基于大數據的盾構全生命周期管理

劉東亮，張宏達，劉作威

（中鐵隧道局集團有限公司，廣東 廣州 511458）

隨著高速鐵路、城市軌道交通和地下綜合管廊等基建投資規模持續增長，盾構工程市場參與主體逐年遞增，因此，施工企業如何在現有施工設備資產規模基礎上，深入實施盾構全生命周期管理，從設備資產整體規劃統籌考慮，注重風險、質量和效益的管控，全面提升施工設備資產管理水平和核心競爭力，更好地適應市場經濟運行法則具有很強的緊迫性。

1 盾構全生命周期管理背景

1.1 提高效率，降低成本的客觀需要

盾構在使用管理中存在的問題：制造周期長，單臺價值高，投入回收周期長；使用年限長，資產管理跨度大；地質適應性強，設計制造風險高；規格型號多，閑置風險高等。

因此，需要從設備資產管理全過程、全費用視角出發，統籌考慮盾構在規劃、選型、設計、采購、制造、使用、維護、再制造直至報廢各環節的管理和技術要求，將施工設備采購、建設、資產運營使用以及故障成本、報廢成本等全生命周期成本統一納入綜合考量，這對于實現盾構資源保值增值，規避設備閑置、降低設備全生命周期成本，提升設備利用率具有非常重要的意義。

1.2 現代信息技術與設備資產管理融合的需要

大數據、云計算等新興技術蓬勃發展，為推進現代信息技術與設備資產管理的高效集成融合發展奠定了堅實基礎。資產全壽命周期管理作為一種先進的管理理念，統籌考慮設備可靠性和資產的經濟性，在實物資產管理方面具有的突出優勢，已被國內外越來越多的資產密集型企業關注與踐行。當前國內施工企業在盾構實時狀態管控以及使用維護管理等方面，如何創新利用大數據等新興技術，推動資產管理模式創新，促進現代信息技術與設備選型、采購監造、狀態檢測、運維檢修等資產管理關鍵環節的深度融合，充分發揮新興技術的優勢，對于提升盾構管理水平，提升企業管理效率效益具有十分重要意義。

2 盾構全生命周期管理內涵

當前，現代企業資產管理對象已經由設備層面上升到整體資產層面。與傳統設備管理相比，管理目的、手段、管理重點均不同（表1）。盾構全生命周期管理，涵蓋了資產管理和設備管理兩方面內容，包含資產和設備管理的全過程，既包括設備管理，也滲透著其全壽命周期價值變動過程。實施盾構全生命周期管理，旨在通過對資產選型、采購、監造、使用維護、退役處置進行統籌優化，將近期需求和未來發展需要進行統籌考慮，同時綜合考慮資產不同環節的關聯性，盾構壽命全過程管理的協同性，加強資產管理的整體性、全局性、系統性，發揮資產的整體最大價值，促進企業運營管理整體效率效益的提升。

表1 日常管理與全生命周期管理區別

根據盾構的裝備構成特點和施工特性，盾構全壽命周期分為3 個階段：①設備決策與形成階段：設備從規劃、選型、設計、制造、監造，調試和試運行，驗收，直至交付使用的過程；②設備使用與維護階段：設備從交付使用、維護、修理；③改造和再制造、調撥、調整，直至報廢的過程。

2.1 建立盾構大數據管控平臺

著眼于加強盾構全過程實時在線閉環管理，提高盾構全生命周期管理精益化水平，通過建立大數據管控系統，推動各關鍵節點數據信息融合共享，持續優化盾構管理業務流程，實現全生命周期管理的科學化、信息集成化及業務的基本統一。對設備各階段關鍵參數和施工環境參數進行專業化處理分析，利用“深加工”實現數據“增值”，不斷加強對盾構的狀態控制、進度控制、成本控制，強化企業業務管理的監控職能，降低盾構管理風險和成本，為企業經營發展提供堅強的決策支撐。

1）科學建立大數據系統架構 利用盾構機掘進技術國家重點實驗室牽頭搭建“智慧盾構大數據平臺”。大數據系統主要由數據采集層、數據預處理層、數據存儲與計算層、數據分析層、能力層及應用層組成，基本架構如圖1 所示。

