CN113505911A - 基于自动巡航的刀具寿命预测系统及其预测方法 - Google Patents
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Abstract
基于自动巡航的刀具寿命预测系统及其预测方法，盾构机工业电脑；刀具磨损感应装置；地面控制中心服务器；地面控制中心服务器包括在线刀具磨损监测模块、数据存储处理模块、可视化显示模块、刀具寿命预测模块；本发明数据存储处理模块内的在线刀具监测模块监测到实测刀具磨耗量达到该种刀具磨耗量最大值的85%时，刀具寿命预测模块自动调用数据存储处理模块内建立的隧道掘进三维实体模型内的水文地质数据和周边环境条件数据、盾构机位置相关数据在盾构机可掘进距离范围内判别选取合适的刀具检修更换的地点及里程，避免了大量人工研判，省时省力，信息化、智能化程度高，时效性强，可及时对刀具进行检修更换，避免因刀具磨损影响施工进度。
Description
技术领域
本发明涉及盾构施工领域，具体属于基于自动巡航的刀具寿命预测系统及其预测方法。
背景技术
随着轨道交通的快速发展，盾构法因其施工速度快、周期短、安全高效、自动化程度高、对周边环境影响小等特点逐渐成为地铁区间隧道的主要施工方法。盾构法主要是刀盘切削土体开挖隧道，因此盾构刀盘刀具磨损问题是一个不可忽视的问题，必须不定时的对刀盘刀具进行检修，严重时必须进行更换。何时何地对盾构刀盘刀具进行检修更换，则需要对刀盘大局磨损进行不断的跟踪监测，目前主要有三种方式即液压式、电磁式或超声波式对刀盘刀具磨损进行监测，人工研判是否进行刀具检修更换，费时费力，智能化程度低，信息滞后，时效性差，造成刀具检修更换地点选取困难，无法找到合适地点，只能采取额外措施强行进行刀具检修更换，造成工期延误，制约了盾构的施工效率，增加了施工成本。
发明内容
本发明的目的是提供基于自动巡航的刀具寿命预测系统及其预测方法，要解决现有技术刀具耗量预测精度低、人工研判刀具检修更换费时费力、智能化低、信息滞后、时效性差造成的刀具检修更换地点选取困难，影响施工进度的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
基于自动巡航的刀具寿命预测系统，其特征在于，包括：
盾构机工业电脑：通过有线通信方式与刀具磨损感应装置和地面控制中心服务器通讯相连，为高速PLC电脑，用于接收、执行、反馈、处理所收到的数据或指令；
刀具磨损感应装置：通过有线通信方式与盾构机工业电脑通讯相连，安装于刀盘面板和刀具上，采用液压式、电磁式或超声波式，通过监测传感压力、电磁回路连通情况或超声波，实时监测刀具磨损情况；
地面控制中心服务器：通过有线通信方式与盾构机工业电脑连接，由多台电脑组成，用于向盾构机工业电脑发送指令、接收处理数据；包括在线刀具磨损监测模块、数据存储处理模块、可视化显示模块、刀具寿命预测模块；
在线刀具磨损监测模块：用于实时收集接收刀具磨损感应装置反馈的信息数据，并转存入数据存储处理模块；
数据存储处理模块：
接收来自盾构机工业电脑收集自动巡航状态下的盾构机推力、盾构机的外径尺寸、刀盘扭矩、刀盘温度、刀盘转速、掘进速度、掘进距离及盾构机位置信息；
存储人工导入的、刀具磨损经验预测模型的样本数据，以计算每种地层的磨耗系数；
存储人工导入的刀具磨耗量最大值，磨耗量最大值的85%作为报警值，当超过报警值，向可视化显示模块输出选取合适地点进行刀具检修更换的提示画面；
自动接收在线刀具磨损监测模块收集到的刀具磨损感应装置反馈的信息数据，经数据处理，转化为刀具实时磨耗量。
