數(shù)字化管控平臺(tái)在過(guò)海隧道項(xiàng)目的應(yīng)用

王學(xué)楷馮慧君

(中鐵(上海)投資有限公司，上海 200126)

0 引言

城市軌道交通項(xiàng)目由于規(guī)模大、施工跨度長(zhǎng)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高、涉及專業(yè)多、建設(shè)周期較長(zhǎng)、參建人員多等原因，容易產(chǎn)生工程項(xiàng)目管理難度大及效率低等問(wèn)題。 為了減少地鐵施工的安全事故，有必要建立一個(gè)更加高效的高科技集成管理系統(tǒng)，全面、系統(tǒng)、現(xiàn)代化地管理地鐵項(xiàng)目，即以建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)作為核心的安全管理模式[1－3]。 BIM 在建筑、水電等行業(yè)的應(yīng)用較為成熟，而在軌道交通行業(yè)的應(yīng)用尚處起步階段[4－5]。 在軌道交通工程中，通過(guò)三維地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System，GIS)再現(xiàn)和管理區(qū)域內(nèi)三維場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)地鐵全線路的項(xiàng)目統(tǒng)籌、綜合規(guī)劃和決策輔助[6]。 由于GIS 系統(tǒng)基于的是空間地理數(shù)據(jù)庫(kù)，具有管理和顯示海量地理信息的先天優(yōu)勢(shì)，但對(duì)建構(gòu)筑物細(xì)節(jié)的顯示卻存在不足，而B(niǎo)IM技術(shù)則具有管理和顯示建構(gòu)筑物細(xì)節(jié)信息的特點(diǎn)，充分利用和集成GIS 和BIM 的各自優(yōu)勢(shì)，使軌道交通建設(shè)管理更加數(shù)字化、可視化和精細(xì)化[7－11]。

基于GIS 和BIM 數(shù)字化管理平臺(tái)，國(guó)內(nèi)已經(jīng)研究開(kāi)發(fā)了一些工程項(xiàng)目管理的信息化平臺(tái)和系統(tǒng):范登科等[12]利用國(guó)際互操作性聯(lián)盟(International Alliance of Interoperability，IAI)組織制定的BIM 框架核心工業(yè)基礎(chǔ)類標(biāo)準(zhǔn)(Industrial Foundation Classes，IFC)、開(kāi)放地理空間協(xié)會(huì)(Open Geospatial Consortium，OGC)組織制定的GIS 框架核心三維模型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)(City Geography Markup Language，CGML) 和應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展(Application Domain Extension，ADE)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)以數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為核心的BIM 模型跨GIS 平臺(tái)集成方法，并在哈爾濱北站、杭州南站新建站等鐵路工程BIM 設(shè)計(jì)項(xiàng)目中開(kāi)展了應(yīng)用；呂慧玲等[13]分析了IFC 數(shù)據(jù)模型與City GML 模型中所有的建筑構(gòu)件類型及其關(guān)聯(lián)的語(yǔ)義信息，分別建立IFC 數(shù)據(jù)模型到City GML 各層級(jí)的映射模型，提出了一種從BIM 模型到多層次細(xì)節(jié)GIS 模型的完整轉(zhuǎn)換方法；宋學(xué)峰[14]提出以GIS和BIM 的深度集成應(yīng)用技術(shù)為核心，解決不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)信息格式的相互轉(zhuǎn)換問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互與信息共享信息管理模式是保障智慧城市地下管網(wǎng)科學(xué)、高效、安全運(yùn)行的有效模式；張敏杰[15]提出建立基于GIS 和BIM 的動(dòng)態(tài)總體規(guī)劃管理平臺(tái)，形成涵蓋建筑建設(shè)全過(guò)程主要決策信息的動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)在多元投資主體、多主體設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)、監(jiān)督管理及超大型項(xiàng)目群體環(huán)境下高品質(zhì)的建設(shè)管理奠定基礎(chǔ)。

基于上述研究，文章利用日益成熟的BIM 技術(shù)，基于GIS＋BIM 的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，結(jié)合青島地鐵8 號(hào)線施工中的工程管理數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)集成、實(shí)時(shí)監(jiān)控、模擬分析、虛擬建造等模式，以數(shù)字化、信息化和可視化的方式提升項(xiàng)目建設(shè)管理水平，達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)規(guī)范化施工、風(fēng)險(xiǎn)管理可控及安全施工的目的，為類似工程的信息化應(yīng)用提供借鑒。