圖1 大數據基本架構示意圖

2）建立涵蓋全流程的大數據平臺功能模塊大數據系統智能化管理系統包含6 個功能模塊（圖2）：盾構選型設計、制造（再）、盾構采購調撥、施工運行管理、維修保養管理、盾構報廢管理。其中，盾構選型設計模塊，旨在根據地層滲透系數、地層顆粒級配、地下水壓等因素進行科學選型。制造（再）模塊，主要包括制造（再）臺賬、關鍵部件改造清單，進度成本管理、驗收管理等內容。采購調撥模塊，主要包括調撥管理、采購計劃管理，招標管理，評標專家庫管理、合同管理等內容，提升設備利用率。施工運行管理模塊，用來對施工過程進行全程跟蹤，將設備施工中的感知設備信息實時采集，對相關的業務數據進行上傳，利用平臺進行輔助決策、統計分析和風險管控等，主要包含設備狀態監控、風險預警和管控、進度管理、質量管理、工序分析等內容。維修保養模塊，主要包括故障庫維護、刀具管理、日常保養、預測性維護、備件庫管理等內容。盾構報廢模塊，主要包括報廢計劃、設備及管件部件狀態評估，設備殘值登記等內容。

圖2 系統化功能架構示意圖

3）深化盾構大數據系統應用 重點在前期管理、運行維修和輪換報廢等階段進行基于大數據的深度挖掘分析，提高設備全生命周期的整體利用效率。例如，在前期管理階段，大數據系統利用所存儲的大量盾構的施工數據，選擇相似地質、類似案例施工情況的經驗數據，為盾構的運輸、安裝、始發施工決策規劃提供指導；通過對數據進行挖掘分析，為盾構的類型選擇提供支持；在運行階段，實現遠程實時監控盾構運行狀態和關鍵參數，保證設備在運行階段的穩定性，有效減少事故的發生率，節約成本。在輪換報廢階段，通過大數據系統衡量盾構的狀況，對再制造的經濟性進行提前預測，準確判斷設備及其零部件的可再制造性，輔助做出科學正確的決策。通過對施工運行狀態大數據系統管理，能夠有效滿足多層級管理部門業務需求，不斷增強防范風險能力。

2.2 強化盾構選型、采購與監造管理

1）因地制宜開展盾構選型。盾構采用“量體裁衣”式的設計理念，類型、工作模式、關鍵參數的選取與工程地質條件息息相關。在每次選型前廣泛召開專家研討會，匯集眾智，共同研究復雜地質情況下的盾構機選型。同時，注重與各盾構廠家進行技術交流，邀請類似項目、類似設備有經驗技術人員廣泛充分討論。在盾構選型時，還需要解決理論合理性與實際可能性之間的矛盾，同時充分考慮環保、地質和安全等因素。特別是在河湖等水體下、在密集的建筑物或構筑物下及上軟下硬的地層中等特殊環境施工時，施工過程的安全性是盾構選型時著重考慮的重要原則（圖3）。

圖3 選型操作流程示意圖

2）強化盾構采購全過程管控。采購管理是盾構全壽命周期管理中的先決部分，設備采購質量對設備安全穩定運行和優化運維檢修成本極為關鍵，決定了盾構后續使用和管理的優劣。嚴格把好“計劃需求-招標采購-市場調研-合同管理-過程監理-驗收發貨”每個關口，規范履行盾構采購招標程序，加強盾構采購合同執行，對重點項目的大型盾構采購、整修（改造）、再制造實行第三方設備監理制度，夯實設備安全物質基礎。

3）在編制計劃需求方面做好適應性分析，確保盾構自身性能參數、設備功能適應項目工況，滿足施工組織計劃進度。做好經濟性分析，確保設備全生命周期內的使用價值、延伸價值及剩余價值將大于當前采購價值，為采購經濟性、適應性、性價比等綜合優勢較高的設備提供可靠依據。

