一、盾构机模拟教学仪系统概述
盾构机模型仿真模拟仪选用土压平衡盾构机原型作为制作蓝本，按比例设计加工制作；通过观摩学习与操作演示、数据测试模拟，适用于大中专院校教学实验、培训等多层次课堂实训教学，培养复合型、交叉型的人才。
盾构机模型仿真模拟仪集演示实训教学、数据采集模拟、三维虚拟仿真、考核培训系统于一体，实现了仿真模拟通过计算机操控演示得到各系统设备运行参数、运行控制、实时数据模拟（测点布置）等功能。含品牌PLC智能模块，机构通过布局多处测点位置，安装仪表、传感器等仪器设备与计算机连接，计算机软件界面显示不同时间段数值信号，达到教学培训的目的。
盾构机模型仿真模拟仪在教学实践中的应用，不仅使学员对机组的布局模块、设备系统与实际应用、设备的结构组成、机组的运行演示、机组的运行数据采集等进行初步了解，还可通过演示操作来加深学员对各组成功能布局的认识。突出强化实践教学在学生基本技能和创新能力培养中的作用。充分保证学生、学员获得足够时间高质量“真刀真枪”的实际职能岗位动手技能训练，实现与工程实践的“零距离”接触，训练学员从事从事隧道施工设备领域的研究、规划、设计、施工和管理等方面工作的基本技能；达到“教、学、训”一体化功能。
1、先进性：盾构机仿真模拟仪教学系统建设以国内同类先进项目、重点体现培训关键性内容；努力培养专业技能型人才；
2、实用性：盾构机仿真模拟仪教学系统密切结合专业建设，与专业人才培养方案（教学实训计划）相吻合，在提高实训开出率的同时，着眼于提高综合性、设计性、创新性实训的比例。
3、前瞻性：盾构机仿真模拟仪教学系统充分考虑学科的发展和专业规模的发展。专业实训设备建设努力营造特色（突出专业培养特色，体现学校办学特色）。逐步形成实训内容与实际生产零距离贴近的实训模式，保证学员获得足够时间、高质量的实际动手训练及认知能力。
4、共享性：盾构机仿真模拟仪教学系统充分考虑校内相近专业的教学实训，达到资源共享，避免重复建设。
5、功能性：盾构机仿真模拟仪教学系统建设对完成学员的实践教学任务，培养具有创新能力、创新意识和适应变的应用型技术人才发挥重要作用的同时，发挥其非土木专业职员的技能培训、职业技术、生产开发和新的教培方式应用推广。
二、盾构机模拟演示仪教培系统说明
盾构机仿真模拟仪教培系统；多媒体系统演示界面；动态演示设备画面流程，各系统设备界面显示，模拟控制与立体模拟设备配套教学培训。
盾构机模拟演示仪采用先进高档的工业材料和多种技术媒体、机械、电子与现代化装饰手段相结合，具有真实性，形象性；光电效果、形色材相结合，精细设计制作。使模拟演示仪在设备展示、教学培训过程中发挥积极的作用。
盾构机模拟演示仪以认知实训是目的，为此，从三个方面入手：整体模型精工细作，体现细节，并且追求质感的真实性和可观赏性；逼真的仿真演示动作是模型追求的要点；配合仿真立体模型与计算机控制系统、多媒体演示系统与考核系统。
1．盾构机仿真模拟模型参数指标：
1.1主要组成装备：设备采用高仿真立体比例制作；包括盾构机立体模拟模型、计算机站、投影仪、教学软件系统、三维虚拟盾构机结构施工仿真展示、多媒体演示系统等。
1.2盾构机外形尺寸：盾构机壳体外径：750mm机壳厚度：10mm；长度：9000mm（最终长度根据实际情况可以进行适当调整）采用有机玻璃制作，表面喷2k金属漆，支撑架采用不锈钢制作；
1.3电源：220V.50Hz；具有漏电流保护，安全符合国家标准。
