边界条件宜包括考虑水文、构筑物、隧道形状、隧道埋深、隧道长度、隧道直径、

环保要求等边界条件。

11.6机型选择结果应综合考虑各类机型优缺点，提供不同机型的综合推荐系数。

11.7机型选择功能在完成隧道掘进机机型推荐后，应能够通过人工辅助，对系统自动选型结果作进一

步优化。

12参数设计

12.1隧道掘进机总体参数应包含但不限于外径、刀盘开挖直径、盾壳长度、系统总推力、刀盘扭矩、

刀盘转速。

12.2总体参数设计应基于隧道设计边界条件及施工环境，综合考虑同类型隧道掘进机经验，通过合理

的计算仿真，确定掘进机的总体参数。

12.3隧道掘进机外径应根据管片外径、管片安装的富裕量、盾构结构形式、盾尾壳体厚度及修正蛇行

时的最小余量进行设计。

12.4隧道掘进机刀盘开挖直径设计应考虑刀盘外圈防磨板的磨损后仍能保证正确的开挖直径。

12.5隧道掘进机盾壳长度应根据地质条件、隧道的平面形状、开挖方式、运转操作、衬砌形式及封顶

块的插入方式进行设计。

12.6系统总推力参数计算应考虑推进时的盾壳与周围地层的阻力、刀盘面板的推进阻力、管片与盾尾

间的摩擦阻力、刀具贯入地层的破岩力、后配套拖拉力。

12.7刀盘总扭矩参数计算应考虑刀盘切削扭矩、刀盘自重形成的轴承扭矩、刀盘轴向荷载形成的轴承

扭矩、密封装置摩擦力矩、刀盘前表面摩擦扭矩、刀盘圆周面的摩擦反力矩、刀盘背面摩擦力矩。

12.8刀盘转速应根据地质条件、施工要求确定。

12.9隧道掘进机参数设计应能够通过人工辅助，对总体参数设计结果作进一步优化。

13部件设计

13.1部件设计宜根据开挖直径、工程线路地质条件、系统推荐的整机主要技术参数，再结合类似隧道

掘进机设计、施工数据进行掘进功效分析，进行关键部件的协同设计。

13.2刀盘设计宜根据机型和地质情况，进行刀盘的结构形式、刀盘开口率、刀盘布局设计。

13.3刀盘设计宜具备刀具选型配置功能，能够从刀具库中选取合理的刀具组合，并关联至刀盘，并给

出设计图。

13.4主轴承设计宜能够根据优选的推力、刀盘扭矩等参数，结合刀盘转速、承载能力等信息，自动筛

选出合适型号的主轴承，并给出设计图。

13.5减速器设计宜能够根据驱动系统功率需求计算电机功率、数量，选取合适的电机型号，并根据选

定的电机选出适当型号的减速器，并给出设计图。

13.6部件设计宜能够根据设计选型结果，生成装备总体设计文档。

13.7部件设计宜具备建立电机、减速器、主轴承等通用型零部件管理数据库功能，能够对通用型零部

件技术参数、技术文档进行存储，便于筛选和调用。

13.8部件设计宜具备建立典型掘进机模型库功能，能够对各类型隧道掘进机设计模型进行分类存储，

在需要时可以进行模型库数据的调用。

14协同生产

14.1协同生产宜能根据协同设计系统下发的设计信息，组织实施核心部件的加工、采购、装配、质检

等生产流程，协调完成核心部件生产任务。

14.2协同生产可包括工艺信息维护、生产计划管理、生产管理。

14.3工艺信息维护宜能够维护零部件物料信息，并由工艺设计人员根据零部件设计信息，编制工艺过

程卡片、装配作业指导书、检验作业指导书等工艺文件，系统可根据物料信息和工艺文件对零部件分类

管理。

14.4生产计划管理宜能够根据整机生产计划安排，编制零部件生产、采购、装配、调试的计划时间节

点，形成生产进度看板，并将生产计划发布至各执行部门，组织实施零部件后续采购和生产。

14.5生产管理宜能够按照生产计划及相关作业指导书，进行零部件的生产、装配作业管理、调试作业

管理及检验工作，形成满足设计指标的核心部件，并生成检验报告。

15资源优化

15.1资源优化应具有制造资源数据库和制造任务数据库，能够对资源和任务分别建立统一的模型进行

描述，并在资源优化时正常调用。

15.2制造资源数据库表宜包括制造商信息表、生产线信息表、设备信息表、物料信息表、人力信息表、

产品标准作业参数表、生产历史数据表等资源优化的必备信息，能够依据资源数据库信息，确定制造企

业的可用生产能力。

15.3制造任务数据库宜包括需求用户信息表、订单明细表、用户历史订单数据表等任务的必备信息，

能够在资源优化中根据任务类型和要求计算所需要的产能。

15.4制造资源优化宜具备面向不同优化目标的需求-资源匹配算法库，可实现制造资源需求的精准匹

配，能够为资源提供方和需求方推荐优质的订单与资源的分配决策方案。

15.5制造资源优化宜通过成本、质量、物流、可靠性等指标对方案进行评价，按照从优到劣的顺序通

过前端展示给需求方、资源方。

7

目  次

前言.................................................................................................................................................................................III

引言.................................................................................................................................................................................IV

1范围..............................................................................................................................................................................1

2规范性引用文件.....................................................................................................................................................1

3术语和定义...............................................................................................................................................................1

4制造/运维业务互馈规则...................................................................................................................................1

5远程服务架构..........................................................................................................................................................2

6设备评估....................................................................................................................................................................3

7掘进评估....................................................................................................................................................................3

8事件分析....................................................................................................................................................................4

9掘进决策....................................................................................................................................................................5

10协同维护.................................................................................................................................................................5

11机型选择.................................................................................................................................................................5

12参数设计.................................................................................................................................................................6

13部件设计............................................................................................................................................................