接收通过扫描或人工导入的、在盾构开始施工前收集线路平纵断面图、航拍图、岩土勘察报告、周边环境条件、隧道沿线地质结构、特殊地质、地表、周边建构筑物及风险源相关数据，并将上述相关数据转换为计算机可识别数据，利用BIM和GIS软件建立整个区间隧道初始三维实体模型，输入盾构机相关部件、尺寸数据及原始刀盘刀具，通过BIM软件建立盾构机三维实体模型，插入到隧道初始三维实体模型，导入到可视化显示模块；
通过人工输入的方式接收自动巡航状态下盾构机刀盘切削下来的土体岩性特征数据及盾构机上安装的超前地质钻获取的土体岩性特征数据，自动更新所述初始三维实体模型，形成区间隧道掘进三维实体模型，自动导入到可视化显示模块；
可视化集成显示模块：自动接收数据存储处理模块输入的盾构机位置信息、刀盘刀具实际磨损量、隧道初始三维实体模型、隧道掘进三维实体模型、盾构机三维实体模型，并通过可视化形式显示出来；
刀具寿命预测模块：根据刀具磨损经验预测模型，预测刀具寿命，刀具磨损经验预测模型为：[=K·π·D·N·L/V
[——刀具磨耗量( mm);
K——磨耗系数( mm/km);
D——盾构机的外径尺寸(m);
N——刀盘转速(rpm);
L——掘进距离(km);
V——掘进速度(m/min);
首先调用数据存储处理模块的既往盾构机刀具检修更换数据，根据刀具磨损经验预测模型，计算出每种地层每种刀具的初始经验磨耗系数K；然后根据数据存储处理模块建立的隧道掘进三维实体模型中的地质数据选取隧道掘进相应地层的刀具初始经验磨耗系数，间隔10m自动计算一次巡航状态下的初始经验预测刀具磨耗量；
所述初始经验预测刀具磨耗量与数据存储处理模块内存储的、在线刀具磨损监测模块检测的刀具实时磨耗量进行比较，若偏差值超过1%，则根据数据存储处理模块内存储的刀具实时磨耗量及盾构机的外径尺寸、刀盘转速、掘进距离、掘进速度反推计算出刀具的实测磨耗系数K，作为该地层后续计算的掘进经验刀具磨耗系数；
当数据存储处理模块内的在线刀具监测模块监测到实测刀具磨耗量达到该种刀具磨耗量最大值的85%时，刀具寿命预测模块自动调用数据存储处理模块内建立的隧道掘进三维实体模型内的水文地质数据和周边环境条件数据、盾构机位置相关数据在盾构机可掘进距离范围内判别选取合适的刀具检修更换的地点及里程。
进一步优选地，所述判别选取合适的刀具检修更换的地点及里程具体步骤为：
当数据存储处理模块内的在线刀具监测模块监测到实测刀具磨耗量达到该种刀具磨耗量最大值的85%时，刀具寿命预测模块自动调用数据存储处理模块内盾构机的外径尺寸、刀盘转速、掘进速度、掘进经验刀具磨耗系数，反推计算刀具磨耗量最大值95%时盾构机掘进距离，然后减去实测刀具磨耗量达到刀具磨耗量最大值的85%的实际掘进距离，得到盾构机可掘进距离，该距离范围作为刀具寿命预测模块选取合适的刀具检修更换的地点及里程的区域范围，盾构机继续向前掘进，然后地面控制中心刀具寿命预测模块根据其内置逻辑程序在盾构机可掘进距离区域范围内经三轮判别比选选取合适地点进行刀具检修更换，将选取的地点导入到可视化显示模块，高亮闪烁显示，并给出提示界面，若未选取合适地点，可视化显示模块显示未找到合适的刀具检修更换地点，再请专家进行人工研判信息，之后将专家的研判信息以提示界面高亮显示于可视化集成显示模块。
进一步地，判断周边环境条件是否合适的内置逻辑程序为：首先调取数据存储处理模块内建立掘进三维实体模型，选取盾构机可掘进距离范围区段的掘进三维实体模型数据，判别避让文物、道路、桥梁、管线、隧道、建构筑物、水域、铁路、地铁轻轨、风险源，之后进入下一轮的判别，再次避让漂石、孤石、溶洞、断裂带、地裂缝、破碎带，之后再次进入下一轮的判别，再次避让富水地层、砂层、圆砾卵石层，上述条件满足后，即为适合刀具检修更换的地点及里程。