1 工程概況

青島市地鐵8 號(hào)線是青島市軌道交通建設(shè)的重點(diǎn)工程，是山東省新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換首批重點(diǎn)項(xiàng)目，其關(guān)鍵控制性工程大洋站—青島北站區(qū)間(以下簡(jiǎn)稱過(guò)海隧道項(xiàng)目)線路全長(zhǎng)約為7.9 km，穿越膠州灣海域?qū)挾燃s為5.4 km，設(shè)有施工斜井1 座、通風(fēng)豎井3 座、泵站3 處，是目前國(guó)內(nèi)最長(zhǎng)的過(guò)海地鐵隧道，由于地質(zhì)極其復(fù)雜，經(jīng)反復(fù)論證確定采用“盾構(gòu)法＋礦山法”兩端相向施工，東側(cè)過(guò)海段2.9 km 處采用泥水盾構(gòu)法施工；西側(cè)過(guò)海段2.5 km 處采用礦山法＋雙模式TBM 平導(dǎo)輔助施工，以加快施工進(jìn)度[16－18]。 海底隧道項(xiàng)目地質(zhì)條件復(fù)雜，安全風(fēng)險(xiǎn)高。 項(xiàng)目管理中需要對(duì)施工內(nèi)容、計(jì)劃進(jìn)度、人員設(shè)備安排、安全隱患等諸多方面進(jìn)行大量的溝通聯(lián)系，可能會(huì)造成因?yàn)槿藛T配置不完善、信息溝通不及時(shí)、設(shè)備監(jiān)控不嚴(yán)格等原因，發(fā)生進(jìn)度、安全與質(zhì)量問(wèn)題[19－24]。 通過(guò)“GIS＋BIM 項(xiàng)目信息管控平臺(tái)”的研發(fā)，逐步實(shí)現(xiàn)“遠(yuǎn)程管理、規(guī)范管理”的目標(biāo)，提高現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度和規(guī)范安全質(zhì)量管理[25]。

2 施工數(shù)字化管控

2.1 數(shù)字化管控目標(biāo)

傳統(tǒng)項(xiàng)目信息管理存在的問(wèn)題有:(1) 項(xiàng)目管理體系以PDCA 循環(huán)為基礎(chǔ)，未將各管理對(duì)象的數(shù)據(jù)相互利用作為關(guān)注點(diǎn)，往往導(dǎo)致數(shù)據(jù)之間互用性差；(2) 缺少以三維為主的數(shù)據(jù)展示方式，無(wú)法滿足不同專業(yè)不同層次管理者的應(yīng)用需求；(3) 管控實(shí)施的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)薄弱，常由于數(shù)據(jù)錯(cuò)漏導(dǎo)致決策失誤。因此，以BIM、GIS 技術(shù)為主的數(shù)字化管控應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo):

(1) 實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目信息管理 通過(guò)智慧工地建設(shè)與信息化技術(shù)應(yīng)用等手段，收集、處理、存儲(chǔ)、傳遞、應(yīng)用、移交項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中涉及的各種情報(bào)、資料，為決策提供科學(xué)依據(jù)；將施工過(guò)程的重要管理資料、竣工驗(yàn)收資料、重要設(shè)備數(shù)據(jù)與各階段BIM 模型相關(guān)聯(lián)，通過(guò)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)分類、編碼體系、存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)施工項(xiàng)目過(guò)程數(shù)字資產(chǎn)移交；同時(shí)維護(hù)項(xiàng)目安全、質(zhì)量、進(jìn)度關(guān)鍵信息，保證信息的真實(shí)、及時(shí)和有效。

(2) 提升管理溝通效率 利用三維數(shù)據(jù)集成和展示，形成用于各參與單位溝通交流的可視化工具，有效提升溝通效率和決策質(zhì)量；建立全生命周期BIM 并集成整個(gè)建設(shè)階段進(jìn)度質(zhì)量、工程變更、安全責(zé)任、作業(yè)人員、質(zhì)檢報(bào)告以及施工過(guò)程等資料，提高管理效率，降低管理難度。

