潘傳宇，宗朝陽，周旋

（中建鐵路投資建設集團有限公司，北京100032）

1 工程概況

1.1 工程周邊及水文地質

本工程為某一城市軌道交通工程礦山法區(qū)間隧道，該隧道下穿國道，道路沿線存在大量商鋪、居民住宅樓及各類燃氣、熱力管線。地下水類型分為填土中的上層滯水和基巖裂隙水。根據勘察揭露地層情況，本工點土層主要以填土、第四系全新統(tǒng)（Q4）黏土、上更新（Q3）黏性土、下伏基巖為奧陶系（O）泥灰?guī)r及灰?guī)r。

1.2 BI M+GI S技術原理

根據隧道爆破面、初支面及二襯面設計參數，建立相關層隧道BIM模型，作為評價基準，在現場隧道爆破、初支、二襯每一循環(huán)施工后，借助GIS技術（三維激光掃描技術[1]）采集各工序完成面點云數據，并經處理形成施工實際點云模型，作為評價依據，通過每一循環(huán)設計面與實際面的數值差值，形成隧道超欠挖分析報告及初支面、二襯面平整度報告，并以此作為下個循環(huán)爆破作業(yè)的鉆爆參數調整指導依據、初支侵線部位和基面不平整區(qū)域找平依據、二襯面侵線及面層不平整區(qū)域修復依據，分別完成隧道爆破參數的調整優(yōu)化、防水基面找平、二襯面修復，為礦山法隧道施工全過程質量、成本、安全管控提供依據。

2 工藝流程及操作要點

2.1 施工準備

施工準備包括以下幾個步驟：

1）在進行礦山法隧道現場斷面掃描前，需明確隧道曲線半徑、結構斷面、初支、二襯設計參數及地質情況，確保后期隧道BIM[2]模型建立準確，為過程分析提供基礎理論數據。

2）明確現場GIS技術（三維激光掃描技術）作業(yè)人員構成，細化現場設站數據采集、數據處理人員作業(yè)標準及流程，后期數據分析及結果運用人員數據傳遞路徑，結果運用方式。

3）與現場管理人員明確工序穿插時間，為每循環(huán)爆破、初支及二襯面掃描預留作業(yè)窗口期，確?，F場實施。

4）數據處理人員需明確礦山法隧道施工工藝、現場風、水、電管線設置，便于后期噪點剔除，提升數據處理速度，數據分析的可靠度。

工藝流程如圖1所示。

圖1 BI M+GI S技術現場應用流程圖

2.2 隧道模型建立

隧道模型建立包括定線設置（水平定線、豎向定線）、隧道形狀，通過輸入隧道設計斷面數據，形成隧道爆破面、初支面、二襯面理論設計輪廓線，建立隧道設計斷面BIM模型，此步驟為后期評價的基準。

2.3 點云數據采集

由現場管理人員根據實際施工情況，就爆破、初支及二襯完成時間向測量人員進行反饋，并做好相關現場協(xié)調準備工作。由2名測量人員在每一循環(huán)隧道爆破清渣完畢后采用三維激光掃描設備全站儀模式，后視2個已知點快速設站，掃描為儀器自動進行，開始掃描后，按照后方交匯建站，根據遮擋情況掃描1～3站。由于礦山法隧道初支施工緊隨爆破施工工序，爆破面掃描需在確?，F場安全的情況下進行，城市軌道交通工程礦山法隧道斷面較小，二襯施工在初支全部完成之后，初支面可在二襯施工前統(tǒng)一掃描[3]。

2.4 點云數據處理

將現場采集的.JXL文件導入配套軟件，并進行相關的工程設置，同時注意原始數據的備份。可在3D視圖中，對現場采集掃描的點云數據分類，剔除無用點（多余掃描區(qū)域、人員、機械、洞內風、水、電管線），確保后期分析結果可靠。原始數據導入圖如圖2所示，噪點剔除完成后如圖3所示。

圖2原始數據導入圖

圖3噪點剔除完成

2.5 隧道報告生成

隧道斷面報告即為隧道爆破施工、初支施工、二襯施工面與理論設計面之間的差值，目的是為后續(xù)施工參數優(yōu)化調整、物資材料消耗分析、商務計價結算等提供理論依據。

隧道報告可指定隧道竣工點，選擇方法為根據點云，任意設置測站間隔，設置后軟件自動提取點云上面點，生成斷面，如圖4所示。

圖4隧道報告

2.6 數據分析及應用

測量人員將隧道斷面報告提交項目技術人員后，由技術人員對報告進行分析，得到隧道超欠挖、初支及二襯面準確數據，形成優(yōu)化建議，為后續(xù)施工參數優(yōu)化、技術參數調整、物資材料分析提供依據。BIM+GIS結果運用流程如圖5所示。

圖5 BI M+GI S結果運用流程

技術部根據專項施工方案、點云數據模型與分析報告，對各工序施工提出工序調整及優(yōu)化建議；質量部根據報告劃分缺陷等級，并制定整改措施；物資部根據報告進行物資實耗分析超耗預警；商務部根據報告數據，進行精準計量。

3 礦山法BI M+GI S技術應用優(yōu)勢

3.1 自動化程度高、安全風險低

與傳統(tǒng)采用全站儀進行斷面復測相比，BIM+GIS技術自動化程度高，采用三維激光掃描（GIS技術）設備自動掃描，對現場照明條件要求較低，避免人員長時間在尚未完成支護的開挖面附近停留，減少碎石落塊墜落傷害風險，保證測量人員安全。

3.2 測量速度快、結果反饋及時

現有礦山法隧道采用全站儀進行斷面掃描一般一次掃描時間為30min，且需進行單獨數據處理，效率較低，無法滿足現場快節(jié)奏的施工。

采用BIM+GIS技術進行礦山法隧道三維掃描，可在10min內完成一個斷面掃描，且出具報告直觀顯示爆破面、初支面及二襯面與設計值間的差值，可直接指導現場施工。

3.3 數據精度高、應用前景廣泛

傳統(tǒng)礦山法隧道采用全站儀進行斷面測量，其中隧道爆破面無掃描；初支及二襯均為5m一個掃描斷面，每個斷面12個點，致使對隧道超欠挖量無準確評價依據，初支、二襯面取點間距過大，數據整體性降低，不能反映整體施工質量。

采用BIM+GIS技術進行礦山法隧道三維掃描，通過2×106點/s的掃描速度、最小2mm，最大10mm的掃描點間距、免棱鏡1s全站儀級別的高精度，同時借助BIM技術協(xié)同管理優(yōu)勢，對隧道爆破面、初支面、二襯面進行全覆蓋，數據可用于鉆爆參數優(yōu)化、欠挖部位精準處理、初支噴射混凝土量計算、初支基面找平、二襯斷面驗收、隧道變形監(jiān)測等。

4 結論

1）通過BIM+GIS技術在礦山法法隧道施工全工藝流程的覆蓋，為項目管理提供了基礎理論數據支撐，為礦山法隧道施工技術參數優(yōu)化、質量管理提升、安全風險管控、物資消耗分析、商務結算提供依據。

2）快速、高效的輸數據采集、處理方式，極大地簡化了現有管理模式，使管理人員有更多的時間、經歷進行技術革新[4]。