进一步地，所述刀具磨损经验预测模型的样本数据包括既往盾构机刀具检修更换数据，所述既往盾构机刀具检修更换数据包括既往盾构区间地层土体岩性特征、盾构机的外径尺寸、刀盘转速、掘进速度、掘进距离、刀具磨耗量、换刀的种类相关数据。
更加优选地，刀具包括：刮刀、铲刀、先行刀、中心刀、滚刀、超挖刀、保径刀、切刀。
基于自动巡航的刀具寿命预测系统的施工方法，
步骤一，数据存储及处理：数据存储处理模块收集盾构开始施工前相关数据，利用BIM和GIS软件建立整个区间隧道初始三维实体模型，输入盾构机相关部件、尺寸数据及原始刀盘刀具，通过BIM软件建立盾构机三维实体模型，插入到隧道初始三维实体模型，自动导入可视化显示模块；通过人工输入方式接收自动巡航状态下盾构机刀盘切削下来的土体岩性特征数据及盾构机上安装的超前地质钻获取的土体岩性特征数据，自动更新所述初始三维实体模型，形成区间隧道掘进三维实体模；自动导入可视化显示模块；
步骤二，安装刀具磨损感应装置：施工前，在盾构机刀盘面板和刀具上安装刀具磨损感应装置，刀具磨损感应装置每间隔10m获取一次刀具实时磨耗量；
步骤三，计算磨耗系数及设置磨耗量最大值：向数据存储处理模块人工导入既往盾构机刀具检修更换数据，作为刀具磨损经验预测模型的样本，根据刀具磨损经验预测模型，计算出每种地层每种刀具的初始经验磨耗系数K；向数据存储处理模块人工导入刀具磨耗量最大值，并规定刀具磨耗量最大值的85%时作为报警值；
步骤四，预测刀具磨耗量刀具量：根据数据存储处理模块建立的隧道掘进三维实体模型中的地质数据选取隧道掘进相应地层的初始经验磨耗系数，间隔10m自动计算一次巡航状态下的初始经验预测刀具磨耗量；
步骤五，更新刀具磨耗系数：所述初始经验预测刀具磨耗量与数据存储处理模块内存储的、在线刀具磨损监测模块检测的刀具实时磨耗量进行比较，若偏差值超过1%，则根据数据存储处理模块内存储的刀具实时磨耗量及盾构机的外径尺寸、刀盘转速、掘进距离、掘进速度反推计算出刀具的实测磨耗系数K，作为该地层后续计算的掘进经验刀具磨耗系数；
步骤六，选取合适的刀具检修更换的地点及里程：当数据存储处理模块内的在线刀具监测模块监测到实测刀具磨耗量达到该种刀具磨耗量最大值的85%时，刀具寿命预测模块自动调用数据存储处理模块内盾构机的外径尺寸、刀盘转速、掘进速度、掘进经验刀具磨耗系数，反推计算刀具磨耗量最大值95%时盾构机掘进距离，然后减去实测刀具磨耗量达到刀具磨耗量最大值的85%的实际掘进距离，得到盾构机可掘进距离，该距离范围作为刀具寿命预测模块选取合适的刀具检修更换的地点及里程的区域范围，盾构机继续向前掘进，然后地面控制中心刀具寿命预测模块根据其内置逻辑程序在盾构机可掘进距离区域范围内经三轮判别比选选取合适地点进行刀具检修更换，将选取的地点导入到可视化显示模块，高亮闪烁显示，并给出提示界面；
步骤七，人工选取合适的刀具检修更换的地点及里程：数据存储处理模块未检测到合适的刀具检修更换地点，可视化显示模块显示未找到合适的刀具检修更换地点，再请专家进行人工研判信息，之后将专家的研判信息以提示界面高亮显示于可视化集成显示模块。
与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：