(3) 減少變更優(yōu)化成本 通過(guò)地質(zhì)模型、周邊環(huán)境、工程BIM 的集成，提前發(fā)現(xiàn)潛在的設(shè)計(jì)缺陷、施工風(fēng)險(xiǎn)、管控難點(diǎn)，減少施工變更；實(shí)現(xiàn)不同變更方案的成本變化估算，提高變更決策效率，節(jié)約建設(shè)投資和施工成本，有效控制投資風(fēng)險(xiǎn)。

(4) 實(shí)現(xiàn)目標(biāo)動(dòng)態(tài)控制 施工項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程是涉及目標(biāo)分解、確定計(jì)劃、執(zhí)行跟蹤、實(shí)際檢查、偏差分析與目標(biāo)調(diào)整的工作循環(huán)。 用項(xiàng)目信息管理中收集的項(xiàng)目管控信息數(shù)據(jù)(包括現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù))，進(jìn)行施工質(zhì)量、進(jìn)度、安全、成本的監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決相關(guān)問(wèn)題，保證工程項(xiàng)目目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。 結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行施工模擬，提前預(yù)知工程情況，可有效發(fā)現(xiàn)存在問(wèn)題，改進(jìn)設(shè)計(jì)質(zhì)量，優(yōu)化施工組織方案。

(5) 避免信息重復(fù)錄入 通過(guò)開(kāi)放接口、數(shù)據(jù)抓取等方式，實(shí)現(xiàn)與已有信息系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳遞，減少施工現(xiàn)場(chǎng)日常數(shù)據(jù)多次填報(bào)、重復(fù)錄入的情況；開(kāi)發(fā)相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集與錄入工具，優(yōu)化數(shù)據(jù)錄入模式，簡(jiǎn)化錄入操作，增強(qiáng)錄入數(shù)據(jù)的可用性。

2.2 施工信息要素

施工與管理人員的施工活動(dòng)需要大量的施工信息支持，這些信息在被加工處理后形成特定形式的數(shù)據(jù)，成為建筑施工管控要素的呈現(xiàn)載體，項(xiàng)目管控要素包括項(xiàng)目的組織結(jié)構(gòu)、業(yè)務(wù)職能、資金流、物資流以及外在環(huán)境，相互關(guān)聯(lián)形成整體，為決策者控制項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程提供依據(jù)。 根據(jù)建筑施工項(xiàng)目主要生產(chǎn)要素和實(shí)際管理需求，借鑒質(zhì)量管理五要素體系，可將項(xiàng)目管控要素信息劃分為測(cè)量信息、環(huán)境信息、人員信息、物料信息、機(jī)具信息、技術(shù)信息與擬建物信息，如圖1 所示。

圖1 施工信息要素分類

2.3 管控平臺(tái)研發(fā)及關(guān)鍵技術(shù)

2.3.1 管控平臺(tái)研發(fā)

基于施工信息要素搭建項(xiàng)目信息管控平臺(tái)，大致可分為數(shù)據(jù)集成、平臺(tái)搭建、管控實(shí)施3 個(gè)方面。

(1) 數(shù)據(jù)集成 以GIS 數(shù)據(jù)與傾斜攝影模擬周邊環(huán)境，建立地質(zhì)模型反應(yīng)地勘情況，根據(jù)場(chǎng)地布置圖建立施工場(chǎng)地BIM 模型，根據(jù)施工圖設(shè)計(jì)并建立BIM 模型，通過(guò)上述數(shù)據(jù)的集成與融合，以及在構(gòu)件中附加設(shè)計(jì)資料、技術(shù)文檔、施工照片等數(shù)據(jù)，共同形成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的三維施工信息模型；通過(guò)錄入進(jìn)度填報(bào)記錄、抓取施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、導(dǎo)入項(xiàng)目管理資料、設(shè)定超前地質(zhì)預(yù)報(bào)與施工危險(xiǎn)源等，形成施工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)；再集成海底隧道項(xiàng)目中已接入的視頻監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、盾構(gòu)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，補(bǔ)充實(shí)時(shí)的施工動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，最終建立供各參與方共享的施工信息數(shù)據(jù)庫(kù)，以達(dá)到數(shù)據(jù)的交互應(yīng)用。