2.3 加強盾構使用與維護管理

1）建立盾構動態管理臺賬，每月更新，實現資源優化配置。強化招標使用管理，盾構參與投標的項目，投標前對盾構適應性進行初步分析，對不能滿足施工要求的設備，在項目評審和成本分析中充分考慮整修和改造費用，以滿足中標后實施設備整修和改造。當設備掘進里程達到再制造條件時，通過再制造，保證設備機況。

2）深入開展盾構狀態智能監測和評估（圖4）。明確盾構狀態監測內容和周期，建立嚴格的檢測程序、設備檢測管理體系和質量管理體系，對檢測數據和評估報告進行信息化管理。同時，著眼于推動異常問題閉環反饋處理，建立狀態監測異常及評估問題反饋處理渠道，確保各級設備監測體系發現的設備問題能夠及時暢通的反饋到設備管理部門，以便立即處理。推廣設備狀態智能在線檢測，充分利用5G 信息化手段，開展設備智能檢測。智能在線監測系統主要分為狀態監測模塊、油液檢測模塊和PLC 數據讀取模塊。通過智能在線檢測的應用，可實現數據采集連續性，為遠程專家診斷提供有效保障。

圖4 盾構在線狀態監測系統示意圖

3）強化盾構保養與維修管理。堅持“養修并重，預防為主”，使用前檢查機況、使用中跟蹤運轉、使用后維護清潔。加強專項方案、技術交底管理。項目建立專項方案臺賬，包括盾構裝拆方案、調試方案、步進、脫困方案、始發到達方和負環安拆等方案及相應的技術交底等。

2.4 創新盾構再制造管理

設備再制造是以裝備全生命周期理論為指導，基于既有盾構資源循環利用的制造模式，運用現代技術中先進的新材料、新工藝、新技術對老化盾構進行修復和改造的一系列技術措施或工程活動。設備再制造后能夠實現盾構質量、安全、性能、環保等各項整體指標不低于原型新機，促進設備資源循環、綠色利用。在此基礎上，進一步開展對盾構歷史使用情況和故障統計的大數據分析，有助于推動盾構技術更新發展，特別是設備地質適應性配套技術的持續演進。

2.5 規范盾構報廢管理

設備退役報廢處置處于資產管理的末端，主要包括技術鑒定評估、處置方案研判和退役處置過程等業務環節。目前，資產退役處置是眾多企業資產管理的薄弱環節，退役設備技術鑒定缺乏科學、客觀、量化的統一判別依據，退役設備再利用率普遍較低。在滿足安全、環保、技術等約束條件下，創新應用設備技術狀態的評價結果及殘值量化評價方法，統一設備退役技術和經濟性鑒定標準和流程，為“設備是否再利用、再利用的適用條件”提供決策支撐，科學確定退役資產處置方式。

3 盾構全生命周期管理實施效果

經過多年大量實踐和反復摸索，中鐵隧道局集團已形成了完善的盾構管、用、養、修機制。近年來，通過積極推進盾構全生命周期管理工作，取得了良好效果，在保證盾構制造質量和施工正常運行的同時，有效滿足了盾構周轉使用需求。圍繞安全、效能、成本等綜合目標最優，在盾構選型、采購與監造管理等前段環節，統籌考慮后期運維檢修、退役處置等工作需要，優化設備投資利用決策，提升建設標準。運維檢修、設備再制造以及報廢環節發現的問題及時向采購、監理部門反饋，促進各環節業務提升，有效降低資產壽命周期成本。基于大數據的盾構全生命周期管理，全面系統統籌了設備管理環節中重點難點問題，有效解決了工作推進中存在的實際問題。

盾構全生命周期管理具有較強的擴展性與示范性，其方法具有通用性，可復制性強，不僅適用于盾構管理，同時也適用于其他常規設備全生命周期管理，尤其對于鑿巖臺車、混凝土濕噴機組、雙輪銑、旋挖鉆機、多功能鉆機、懸臂掘進機、提運架設備、移動模架造橋機等大型專用設備，具有良好的示范推廣應用價值，管理理念與實踐經驗在操作層面能夠落地實施，能夠為其他大型裝備企業妥善解決設備資產管理難題提供有益的參考借鑒。O