本发明数据存储处理模块内的在线刀具监测模块监测到实测刀具磨耗量达到该种刀具磨耗量最大值的85%时，刀具寿命预测模块自动调用数据存储处理模块内建立的隧道掘进三维实体模型内的水文地质数据和周边环境条件数据、盾构机位置相关数据在盾构机可掘进距离范围内判别选取合适的刀具检修更换的地点及里程，避免了大量人工研判，省时省力，信息化、智能化程度高，时效性强，可及时对刀具进行检修更换，避免因刀具磨损影响施工进度造成工期延误，提高了盾构的施工效率。
附图说明
图1为本发明基于自动巡航的刀具寿命预测系统涉及的结构框图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步说明。
在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
基于自动巡航的刀具寿命预测系统，如图1所示，包括：
盾构机工业电脑：通过有线通信方式与刀具磨损感应装置和地面控制中心服务器通讯相连，为高速PLC电脑，用于接收、执行、反馈、处理所收到的数据或指令；
刀具磨损感应装置：通过有线通信方式与盾构机工业电脑通讯相连，安装于刀盘面板和刀具上，采用液压式、电磁式或超声波式，通过监测传感压力、电磁回路连通情况或超声波，实时监测刀具磨损情况；
地面控制中心服务器：通过有线通信方式与盾构机工业电脑连接，由多台电脑组成，用于向盾构机工业电脑发送指令、接收处理数据；包括在线刀具磨损监测模块、数据存储处理模块、可视化显示模块、刀具寿命预测模块；
在线刀具磨损监测模块：用于实时收集接收刀具磨损感应装置反馈的信息数据，并转存入数据存储处理模块；
数据存储处理模块：
主要用于存储区间隧道相关总数据及盾构机相关信息数据；区间隧道相关总数据包括周边环境、岩土勘察报告、航拍图、线路平纵断面图、地质结构、特殊地质、建构筑物；盾构机相关信息数据包括盾构机部件参数和刀盘刀具的相关参数；
具体地，
接收来自盾构机工业电脑收集自动巡航状态下的盾构机推力、盾构机的外径尺寸、刀盘扭矩、刀盘温度、刀盘转速、掘进速度、掘进距离及盾构机位置信息；
存储人工导入的、刀具磨损经验预测模型的样本数据，以计算每种地层的磨耗系数；刀具磨损经验预测模型的样本数据包括既往盾构机刀具检修更换数据，既往盾构机刀具检修更换数据包括既往盾构区间地层土体岩性特征、盾构机的外径尺寸、刀盘转速、掘进速度、掘进距离、刀具磨耗量、换刀的种类相关数据。
存储人工导入的刀具磨耗量最大值，磨耗量最大值的85%作为报警值，当超过报警值，向可视化显示模块输出选取合适地点进行刀具检修更换的提示画面；
自动接收在线刀具磨损监测模块收集到的刀具磨损感应装置反馈的信息数据，经数据处理，转化为刀具实时磨耗量。
接收通过扫描或人工导入的、在盾构开始施工前收集线路平纵断面图、航拍图、岩土勘察报告、周边环境条件、隧道沿线地质结构、特殊地质、地表、周边建构筑物及风险源相关数据，并将上述相关数据转换为计算机可识别数据，利用BIM和GIS软件建立整个区间隧道初始三维实体模型，输入盾构机相关部件、尺寸数据及原始刀盘刀具，通过BIM软件建立盾构机三维实体模型，插入到隧道初始三维实体模型，导入到可视化显示模块；
通过人工输入的方式接收自动巡航状态下盾构机刀盘切削下来的土体岩性特征数据及盾构机上安装的超前地质钻获取的土体岩性特征数据，自动更新初始三维实体模型，形成区间隧道掘进三维实体模型，自动导入到可视化显示模块；
可视化显示模块：自动接收数据存储处理模块输入的盾构机位置信息、刀盘刀具实际磨损量、隧道初始三维实体模型、隧道掘进三维实体模型、盾构机三维实体模型，并通过可视化形式显示出来；