(2) 平臺(tái)開(kāi)發(fā) 在施工信息數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，梳理數(shù)據(jù)相互應(yīng)用關(guān)系，解決各數(shù)據(jù)間分析與展示的問(wèn)題，基于成熟的三維顯示引擎開(kāi)發(fā)基于GIS ＋BIM 技術(shù)的施工信息管控系統(tǒng)平臺(tái)，從信息快速查看、數(shù)據(jù)整合分析、多維度信息呈現(xiàn)等方面為項(xiàng)目管控提供平臺(tái)與工具支撐。

(3) 管控實(shí)施 基于GIS＋BIM 項(xiàng)目信息管控平臺(tái)進(jìn)行項(xiàng)目管控，即利用信息技術(shù)輔助項(xiàng)目數(shù)據(jù)收集、處理和展示過(guò)程，主要目的為減少溝通難度，增加數(shù)據(jù)獲取效率，具體功能如圖2 所示。

圖2 信息管控平臺(tái)功能分類圖

2.3.2 技術(shù)路線

基于“一條管理線、一張監(jiān)管網(wǎng)、一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)”指導(dǎo)原則，構(gòu)建GIS＋BIM 數(shù)字化項(xiàng)目管控平臺(tái)，以GIS 和BIM 數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用底層引擎的三維顯示和數(shù)據(jù)承載能力，以軌道交通工程施工總包管理需求為例，建立數(shù)字孿生模型與應(yīng)用平臺(tái)。 利用物聯(lián)網(wǎng)傳感器等信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)人員、機(jī)械、物料運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)掌控；通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)相互關(guān)系的整合應(yīng)用，建立多源異構(gòu)數(shù)據(jù)集合進(jìn)行工程管理過(guò)程的模擬與仿真，指導(dǎo)管理決策，減少管理人員現(xiàn)場(chǎng)查看投入時(shí)間。 管控平臺(tái)研發(fā)的技術(shù)路線如圖3所示。

2.4 三維模型輕量化

軌道交通工程項(xiàng)目的BIM 模型對(duì)象具有特殊性、復(fù)雜性、異面多等特點(diǎn)，滿足應(yīng)用需求的BIM 模型信息數(shù)據(jù)量大，內(nèi)存占用比較大，因此需要對(duì)三維模型進(jìn)行輕量化處理，平衡顯示效果與加載速度。文章模型輕量化的整體技術(shù)路線如圖4 所示，分為數(shù)據(jù)提取、壓縮傳遞、模型渲染幾個(gè)部分，其中模型幾何數(shù)據(jù)提取主要基于導(dǎo)出插件實(shí)現(xiàn)，采用三角面優(yōu)化對(duì)BIM 模型與三維場(chǎng)景輕量化，通過(guò)減面處理來(lái)降低BIM 模型的數(shù)據(jù)量，利用三維引擎的瓦片化工具處理GIS 數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)傳遞通過(guò)gzip 壓縮保障效率，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化后的模型及時(shí)向服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)傳遞；渲染采用多細(xì)節(jié)層次(Levels of Detail，LOD)技術(shù)優(yōu)化GIS 數(shù)據(jù)，并根據(jù)工程項(xiàng)目的工作分解結(jié)構(gòu)，拆分BIM 模型，將原來(lái)的BIM 模型按照工作分解結(jié)構(gòu)(Work Breakdown Structure，WBS)中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行拆分，減少平臺(tái)在不需要加載整體BIM 模型時(shí)根據(jù)選擇的WBS 節(jié)點(diǎn)加載對(duì)應(yīng)的模型，減少內(nèi)存與加載時(shí)間消耗。

3 管控平臺(tái)應(yīng)用實(shí)施

項(xiàng)目建立了青島地鐵8 號(hào)線大洋站、大青區(qū)間、青島北站車(chē)站、區(qū)間隧道及場(chǎng)地設(shè)施模型，包括附屬設(shè)施與臨時(shí)設(shè)施，模型達(dá)到施工圖精度。 同時(shí)采集車(chē)站與區(qū)間周邊GIS 數(shù)據(jù)，建立地質(zhì)數(shù)據(jù)模型，區(qū)間地理信息采集、處理、地質(zhì)模型建模采用0.3 m 遙感影像，按5 km×10 km 計(jì)，場(chǎng)地周邊既有建筑建模按1.7 km 計(jì)算。

