信息化技術在明挖隧道工程建設的應用

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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。

關鍵詞：隧道工程；信息化；BIM；施工管理

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(jù)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(jù)以及定期監(jiān)測的應變數(shù)據(jù)，通過內置的算法，開展施工的風險預警。根據(jù)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(jù)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(jù)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。

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(jù)的量測。根據(jù)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(jù)在可控范圍內，則形成中間報告，若數(shù)據(jù)超出可控范圍，則預警單，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。

2.3施工質量及進度信息管理

建立各主體結構的數(shù)據(jù)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(jù)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。以數(shù)據(jù)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(jù)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.

作者：杜群波  單位：中交二航局第四工程有限公司