杜群波

摘要：信息化技術(shù)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(zhì)量，近年來各建設(shè)行業(yè)均開展了大量的探索與實(shí)踐。以京雄鐵路機(jī)場(chǎng)2號(hào)線明挖隧道為工程背景，開展了信息化技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用實(shí)踐。首先從施工技術(shù)、質(zhì)量管理、進(jìn)度管理、安全預(yù)警等方面提出信息化需求，結(jié)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(shè)管理，對(duì)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(guān)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(hào)：TU17? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）24-0210-02

0? 引言

大斷面深基坑隧道施工環(huán)境復(fù)雜，地質(zhì)因素的不確定性程度高，危險(xiǎn)系數(shù)大，為安全、質(zhì)量以及進(jìn)度的管理帶來較大的挑戰(zhàn)。信息化技術(shù)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(shè)工程項(xiàng)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(shù)。如針對(duì)施工技術(shù)優(yōu)化及安全管理，開發(fā)基于BIM的分析技術(shù)[2];針對(duì)大型機(jī)械設(shè)備的安全與管理，開發(fā)智能化設(shè)備及信息集成技術(shù)[3];針對(duì)施工質(zhì)量管理，建立信息集成的平臺(tái)[4];針對(duì)隧道后期養(yǎng)護(hù)，提出信息管理的平臺(tái)[5]。

本文依托工程為京雄城際鐵路機(jī)場(chǎng)2號(hào)線工程，工程北起北京大興機(jī)場(chǎng)地下站，南穿永定河南大堤后露出地面，全長(zhǎng)8.338km。隧道設(shè)計(jì)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(cè)撐角的厚度為1.2m。背景工程具有基坑開挖與防護(hù)復(fù)雜、建筑單體尺寸大等特點(diǎn)，施工管控難度較高，深度開發(fā)的信息化技術(shù)，解決技術(shù)與管理難題。從目前的形勢(shì)和行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)分析，BIM將是工程建設(shè)行業(yè)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化和信息化的最重要的力量。當(dāng)前隧道工程BIM應(yīng)用還處于初級(jí)的階段，多數(shù)還屬于單點(diǎn)應(yīng)用，而且應(yīng)用多局限于設(shè)計(jì)階段使用，在施工和運(yùn)營(yíng)方面的應(yīng)用較少，本工程的探索對(duì)信息化技術(shù)起到了一定的推進(jìn)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(shù)需求以及質(zhì)量、安全、進(jìn)度管控需求等方面。

技術(shù)需求為底層需求，需要提出合理的實(shí)施方案，并使之便于操作實(shí)施。本項(xiàng)目基于規(guī)模大、工期緊、作業(yè)面多、地質(zhì)條件復(fù)雜、安全風(fēng)險(xiǎn)高等特點(diǎn)，采用BIM技術(shù)對(duì)施工全過程進(jìn)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(zhì)量。此外，BIM技術(shù)突出的優(yōu)點(diǎn)在于可視化，能夠直接展示各種施工細(xì)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(jī)場(chǎng)2號(hào)隧道施工方法、模型構(gòu)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(duì)性地還原作業(yè)面仿真現(xiàn)場(chǎng)，可以提高施工人員掌握的熟練程度，進(jìn)而起到工程整體可控的作用。

質(zhì)量管理主要是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施的質(zhì)量指標(biāo)信息進(jìn)行歸檔、整理、評(píng)估。將質(zhì)量指標(biāo)與三維構(gòu)件進(jìn)行關(guān)聯(lián)，可以用不同顏色分別標(biāo)識(shí)不同構(gòu)件的檢測(cè)結(jié)果，如未檢、合格、不合格等，便于管理者有針對(duì)性地進(jìn)行質(zhì)量控制。將質(zhì)量信息附著于三維模型中，在點(diǎn)擊任意構(gòu)件，可以快速鏈接到的質(zhì)量資料文件（如產(chǎn)品合格證、質(zhì)量檢測(cè)資料、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)文件等），方便現(xiàn)場(chǎng)管理人員管理，保證質(zhì)量資料可追溯。以構(gòu)件為主體分項(xiàng)進(jìn)行質(zhì)量檢查，實(shí)時(shí)上傳、關(guān)聯(lián)質(zhì)量照片，用于參與方進(jìn)行質(zhì)量閉合管理。

針對(duì)基坑的安全性，借助BIM強(qiáng)大的分析功能，開展即時(shí)監(jiān)測(cè)與控制工作。通過集成理論分析數(shù)據(jù)以及定期監(jiān)測(cè)的應(yīng)變數(shù)據(jù)，通過內(nèi)置的算法，開展施工的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。根據(jù)前期的理論分析，以土質(zhì)等級(jí)進(jìn)行區(qū)劃，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)識(shí)別，識(shí)別分為極高、高、中和低，以著色區(qū)別不同的風(fēng)險(xiǎn)程度，為管理人員的風(fēng)險(xiǎn)控制力度的制定提供指導(dǎo)。對(duì)土體的變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，建立監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上報(bào)的渠道，當(dāng)變形值超過預(yù)先設(shè)定的閾值后，彈出警報(bào)，根據(jù)需求或發(fā)送警戒信息給管理方，在BIM中進(jìn)行局部著警戒色，示出危險(xiǎn)區(qū)域。