3.1 BIM 碰撞檢查

基于BIM 三維模型開(kāi)展碰撞檢查與設(shè)計(jì)優(yōu)化工作，有效減少了設(shè)計(jì)成果“錯(cuò)、漏、碰、缺”等問(wèn)題，對(duì)青島地鐵8 號(hào)線大洋站及青島北站管道密集區(qū)域進(jìn)行綜合排布建模設(shè)計(jì)，提前發(fā)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)存在的碰撞和沖突，減少了設(shè)計(jì)變更及工程施工成本，提高了設(shè)計(jì)效率、設(shè)計(jì)質(zhì)量以及施工現(xiàn)場(chǎng)的工作效率，大洋站模型碰撞檢查如圖5 所示。

3.2 場(chǎng)地模擬與優(yōu)化

施工現(xiàn)場(chǎng)臨建設(shè)施是為工程建設(shè)服務(wù)的，布置是否合理將影響到施工的安全和生產(chǎn)效率，臨時(shí)設(shè)施布置仿真模擬，可以幫助施工單位準(zhǔn)確估算所需要的資源，評(píng)估臨建設(shè)施的安全性。 青島地鐵8 號(hào)線大青區(qū)間過(guò)海隧道施工臨建設(shè)施多，依靠傳統(tǒng)二維CAD 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的大臨、道路、龍門(mén)吊等進(jìn)行布置不僅效率低，而且由于場(chǎng)地大小及周邊環(huán)境影響，造成場(chǎng)地布置不能滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工需要。 項(xiàng)目結(jié)合BIM 技術(shù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的道路、生產(chǎn)設(shè)施、管片堆場(chǎng)、龍門(mén)吊等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施設(shè)備進(jìn)行合理的布置(如圖6 所示)，模擬大型設(shè)備(如300 t 起重吊車(chē))進(jìn)場(chǎng)作業(yè)，與周邊環(huán)境進(jìn)行適應(yīng)性比對(duì)，通過(guò)漫游模擬提前反應(yīng)場(chǎng)地布置問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)場(chǎng)地布置調(diào)整及優(yōu)化，更貼切于現(xiàn)場(chǎng)的施工生產(chǎn)，提高設(shè)備作業(yè)效率，提升了過(guò)海隧道項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的安全管理水平。

3.3 地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)隱患管理

對(duì)于施工中出現(xiàn)的安全質(zhì)量問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)很難做到事前預(yù)防、提前預(yù)警、及時(shí)發(fā)現(xiàn)，過(guò)海隧道項(xiàng)目需要穿越9 條斷裂帶，根據(jù)地質(zhì)詳勘資料建立三維地質(zhì)模型，將風(fēng)險(xiǎn)較高的地段進(jìn)行標(biāo)識(shí)，利用三維模型直觀顯示沿線隧道穿越風(fēng)險(xiǎn)隱患的具體情況，施工過(guò)程可以根據(jù)地質(zhì)條件及時(shí)進(jìn)行工法轉(zhuǎn)換，合理調(diào)整支護(hù)參數(shù)，確保施工安全，如圖7 所示。

圖7 地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)隱患管理圖

3.4 施工進(jìn)度管理

在項(xiàng)目進(jìn)度管理過(guò)程中存在問(wèn)題有:(1) 由于對(duì)項(xiàng)目實(shí)際進(jìn)度掌握不全面、計(jì)劃不合理，常常導(dǎo)致資金計(jì)劃、供貨商材料供應(yīng)計(jì)劃與施工進(jìn)度、實(shí)際發(fā)生成本不匹配；(2) 由于建設(shè)項(xiàng)目工期較長(zhǎng)、數(shù)據(jù)量大、收集復(fù)雜且收集速度較慢，常規(guī)方法不能及時(shí)收集和處理施工過(guò)程中的大量數(shù)據(jù)信息，導(dǎo)致成本分析困難、效率低，不能及時(shí)采取有效措施控制成本。