1.4材料组成：不锈钢.亚克力、ABS、金属铜、铝合金、有机玻璃等；表面为汽车烤漆，不锈钢本色酸洗钝化，铝合金阳极氧化或汽车烤漆，确保模型表面颜色的稳定和持久主要构件、主体支架、其他受力部分、传动装置使用金属构件，各部件均按实物颜色喷漆，皮带机循环转动.采用金属铜制作，表面处理为白色。
1.5 制作说明指标：
设备参照土压平衡盾构机图纸布局按比例加工达到全景展示，采用诠释了系统布局的主要结构特点，并以文字说明、标牌、标识、光学材料、语音讲解的方法演示了各系统的构成，参观此模型使人有种身临其境的感觉。
（1）盾构机仿真模拟模型制作采用先进设备和材料，配合剪、刻、割、锯、刨、锉、钻、编、雕、粘、焊、烫、扎、镶、铸、卷、插、拆、拧、钉、团、染、喷、绘等技术，使模型在客户的视觉感官上，设备拼缝接合无齿，粘合无反翘，微细部位无瑕疵，收口、棱角、边缘做到简洁、鲜明、利落、均齐、顺达和流畅的美感。可动部分的动力为减速电机，配合理转速比齿轮箱，达到合适的转速输出。并参照动作发生先后来设置，设有自动复位装置，使操作变得直观简便。
（2）各构件表面处理油漆材料为进口汽车烤漆：模型喷漆技术为多道环节，经过抗氧化表面处理，以便增强漆膜的黏附牢度。模型主体在材料采用工程硬塑、金属构件、珠光有机玻璃技术为主，配灯光演示控制系统。制作工艺上以焊接或螺丝紧固。模型在运输、包装上采用泡沫挤压固定，施工现场安装。模型可接触部分电压不高于12V。模型部件可用电脑雕刻机切割制作，部分是纯手工制作。
（3）土压平衡盾构机的基本装置为切削刀盘及其轴承和驱动装置，开挖室以及螺旋输送机等，能实现的动作：刀盘360度连续转动、皮带机循环转动，螺旋输送机转动（部分透明、可以看到螺旋转动）、管片拼装机360度转动、推进油缸可以伸缩、盾尾部分透明、可以通过动态结构完成管片拼装，配套台车来回运动、管片运输车可以来回运动、前盾移动（包括前进，复位）。
（4）动态仿真演示：刀盘持续旋转，被切下的渣土经刀槽进入泥土仓，被切削下来的碴土充满泥土仓，碴土由螺旋输送机从泥土仓中运输到皮带输送机上，后由皮带输送机运输至渣土车的土箱中，再通过竖井运至地面。此操作过程要完全按照流程。碴土采用2毫米圆形亚克力颗粒表示。
（5）中盾装有36个推进油缸，分成六组。通过控制油缸杆伸出提供盾构机向前的掘进力，在操作室中可单独控制每一组油缸伸出长度，操控盾构机直行，左行、右行、上行，下行。通过激光线表现出运动的掘进中盾构机的轴线。
（6）盾构机操作室内的操作控制台和盾构机可移动装置旁边的现场控制台，如管片拼装机、管片吊车、管片运送小车等用来操作演示，实现各种功能。操作控制台上有控制系统电脑显示器、实现各种功能的按钮、调整压力和速度的旋钮、显示压力或油缸伸长长度的显示模块界面及各种钥匙开关等。
（7）盾构机模型内部为202不锈钢材料框架（矩形管或者圆管，不锈钢国标厚度≥1mm），方便整体运输和拆装。外表面设置装饰板料，喷漆或者用原色，漆面光亮平滑，达到钢琴烤漆色泽，边角处理到位。灯光效果，采用LED发光源，亮度要求可以做一定的调整。动作机构，如运输车辆，有单线路控制，当屏幕内控制点到介绍设备运行的时候，运输小车开始运动。LED灯光模拟演示物料走向，灯光连续，高亮度的灯带。设备模型上的栏杆，罐体制作精良。外部喷漆，光泽明显，平滑，达到汽车外壳的烤漆效果。设备运送区域采用模块化独立分区拆装设计，便于维护和拆装修补。
（8）盾构机详细模块化构件说明：
A-A部分：采用盾构机图纸按比例缩小加工制作，仿真模拟详细结构，平台分层展示，如：主梁、车架主体、行走机构、空压机、压缩机、油脂泵、HBW泵、过滤器、气罐、泥浆泵等等；各单体设备外形详细展示，颜色采用实物色彩喷漆，电脑色彩调漆，进口汽车烤漆工艺；