刀具寿命预测模块：根据刀具磨损经验预测模型，预测刀具寿命，刀具磨损经验预测模型为：[=K·π·D·N·L/V
[——刀具磨耗量( mm);
K——磨耗系数( mm/km);
D——盾构机的外径尺寸(m);
N——刀盘转速(rpm);
L——掘进距离(km);
V——掘进速度(m/min);
首先调用数据存储处理模块的既往盾构机刀具检修更换数据，根据刀具磨损经验预测模型，计算出每种地层每种刀具的初始经验磨耗系数K；然后根据数据存储处理模块建立的隧道掘进三维实体模型中的地质数据选取隧道掘进相应地层的刀具初始经验磨耗系数，间隔10m自动计算一次巡航状态下的初始经验预测刀具磨耗量；
初始经验预测刀具磨耗量与数据存储处理模块内存储的、在线刀具磨损监测模块检测的刀具实时磨耗量进行比较，若偏差值超过1%，则根据数据存储处理模块内存储的刀具实时磨耗量及盾构机的外径尺寸、刀盘转速、掘进距离、掘进速度反推计算出刀具的实测磨耗系数K，作为该地层后续计算的掘进经验刀具磨耗系数；
当数据存储处理模块内的在线刀具监测模块监测到实测刀具磨耗量达到该种刀具磨耗量最大值的85%时，刀具寿命预测模块自动调用数据存储处理模块内建立的隧道掘进三维实体模型内的水文地质数据和周边环境条件数据、盾构机位置相关数据在盾构机可掘进距离范围内判别选取合适的刀具检修更换的地点及里程。
其中，判别选取合适的刀具检修更换的地点及里程具体步骤为：
当数据存储处理模块内的在线刀具监测模块监测到实测刀具磨耗量达到该种刀具磨耗量最大值的85%时，刀具寿命预测模块自动调用数据存储处理模块内盾构机的外径尺寸、刀盘转速、掘进速度、掘进经验刀具磨耗系数，反推计算刀具磨耗量最大值95%时盾构机掘进距离，然后减去实测刀具磨耗量达到刀具磨耗量最大值的85%的实际掘进距离，得到盾构机可掘进距离，该距离范围作为刀具寿命预测模块选取合适的刀具检修更换的地点及里程的区域范围，盾构机继续向前掘进，然后地面控制中心刀具寿命预测模块根据其内置逻辑程序在盾构机可掘进距离区域范围内经三轮判别比选选取合适地点进行刀具检修更换，将选取的地点导入到可视化显示模块，高亮闪烁显示，并给出提示界面，若未选取合适地点，可视化显示模块显示未找到合适的刀具检修更换地点，再请专家进行人工研判信息，之后将专家的研判信息以提示界面高亮显示于可视化集成显示模块。
其中，判断周边环境条件是否合适的内置逻辑程序为：首先调取数据存储处理模块内建立掘进三维实体模型，选取盾构机可掘进距离范围区段的掘进三维实体模型数据，判别避让文物、道路、桥梁、管线、隧道、建构筑物、水域、铁路、地铁轻轨、风险源，之后进入下一轮的判别，再次避让漂石、孤石、溶洞、断裂带、地裂缝、破碎带，之后再次进入下一轮的判别，再次避让富水地层、砂层、圆砾卵石层，上述条件满足后，即为适合刀具检修更换的地点及里程。
基于自动巡航的刀具寿命预测系统的施工方法，
步骤一，数据存储及处理：数据存储处理模块收集盾构开始施工前相关数据，利用BIM和GIS软件建立整个区间隧道初始三维实体模型，输入盾构机相关部件、尺寸数据及原始刀盘刀具，通过BIM软件建立盾构机三维实体模型，插入到隧道初始三维实体模型，自动导入可视化显示模块；通过人工输入方式接收自动巡航状态下盾构机刀盘切削下来的土体岩性特征数据及盾构机上安装的超前地质钻获取的土体岩性特征数据，自动更新初始三维实体模型，形成区间隧道掘进三维实体模；自动导入可视化显示模块；
步骤二，安装刀具磨损感应装置：施工前，在盾构机刀盘面板和刀具上安装刀具磨损感应装置，刀具磨损感应装置每间隔10m获取一次刀具实时磨耗量；