利用BIM 結(jié)構(gòu)化優(yōu)勢(shì)，對(duì)過(guò)海隧道項(xiàng)目單位工程做WBS 分解，建立與時(shí)間維度之間的相互關(guān)系，附加生產(chǎn)組織關(guān)系。 根據(jù)項(xiàng)目總體工籌計(jì)劃，編制年、季、月計(jì)劃及重要節(jié)點(diǎn)計(jì)劃，開(kāi)展三維施工進(jìn)度管理，實(shí)現(xiàn)工籌、年計(jì)劃、月計(jì)劃與實(shí)際進(jìn)度對(duì)比分析與模擬；快速統(tǒng)計(jì)分析計(jì)劃實(shí)物量與已完工程量、產(chǎn)值、成本并生成報(bào)表，達(dá)到對(duì)成本的準(zhǔn)確掌握。 實(shí)現(xiàn)對(duì)施工進(jìn)度的查看分析、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)預(yù)警、工效預(yù)警與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。 解決了以往項(xiàng)目管理中數(shù)據(jù)收集量大、進(jìn)度計(jì)劃可實(shí)施性差、進(jìn)度報(bào)表虛瞞等問(wèn)題，提升了對(duì)過(guò)海隧道項(xiàng)目施工進(jìn)度的管理水平，施工進(jìn)度管理模擬對(duì)比如圖8 所示。

圖8 施工進(jìn)度管理模擬對(duì)比圖

3.5 監(jiān)控量測(cè)管理

監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)關(guān)系到施工安全，利用信息管控平臺(tái)進(jìn)行過(guò)海隧道項(xiàng)目施工范圍三維監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置、環(huán)境監(jiān)測(cè)、沉降變形等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與曲線圖查看與分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)多測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)對(duì)比，空間關(guān)系多數(shù)據(jù)查詢，利用監(jiān)測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)來(lái)指導(dǎo)施工，如圖9 所示。 利用平臺(tái)的錄入預(yù)警、實(shí)時(shí)報(bào)警與二次預(yù)警等功能，確保監(jiān)測(cè)點(diǎn)安全隱患信息及時(shí)獲取，提高施工安全可控程度。 錄入預(yù)警是指在數(shù)據(jù)日常錄入過(guò)程中系統(tǒng)自動(dòng)檢查當(dāng)次已錄入數(shù)據(jù)，對(duì)于不合理數(shù)據(jù)作出判斷與提示，便于用戶及時(shí)修改，減少錯(cuò)錄導(dǎo)致的返工；實(shí)時(shí)報(bào)警指對(duì)超過(guò)預(yù)警值或控制值的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)警提示，以便能夠及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況；二次預(yù)警是指在紅色預(yù)警或二次預(yù)警處理完成后，如果再次發(fā)生預(yù)警，采用的特殊處理方式。

圖9 信息管控平臺(tái)監(jiān)控量測(cè)管理圖

3.6 人員和設(shè)備定位管理

過(guò)海隧道礦山法獨(dú)頭開(kāi)挖深度為2.5 km，施工機(jī)械設(shè)備、人員眾多，施工風(fēng)險(xiǎn)高，因此必須加強(qiáng)人員和車(chē)輛的安全管理。 在施工過(guò)程中，管理機(jī)械車(chē)輛，更好地掌握車(chē)輛位置信息，及時(shí)調(diào)度車(chē)輛，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛會(huì)車(chē)提前預(yù)警，避免現(xiàn)場(chǎng)擁堵；對(duì)施工人員進(jìn)行定位管理，可及時(shí)掌握人員位置信息，確保人員的安全。 定位管理模塊由區(qū)域劃設(shè)管理、進(jìn)出區(qū)域判定、信息顯示、運(yùn)動(dòng)軌跡顯示、實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)、應(yīng)急數(shù)據(jù)6 部分組成。

區(qū)域劃設(shè)管理分割車(chē)輛人員定位覆蓋區(qū)域，區(qū)分施工區(qū)域、生活區(qū)域等，用于統(tǒng)計(jì)各位置的設(shè)備、人員，實(shí)現(xiàn)對(duì)作業(yè)工點(diǎn)車(chē)輛和人員的精確統(tǒng)計(jì)；進(jìn)出區(qū)域判定功能對(duì)車(chē)輛人員進(jìn)入?yún)^(qū)域或離開(kāi)區(qū)域進(jìn)行判斷，并記錄相應(yīng)時(shí)間戳；信息顯示是通過(guò)GIS 平臺(tái)上的信息聯(lián)動(dòng)，在三維圖上呈現(xiàn)車(chē)輛人員具體方位，車(chē)輛定位系統(tǒng)顯示如圖10 所示。 點(diǎn)擊相應(yīng)標(biāo)簽即可獲得相關(guān)車(chē)輛人員的具體信息，包括車(chē)輛位置、車(chē)牌號(hào)、車(chē)輛狀態(tài)；人員信息包括人員姓名、年齡、照片、工號(hào)及聯(lián)系方式。

