信息化技術在明挖隧道工程建設中的應用

杜群波

摘要：信息化技術提高信息分析的精確度及分析效率，可以極大提高管理的效率，保障工程質量，近年來各建設行業(yè)均開展了大量的探索與實踐。以京雄鐵路機場2號線明挖隧道為工程背景，開展了信息化技術的開發(fā)與應用實踐。首先從施工技術、質量管理、進度管理、安全預警等方面提出信息化需求，結合BIM完成功能的開發(fā)，建立用戶友好的可視化界面。研究成果適用于明挖隧道的建設管理，對于其他工程也有參考作用。

Abstract： Informatization technology improves the accuracy and efficiency of information analysis， which can greatly improve the efficiency of management and ensure the quality of engineering. In recent years， various construction industries have carried out a lot of exploration and practice. Taking the open trench tunnel of Jingxiong Railway Airport Line 2 as the engineering background， the development and application of informatization technology was carried out. First of all， from the construction technology， quality management， schedule management， security early warning and other aspects of informatization needs， BIM is combined to complete the development of functions and establish a user-friendly visual interface. The research results are applicable to the construction management of open cut tunnels， and also have reference functions for other projects.

關鍵詞：隧道工程;信息化;BIM;施工管理

Key words： tunnel engineering;informatization;BIM;construction management

中圖分類號：TU17? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）24-0210-02

0? 引言

大斷面深基坑隧道施工環(huán)境復雜，地質因素的不確定性程度高，危險系數(shù)大，為安全、質量以及進度的管理帶來較大的挑戰(zhàn)。信息化技術降低了信息的分析難度，為要素的全面考慮提供了便捷工具，是解決管理挑戰(zhàn)的唯一方法[1]。

各建設工程項目提出不同的管控需求，分別開發(fā)不同種類的信息化技術。如針對施工技術優(yōu)化及安全管理，開發(fā)基于BIM的分析技術[2];針對大型機械設備的安全與管理，開發(fā)智能化設備及信息集成技術[3];針對施工質量管理，建立信息集成的平臺[4];針對隧道后期養(yǎng)護，提出信息管理的平臺[5]。

本文依托工程為京雄城際鐵路機場2號線工程，工程北起北京大興機場地下站，南穿永定河南大堤后露出地面，全長8.338km。隧道設計為單洞雙線隧道，洞門采用柱式洞門，隧道仰拱厚度為0.85m，頂板厚度為0.8m，隧道外側撐角的厚度為1.2m。背景工程具有基坑開挖與防護復雜、建筑單體尺寸大等特點，施工管控難度較高，深度開發(fā)的信息化技術，解決技術與管理難題。從目前的形勢和行業(yè)發(fā)展趨勢分析，BIM將是工程建設行業(yè)實現(xiàn)工業(yè)化和信息化的最重要的力量。當前隧道工程BIM應用還處于初級的階段，多數(shù)還屬于單點應用，而且應用多局限于設計階段使用，在施工和運營方面的應用較少，本工程的探索對信息化技術起到了一定的推進作用。

1? 基于需求的信息規(guī)劃及開發(fā)辦法

依托工程的信息管控需求可分為技術需求以及質量、安全、進度管控需求等方面。

技術需求為底層需求，需要提出合理的實施方案，并使之便于操作實施。本項目基于規(guī)模大、工期緊、作業(yè)面多、地質條件復雜、安全風險高等特點，采用BIM技術對施工全過程進行仿真模擬可以提出合理、詳盡的施工方案，能夠有效保證安全、工期、質量。此外，BIM技術突出的優(yōu)點在于可視化，能夠直接展示各種施工細節(jié)，直接以形象的方式記錄于人腦，提高信息的傳遞效率。根據機場2號隧道施工方法、模型構造及施工過程的要求，將具體的文字性要求通過三維軟件建模有針對性地還原作業(yè)面仿真現(xiàn)場，可以提高施工人員掌握的熟練程度，進而起到工程整體可控的作用。

質量管理主要是對現(xiàn)場實施的質量指標信息進行歸檔、整理、評估。將質量指標與三維構件進行關聯(lián)，可以用不同顏色分別標識不同構件的檢測結果，如未檢、合格、不合格等，便于管理者有針對性地進行質量控制。將質量信息附著于三維模型中，在點擊任意構件，可以快速鏈接到的質量資料文件（如產品合格證、質量檢測資料、質量標準文件等），方便現(xiàn)場管理人員管理，保證質量資料可追溯。以構件為主體分項進行質量檢查，實時上傳、關聯(lián)質量照片，用于參與方進行質量閉合管理。

針對基坑的安全性，借助BIM強大的分析功能，開展即時監(jiān)測與控制工作。通過集成理論分析數(shù)據以及定期監(jiān)測的應變數(shù)據，通過內置的算法，開展施工的風險預警。根據前期的理論分析，以土質等級進行區(qū)劃，進行風險等級識別，識別分為極高、高、中和低，以著色區(qū)別不同的風險程度，為管理人員的風險控制力度的制定提供指導。對土體的變形進行監(jiān)測，建立監(jiān)測數(shù)據上報的渠道，當變形值超過預先設定的閾值后，彈出警報，根據需求或發(fā)送警戒信息給管理方，在BIM中進行局部著警戒色，示出危險區(qū)域。