步骤三，计算磨耗系数及设置磨耗量最大值：向数据存储处理模块人工导入既往盾构机刀具检修更换数据，作为刀具磨损经验预测模型的样本，根据刀具磨损经验预测模型，计算出每种地层每种刀具的初始经验磨耗系数K；向数据存储处理模块人工导入刀具磨耗量最大值，并规定刀具磨耗量最大值的85%时作为报警值；
步骤四，预测刀具磨耗量刀具量：根据数据存储处理模块建立的隧道掘进三维实体模型中的地质数据选取隧道掘进相应地层的初始经验磨耗系数，间隔10m自动计算一次巡航状态下的初始经验预测刀具磨耗量；
步骤五，更新刀具磨耗系数：初始经验预测刀具磨耗量与数据存储处理模块内存储的、在线刀具磨损监测模块检测的刀具实时磨耗量进行比较，若偏差值超过1%，则根据数据存储处理模块内存储的刀具实时磨耗量及盾构机的外径尺寸、刀盘转速、掘进距离、掘进速度反推计算出刀具的实测磨耗系数K，作为该地层后续计算的掘进经验刀具磨耗系数；
步骤六，选取合适的刀具检修更换的地点及里程：当数据存储处理模块内的在线刀具监测模块监测到实测刀具磨耗量达到该种刀具磨耗量最大值的85%时，刀具寿命预测模块自动调用数据存储处理模块内盾构机的外径尺寸、刀盘转速、掘进速度、掘进经验刀具磨耗系数，反推计算刀具磨耗量最大值95%时盾构机掘进距离，然后减去实测刀具磨耗量达到刀具磨耗量最大值的85%的实际掘进距离，得到盾构机可掘进距离，该距离范围作为刀具寿命预测模块选取合适的刀具检修更换的地点及里程的区域范围，盾构机继续向前掘进，然后地面控制中心刀具寿命预测模块根据其内置逻辑程序在盾构机可掘进距离区域范围内经三轮判别比选选取合适地点进行刀具检修更换，将选取的地点导入到可视化显示模块，高亮闪烁显示，并给出提示界面；
步骤七，人工选取合适的刀具检修更换的地点及里程：数据存储处理模块未检测到合适的刀具检修更换地点，可视化显示模块显示未找到合适的刀具检修更换地点，再请专家进行人工研判信息，之后将专家的研判信息以提示界面高亮显示于可视化集成显示模块。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.基于自动巡航的刀具寿命预测系统，其特征在于，包括：
盾构机工业电脑：通过有线通信方式与刀具磨损感应装置和地面控制中心服务器通讯相连，为高速PLC电脑，用于接收、执行、反馈、处理所收到的数据或指令；
刀具磨损感应装置：通过有线通信方式与盾构机工业电脑通讯相连，安装于刀盘面板和刀具上，采用液压式、电磁式或超声波式，通过监测传感压力、电磁回路连通情况或超声波，实时监测刀具磨损情况；
地面控制中心服务器：通过有线通信方式与盾构机工业电脑连接，由多台电脑组成，用于向盾构机工业电脑发送指令、接收处理数据；包括在线刀具磨损监测模块、数据存储处理模块、可视化显示模块、刀具寿命预测模块；
在线刀具磨损监测模块：用于实时收集接收刀具磨损感应装置反馈的信息数据，并转存入数据存储处理模块；
数据存储处理模块：
接收来自盾构机工业电脑收集自动巡航状态下的盾构机推力、盾构机的外径尺寸、刀盘扭矩、刀盘温度、刀盘转速、掘进速度、掘进距离及盾构机位置信息；
存储人工导入的、刀具磨损经验预测模型的样本数据，以计算每种地层的磨耗系数；
存储人工导入的刀具磨耗量最大值，磨耗量最大值的85%作为报警值，当超过报警值，向可视化显示模块输出选取合适地点进行刀具检修更换的提示画面；
自动接收在线刀具磨损监测模块收集到的刀具磨损感应装置反馈的信息数据，经数据处理，转化为刀具实时磨耗量；