圖10 車(chē)輛定位系統(tǒng)顯示圖

人員車(chē)輛運(yùn)動(dòng)軌跡顯示，通過(guò)坐標(biāo)信息，可以查看車(chē)輛和人員運(yùn)動(dòng)軌跡，包括實(shí)時(shí)軌跡和歷史軌跡。實(shí)時(shí)軌跡直接在三維圖上呈現(xiàn)當(dāng)前車(chē)輛人員的運(yùn)動(dòng)軌跡，即通過(guò)選擇起止時(shí)間，可獲得車(chē)輛人員的歷史軌跡，并將其呈現(xiàn)在三維圖上；應(yīng)急數(shù)據(jù)功能可以在遇到應(yīng)急情況時(shí)，快速統(tǒng)計(jì)各區(qū)域內(nèi)車(chē)輛人員詳情，并了解掌握在危險(xiǎn)區(qū)域中的車(chē)輛、人數(shù)，并及時(shí)采取緊急應(yīng)對(duì)措施，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛人員的快速撤離。

通過(guò)對(duì)過(guò)海隧道項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)車(chē)輛與作業(yè)人員的定位管理，及時(shí)反饋現(xiàn)場(chǎng)施工動(dòng)態(tài)，實(shí)時(shí)展示車(chē)輛在隧道的運(yùn)行軌跡，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)度，避免現(xiàn)場(chǎng)擁堵，提高過(guò)海隧道施工作業(yè)效率。 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)車(chē)輛人員位置信息，提升了現(xiàn)場(chǎng)車(chē)輛人員安全管理水平。

3.7 視頻監(jiān)控安全管理

通過(guò)BIM 技術(shù)建模模擬過(guò)海隧道全過(guò)程，分解整個(gè)施工過(guò)程，使項(xiàng)目管理人員能清楚每一步施工流程，管理過(guò)程思路更加清晰，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，做到開(kāi)工前的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行辨識(shí)和事前的有效控制。Web 端提供現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控?cái)z像頭位置與BIM 模型的掛接功能，管理人員可以實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)施工情況，視頻監(jiān)控系統(tǒng)顯示如圖11 所示。 BIM 提供動(dòng)態(tài)可視化施工空間，該空間隨著工程進(jìn)展會(huì)不斷地變化，通過(guò)可視化模擬工作人員施工狀況，可以形象地顯示施工工作面、施工機(jī)械狀態(tài)，并評(píng)估其安全性。

圖11 視頻監(jiān)控系統(tǒng)顯示圖

過(guò)海隧道項(xiàng)目通過(guò)將施工現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控和BIM模擬聯(lián)動(dòng)結(jié)合，及時(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)施工生產(chǎn)情況，方便管理者及時(shí)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)不安全的因素和狀態(tài)，及時(shí)采取措施消除風(fēng)險(xiǎn)源，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)安全施工。

3.8 盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)管理

盾構(gòu)機(jī)管理模塊可以顯示盾構(gòu)機(jī)的工作狀態(tài)，包括當(dāng)前位置、盾構(gòu)姿態(tài)、掘進(jìn)系統(tǒng)中的掘進(jìn)速度與掘進(jìn)壓力，鉸接系統(tǒng)中的鉸接位移與鉸接壓力、刀盤(pán)土壓力、管片環(huán)號(hào)、統(tǒng)計(jì)分析、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等(盾構(gòu)掘進(jìn)管理系統(tǒng)顯示如圖12 所示)，系統(tǒng)接入了過(guò)海隧道項(xiàng)目大青區(qū)間超前導(dǎo)洞TBM、大青區(qū)間盾構(gòu)機(jī)，盾構(gòu)類型包括土壓平衡及泥水盾構(gòu)，盾構(gòu)型號(hào)包括Crec150、Crec152。