進(jìn)度管理是工程建設(shè)的重要一環(huán)，以BIM模型為基礎(chǔ)，關(guān)聯(lián)施工完成、實(shí)施時(shí)間、待施工等信息、完成量占比等信息。開發(fā)警示模塊，對(duì)計(jì)劃進(jìn)度與當(dāng)前進(jìn)度進(jìn)行對(duì)比，及時(shí)提醒管理層對(duì)資源或人力開展調(diào)配工作。BIM用于進(jìn)度管理的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)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(jìn)度，可以便利的發(fā)現(xiàn)施工遲緩的周期段，進(jìn)而便于查找對(duì)應(yīng)工作平面面臨的主要問題等。

2? 基于BIM的信息化管理技術(shù)

通過需求分析，建立基于BIM的信息化技術(shù)，開發(fā)了網(wǎng)頁平臺(tái)。

2.1 基于虛擬施工的技術(shù)優(yōu)化

利用BIM模型的三維分析功能，進(jìn)行虛擬施工模擬。論證技術(shù)方案的可行性，包括基坑的穩(wěn)定性，臺(tái)車施工的便利性，與支護(hù)之間的碰撞檢查等方面，確保施工可行。此外，BIM也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)材料、設(shè)備用量的便利化統(tǒng)計(jì)，從而精確計(jì)算施工成本，便于造價(jià)的總體把握。虛擬施工過程照片見圖1。

2.2 基坑安全的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與預(yù)警

基坑在開挖后，監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵內(nèi)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(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移及沉降、支護(hù)結(jié)構(gòu)深部水平位移、圍護(hù)結(jié)構(gòu)主筋應(yīng)力、支撐軸力。采用水準(zhǔn)儀、全站儀、水位計(jì)、水位管、鋼筋應(yīng)變計(jì)、軸力計(jì)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的量測(cè)。

根據(jù)制定的頻率，開展定期量測(cè)，通過上傳至系統(tǒng)，對(duì)趨勢(shì)進(jìn)行判斷，若數(shù)據(jù)在可控范圍內(nèi)，則形成中間報(bào)告，若數(shù)據(jù)超出可控范圍，則發(fā)布預(yù)警單，現(xiàn)場(chǎng)工人撤出危險(xiǎn)區(qū)，由參建各方或?qū)＜覍?duì)風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)進(jìn)行評(píng)估，從而提出控制措施。流程見圖2所示。

2.3 施工質(zhì)量及進(jìn)度信息管理

建立各主體結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫，將實(shí)施過程中的質(zhì)量、進(jìn)度信息與三維模型構(gòu)件進(jìn)行關(guān)聯(lián)。并開發(fā)相應(yīng)的可追溯的查詢方式，實(shí)現(xiàn)信息的高效管理。

以隧道主體結(jié)構(gòu)為例，逐節(jié)施工的結(jié)構(gòu)上粘貼二維碼標(biāo)識(shí)。現(xiàn)場(chǎng)可掃碼可連接數(shù)據(jù)填報(bào)的窗口，也可以獲得構(gòu)件的制造與養(yǎng)護(hù)歷史信息。

3? 信息系統(tǒng)開發(fā)

開發(fā)嵌入BIM模型的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，平臺(tái)終端呈現(xiàn)方式包括PC端和手機(jī)APP端口，采用云服務(wù)的方式實(shí)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(jù)表單的型式展示結(jié)構(gòu)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(jī)APP，對(duì)主要功能的展示進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，采用開發(fā)的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息的便利化交互、科學(xué)化響應(yīng)，保障了工程的安全、質(zhì)量以及進(jìn)度。

4? 結(jié)語

以京雄城際鐵路機(jī)場(chǎng)2號(hào)線工程為依托工程，對(duì)明挖隧道建設(shè)過程中的BIM技術(shù)、信息化技術(shù)開展研究。提出了技術(shù)需求、安全管理、質(zhì)量管理以及進(jìn)度管理的需求，研究了各需求的信息化實(shí)現(xiàn)方式，即BIM用于施工技術(shù)優(yōu)化與成本優(yōu)化，安全的預(yù)警流程，質(zhì)量與進(jìn)度管理的信息追溯與警示方式等。最后對(duì)開發(fā)的PC網(wǎng)頁平臺(tái)以及手機(jī)APP的功能界面進(jìn)行介紹。建立的信息化技術(shù)較為全面，可以為其他工程的建設(shè)提供參考。

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