B-B部分：采用图纸按比例缩小加工制作，仿真模拟详细结构，平台分层展示，如：车架主体、塔节梁、管片吊机等等；各单体设备外形详细展示，颜色采用实物色彩喷漆，电脑色彩调漆，进口汽车烤漆工艺；
C-C部分：采用盾构机图纸按比例缩小加工制作，仿真模拟详细结构，平台分层展示，如：车架主体、塔节梁、主液压站、工业水箱、水泵、主控室、散热器、油箱等等；各单体设备外形详细展示，颜色采用实物色彩喷漆，电脑色彩调漆，进口汽车烤漆工艺；
D-D部分：采用盾构机图纸按比例缩小加工制作，仿真模拟详细结构，平台分层展示，如：车架主体、塔节梁、横梁、口子键吊机等等；各单体设备外形详细展示，颜色采用实物色彩喷漆，电脑色彩调漆，进口汽车烤漆工艺；
E-E部分：采用盾构机图纸按比例缩小加工制作，长度部分进行简略压缩；仿真模拟详细结构，平台分层展示，如：车架主体、塔节梁、污水箱、行走机构（比前段高度不一致）、变频柜、砂浆罐、二次注浆罐等等；各单体设备外形详细展示，颜色采用实物色彩喷漆，电脑色彩调漆，进口汽车烤漆工艺；
F-F部分：采用盾构机盾构机图纸按比例缩小加工制作，仿真模拟详细结构，平台分层展示，如：车架主体、动力柜、变压器、高压柜、送风机、管道吊装机、送风机、二次送风机、给排水水管卷筒、泥浆小车、泥浆罐延长机构、电缆、应急发电机等等；各单体设备外形详细展示，颜色采用实物色彩喷漆，电脑色彩调漆，进口汽车烤漆工艺。
2．盾构机仿真模拟仪控制、培训考核、3D模拟视频动画等指标：
根据实训需要，模拟系统分为三部分建设：培训系统、考核系统、多媒体演示系统。实训室现场配备5个控制台，要求在同一个局域网内，教师站软件和学生站软件要求自带实时历史数据库，方便实时数据的采集和存储、仿真数据建模。
（1）采用unity3D软件设计开发，以Windows Vista操作系统中WinFX编程模型为基础，开发出混合3D内容、动画、ASP、HTML和多媒体内容、多格式文本、矢量图；unity 全方位的3D、动画、加速显示引擎，将矢量图形、位图、3D内容、视频、音频和富文本合成，自由地混合在2D和其他元素之间，不同元素之间进行功能强大的可视化交互、操作演练交互。界面元素或控件的快速绑定属性，能够在用户界面内绑定数据或其它属性，依据用户界面的样式和布局立即做出创造性的决定。致力于实现更高的终端用户满意度和生产力，配置独特可重复利用的应用程序，可以将应用程序配置为Web浏览器或完整的桌面应用程序 ，可以合并在线数据性能来使用户获得良好体验。
（2）控制系统：根据实训需要，系统可分为两部分建设：培训系统、考核系统。实训现场配备5个控制台，要求在同一个局域网内，教师站软件和学生站软件要求自带实时历史数据库，方便实时数据的采集和存储、仿真数据建模。
（3）培训系统遵循由理论模拟到实战形式建造，学生在培训前期接受理论指导和软件模拟实验，积累知识和经验，后期进行系统软硬件联调实训，做到理论、模拟和实践相结合。
（4）考核系统软件应是一整套基于专家系统的组态软件。考核系统软件的数据来源于软件模拟系统的“实时历史数据库”，知识信息来源于按操作规程和设备等要求组态建立的“知识与操作规程库”，在以上数据库与知识库基础上，通过“推理机软件”进行推理评判。该软件可以对操作人员的操作过程进行全程跟踪记录，将操作过程和结果与规程与知识的组态结果进行双向逐步推理，推理机制采用产生式规则，保证评定操作过程和操作质量的合理性、准确度，从而得出考核成绩，并支持成绩单的打印。