進度管理是工程建設的重要一環(huán)，以BIM模型為基礎，關聯(lián)施工完成、實施時間、待施工等信息、完成量占比等信息。開發(fā)警示模塊，對計劃進度與當前進度進行對比，及時提醒管理層對資源或人力開展調配工作。BIM用于進度管理的另一個優(yōu)勢是可以輔助定位工期延誤的主要原因，如以月為單位，以不同的顏色著色施工進度，可以便利的發(fā)現(xiàn)施工遲緩的周期段，進而便于查找對應工作平面面臨的主要問題等。

2? 基于BIM的信息化管理技術

通過需求分析，建立基于BIM的信息化技術，開發(fā)了網頁平臺。

2.1 基于虛擬施工的技術優(yōu)化

利用BIM模型的三維分析功能，進行虛擬施工模擬。論證技術方案的可行性，包括基坑的穩(wěn)定性，臺車施工的便利性，與支護之間的碰撞檢查等方面，確保施工可行。此外，BIM也可以實現(xiàn)對材料、設備用量的便利化統(tǒng)計，從而精確計算施工成本，便于造價的總體把握。虛擬施工過程照片見圖1。

2.2 基坑安全的風險評估與預警

基坑在開挖后，監(jiān)測的關鍵內容主要包括坑邊地面沉降、邊坡頂部水平位移、地下水位、支護結構頂部水平位移及沉降、支護結構深部水平位移、圍護結構主筋應力、支撐軸力。采用水準儀、全站儀、水位計、水位管、鋼筋應變計、軸力計可以實現(xiàn)數(shù)據的量測。

根據制定的頻率，開展定期量測，通過上傳至系統(tǒng)，對趨勢進行判斷，若數(shù)據在可控范圍內，則形成中間報告，若數(shù)據超出可控范圍，則發(fā)布預警單，現(xiàn)場工人撤出危險區(qū)，由參建各方或專家對風險事態(tài)進行評估，從而提出控制措施。流程見圖2所示。

2.3 施工質量及進度信息管理

建立各主體結構的數(shù)據庫，將實施過程中的質量、進度信息與三維模型構件進行關聯(lián)。并開發(fā)相應的可追溯的查詢方式，實現(xiàn)信息的高效管理。

以隧道主體結構為例，逐節(jié)施工的結構上粘貼二維碼標識。現(xiàn)場可掃碼可連接數(shù)據填報的窗口，也可以獲得構件的制造與養(yǎng)護歷史信息。

3? 信息系統(tǒng)開發(fā)

開發(fā)嵌入BIM模型的網絡平臺，平臺終端呈現(xiàn)方式包括PC端和手機APP端口，采用云服務的方式實現(xiàn)信息互通。

信息系統(tǒng)的三維模型展示見圖3，以數(shù)據表單的型式展示結構的主要信息以及土體信息等。

為便于數(shù)據錄入與展示，開發(fā)手機APP，對主要功能的展示進行重新設計，采用開發(fā)的系統(tǒng)，實現(xiàn)信息的便利化交互、科學化響應，保障了工程的安全、質量以及進度。

4? 結語

以京雄城際鐵路機場2號線工程為依托工程，對明挖隧道建設過程中的BIM技術、信息化技術開展研究。提出了技術需求、安全管理、質量管理以及進度管理的需求，研究了各需求的信息化實現(xiàn)方式，即BIM用于施工技術優(yōu)化與成本優(yōu)化，安全的預警流程，質量與進度管理的信息追溯與警示方式等。最后對開發(fā)的PC網頁平臺以及手機APP的功能界面進行介紹。建立的信息化技術較為全面，可以為其他工程的建設提供參考。

參考文獻：

[1]蔣樹屏.公路隧道工程品質與技術對策[J].現(xiàn)代隧道技術，2017，54（04）：1-12.

[2]李博，馬云東，王林峰.基于BIM技術的隧道基坑施工安全信息化管理及應用[J].大連交通大學學報，2017，38（03）：84-87，91.

[3]林毅，王立軍，姜軍.鄭萬高鐵隧道施工大型機械化配套及信息化應用探索[J].隧道建設（中英文），2018，38（08）：1361-1370.

[4]李俊.復雜巖溶地區(qū)高速鐵路隧道二襯施工質量信息化控制方法研究[J].工程技術研究，2019，4（07）：230-231.

[5]丁浩，潘勇，蔡爽.“云友”公路隧道養(yǎng)護管理智能云平臺的開發(fā)及應用[J].公路，2017，62（11）：254-257.

[6]陳偉.黃董坡隧道下穿S201省道專項施工方案[J].價值工程，2015，34（26）：107-110.