接收通过扫描或人工导入的、在盾构开始施工前收集线路平纵断面图、航拍图、岩土勘察报告、周边环境条件、隧道沿线地质结构、特殊地质、地表、周边建构筑物及风险源相关数据，并将上述相关数据转换为计算机可识别数据，利用BIM和GIS软件建立整个区间隧道初始三维实体模型，输入盾构机相关部件、尺寸数据及原始刀盘刀具，通过BIM软件建立盾构机三维实体模型，插入到隧道初始三维实体模型，导入到可视化显示模块；
通过人工输入的方式接收自动巡航状态下盾构机刀盘切削下来的土体岩性特征数据及盾构机上安装的超前地质钻获取的土体岩性特征数据，自动更新所述初始三维实体模型，形成区间隧道掘进三维实体模型，自动导入到可视化显示模块；
可视化显示模块：自动接收数据存储处理模块输入的盾构机位置信息、刀盘刀具实际磨损量、隧道初始三维实体模型、隧道掘进三维实体模型、盾构机三维实体模型，并通过可视化形式显示出来；
刀具寿命预测模块：根据刀具磨损经验预测模型，预测刀具寿命，刀具磨损经验预测模型为：[=K·π·D·N·L/V
[——刀具磨耗量( mm);
K——磨耗系数( mm/km);
D——盾构机的外径尺寸(m);
N——刀盘转速(rpm);
L——掘进距离(km);
V——掘进速度(m/min);
首先调用数据存储处理模块的既往盾构机刀具检修更换数据，根据刀具磨损经验预测模型，计算出每种地层每种刀具的初始经验磨耗系数K；然后根据数据存储处理模块建立的隧道掘进三维实体模型中的地质数据选取隧道掘进相应地层的刀具初始经验磨耗系数，间隔10m自动计算一次巡航状态下的初始经验预测刀具磨耗量；
所述初始经验预测刀具磨耗量与数据存储处理模块内存储的、在线刀具磨损监测模块检测的刀具实时磨耗量进行比较，若偏差值超过1%，则根据数据存储处理模块内存储的刀具实时磨耗量及盾构机的外径尺寸、刀盘转速、掘进距离、掘进速度反推计算出刀具的实测磨耗系数K，作为该地层后续计算的掘进经验刀具磨耗系数；
当数据存储处理模块内的在线刀具监测模块监测到实测刀具磨耗量达到该种刀具磨耗量最大值的85%时，刀具寿命预测模块自动调用数据存储处理模块内建立的隧道掘进三维实体模型内的水文地质数据和周边环境条件数据、盾构机位置相关数据在盾构机可掘进距离范围内判别选取合适的刀具检修更换的地点及里程。
2.如权利要求1所述的基于自动巡航的刀具寿命预测系统，其特征在于：所述判别选取合适的刀具检修更换的地点及里程具体步骤为：
当数据存储处理模块内的在线刀具监测模块监测到实测刀具磨耗量达到该种刀具磨耗量最大值的85%时，刀具寿命预测模块自动调用数据存储处理模块内盾构机的外径尺寸、刀盘转速、掘进速度、掘进经验刀具磨耗系数，反推计算刀具磨耗量最大值95%时盾构机掘进距离，然后减去实测刀具磨耗量达到刀具磨耗量最大值的85%的实际掘进距离，得到盾构机可掘进距离，该距离范围作为刀具寿命预测模块选取合适的刀具检修更换的地点及里程的区域范围，盾构机继续向前掘进，然后地面控制中心刀具寿命预测模块根据其内置逻辑程序在盾构机可掘进距离区域范围内经三轮判别比选选取合适地点进行刀具检修更换，将选取的地点导入到可视化显示模块，高亮闪烁显示，并给出提示界面，若未选取合适地点，可视化显示模块显示未找到合适的刀具检修更换地点，再请专家进行人工研判信息，之后将专家的研判信息以提示界面高亮显示于可视化显示模块。
3.如权利要求2所述的基于自动巡航的刀具寿命预测系统，其特征在于：判断周边环境条件是否合适的内置逻辑程序为：首先调取数据存储处理模块内建立掘进三维实体模型，选取盾构机可掘进距离范围区段的掘进三维实体模型数据，判别避让文物、道路、桥梁、管线、隧道、建构筑物、水域、铁路、地铁轻轨、风险源，之后进入下一轮的判别，再次避让漂石、孤石、溶洞、断裂带、地裂缝、破碎带，之后再次进入下一轮的判别，再次避让富水地层、砂层、圆砾卵石层，上述条件满足后，即为适合刀具检修更换的地点及里程。