圖12 盾構(gòu)掘進(jìn)管理系統(tǒng)顯示圖

盾構(gòu)位置功能實(shí)時(shí)展示盾構(gòu)機(jī)的位置、計(jì)劃掘進(jìn)路線和實(shí)際掘進(jìn)路線，查看盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)狀態(tài)。運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)顯示盾構(gòu)在掘進(jìn)過(guò)程中的參數(shù)，包括當(dāng)前掘進(jìn)里程、掘進(jìn)環(huán)、總環(huán)數(shù)、掘進(jìn)速度，掘進(jìn)壓力、鉸接系統(tǒng)等參數(shù)。 盾構(gòu)姿態(tài)功能實(shí)時(shí)監(jiān)視盾構(gòu)機(jī)位置偏差，展示詳情包括俯仰角、滾動(dòng)角、導(dǎo)向系統(tǒng)、水平與垂直偏差等。 統(tǒng)計(jì)分析功能實(shí)時(shí)顯示盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過(guò)程中各類材料消耗，包括泡沫原液、泡沫工業(yè)水、泡沫混合液、HBW 密封油脂、EP2 潤(rùn)滑油脂、盾尾密封、膨潤(rùn)土等；風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警功能及時(shí)提示風(fēng)險(xiǎn)源，包括掘進(jìn)速度、掘進(jìn)狀態(tài)、重大風(fēng)險(xiǎn)源提示，重大風(fēng)險(xiǎn)源包括超前地質(zhì)預(yù)報(bào)與破碎帶提示，并通過(guò)預(yù)設(shè)的盾構(gòu)機(jī)路線，可以在三維地圖上展示盾構(gòu)機(jī)的實(shí)際與計(jì)劃進(jìn)度路線。

4 結(jié)語(yǔ)

青島市地鐵8 號(hào)線“GIS＋BIM 項(xiàng)目信息管控平臺(tái)”的研發(fā)和應(yīng)用，主要解決了項(xiàng)目管理者對(duì)管理數(shù)據(jù)的快速獲取、分析和決策支持難題。 利用日益成熟的BIM 技術(shù)，基于GIS＋BIM 的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，結(jié)合施工中的工程管理數(shù)據(jù)，形成可供項(xiàng)目各管理階段查詢的數(shù)據(jù)載體，并針對(duì)進(jìn)度、資料、安全、數(shù)據(jù)查詢等方面開(kāi)發(fā)了具體的功能模塊。 結(jié)合平臺(tái)進(jìn)行施工過(guò)程管控，減少項(xiàng)目管理時(shí)間成本，減少工作安排和現(xiàn)場(chǎng)溝通的難度。 統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理，加快信息傳遞，進(jìn)行技術(shù)資料和安全施工標(biāo)準(zhǔn)化信息共享，提高工作效率，提升了整個(gè)項(xiàng)目管理水平。 項(xiàng)目管控實(shí)現(xiàn)了“一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)、一張監(jiān)管網(wǎng)、一條管理線”，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了GIS＋BIM 的集成應(yīng)用，對(duì)過(guò)海隧道項(xiàng)目進(jìn)行了場(chǎng)地優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少了工作安排與現(xiàn)場(chǎng)溝通的難度；通過(guò)監(jiān)測(cè)預(yù)警23 次，預(yù)判施工風(fēng)險(xiǎn)6 次，確保了施工安全；進(jìn)行進(jìn)度優(yōu)化和安全管理，縮短工期40 d；節(jié)約建設(shè)成本383.2 萬(wàn)元；節(jié)約項(xiàng)目管理成本38.9 萬(wàn)元，進(jìn)行安全標(biāo)準(zhǔn)化信息共享，提高了工作效率。

同時(shí)，該平臺(tái)以地鐵工程建設(shè)安全管理為目標(biāo)，以標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化管理為抓手，以BIM 為主要技術(shù)框架，節(jié)省了建設(shè)管理成本，順應(yīng)了工程信息化發(fā)展的需要，形成了特色的規(guī)范化的操作管理體系，革新了施工管理行為模式和管理模式，提高了施工管理水平，為類似工程提供了重要借鑒。 BIM 在施工領(lǐng)域的應(yīng)用有利于工程建設(shè)項(xiàng)目精細(xì)化管理水平提高。 青島地鐵8 號(hào)線大青區(qū)間過(guò)海隧道已經(jīng)在2020 年1 月20 日順利實(shí)現(xiàn)貫通。