4.如权利要求1所述的基于自动巡航的刀具寿命预测系统，其特征在于：所述刀具磨损经验预测模型的样本数据包括既往盾构机刀具检修更换数据，所述既往盾构机刀具检修更换数据包括既往盾构区间地层土体岩性特征、盾构机的外径尺寸、刀盘转速、掘进速度、掘进距离、刀具磨耗量、换刀的种类相关数据。
5.如权利要求1所述的基于自动巡航的刀具寿命预测系统，其特征在于：刀具包括：刮刀、铲刀、先行刀、中心刀、滚刀、超挖刀、保径刀、切刀。
6.如权利要求1~5任意一项所述的基于自动巡航的刀具寿命预测系统的施工方法，
步骤一，数据存储及处理：数据存储处理模块收集盾构开始施工前相关数据，利用BIM和GIS软件建立整个区间隧道初始三维实体模型，输入盾构机相关部件、尺寸数据及原始刀盘刀具，通过BIM软件建立盾构机三维实体模型，插入到隧道初始三维实体模型，自动导入可视化显示模块；通过人工输入方式接收自动巡航状态下盾构机刀盘切削下来的土体岩性特征数据及盾构机上安装的超前地质钻获取的土体岩性特征数据，自动更新所述初始三维实体模型，形成区间隧道掘进三维实体模；自动导入可视化显示模块；
步骤二，安装刀具磨损感应装置：施工前，在盾构机刀盘面板和刀具上安装刀具磨损感应装置，刀具磨损感应装置每间隔10m获取一次刀具实时磨耗量；
步骤三，计算磨耗系数及设置磨耗量最大值：向数据存储处理模块人工导入既往盾构机刀具检修更换数据，作为刀具磨损经验预测模型的样本，根据刀具磨损经验预测模型，计算出每种地层每种刀具的初始经验磨耗系数K；向数据存储处理模块人工导入刀具磨耗量最大值，并规定刀具磨耗量最大值的85%时作为报警值；
步骤四，预测刀具磨耗量刀具量：根据数据存储处理模块建立的隧道掘进三维实体模型中的地质数据选取隧道掘进相应地层的初始经验磨耗系数，间隔10m自动计算一次巡航状态下的初始经验预测刀具磨耗量；
步骤五，更新刀具磨耗系数：所述初始经验预测刀具磨耗量与数据存储处理模块内存储的、在线刀具磨损监测模块检测的刀具实时磨耗量进行比较，若偏差值超过1%，则根据数据存储处理模块内存储的刀具实时磨耗量及盾构机的外径尺寸、刀盘转速、掘进距离、掘进速度反推计算出刀具的实测磨耗系数K，作为该地层后续计算的掘进经验刀具磨耗系数；
步骤六，选取合适的刀具检修更换的地点及里程：当数据存储处理模块内的在线刀具监测模块监测到实测刀具磨耗量达到该种刀具磨耗量最大值的85%时，刀具寿命预测模块自动调用数据存储处理模块内盾构机的外径尺寸、刀盘转速、掘进速度、掘进经验刀具磨耗系数，反推计算刀具磨耗量最大值95%时盾构机掘进距离，然后减去实测刀具磨耗量达到刀具磨耗量最大值的85%的实际掘进距离，得到盾构机可掘进距离，该距离范围作为刀具寿命预测模块选取合适的刀具检修更换的地点及里程的区域范围，盾构机继续向前掘进，然后地面控制中心刀具寿命预测模块根据其内置逻辑程序在盾构机可掘进距离区域范围内经三轮判别比选选取合适地点进行刀具检修更换，将选取的地点导入到可视化显示模块，高亮闪烁显示，并给出提示界面；
步骤七，人工选取合适的刀具检修更换的地点及里程：数据存储处理模块未检测到合适的刀具检修更换地点，可视化显示模块显示未找到合适的刀具检修更换地点，再请专家进行人工研判信息，之后将专家的研判信息以提示界面高亮显示于可视化显示模块。
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