信息化技术在明挖隧道工程建设的应用

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摘要：信息化技术提高信息分析的精确度及分析效率，可以极大提高管理的效率，保障工程质量，近年来各建设行业均开展了大量的探索与实践。以京雄铁路机场2号线明挖隧道为工程背景，开展了信息化技术的开发与应用实践。首先从施工技术、质量管理、进度管理、安全预警等方面提出信息化需求，结合BIM完成功能的开发，建立用户友好的可视化界面。研究成果适用于明挖隧道的建设管理，对于其他工程也有参考作用。

关键词：隧道工程；信息化；BIM；施工管理

0引言

大断面深基坑隧道施工环境复杂，地质因素的不确定性程度高，危险系数大，为安全、质量以及进度的管理带来较大的挑战。信息化技术降低了信息的分析难度，为要素的全面考虑提供了便捷工具，是解决管理挑战的唯一方法[1]。各建设工程项目提出不同的管控需求，分别开发不同种类的信息化技术。如针对施工技术优化及安全管理，开发基于BIM的分析技术[2]；针对大型机械设备的安全与管理，开发智能化设备及信息集成技术[3]；针对施工质量管理，建立信息集成的平台[4]；针对隧道后期养护，提出信息管理的平台[5]。本文依托工程为京雄城际铁路机场2号线工程，工程北起北京大兴机场地下站，南穿永定河南大堤后露出地面，全长8.338km。隧道设计为单洞双线隧道，洞门采用柱式洞门，隧道仰拱厚度为0.85m，顶板厚度为0.8m，隧道外侧撑角的厚度为1.2m。背景工程具有基坑开挖与防护复杂、建筑单体尺寸大等特点，施工管控难度较高，深度开发的信息化技术，解决技术与管理难题。从目前的形势和行业发展趋势分析，BIM将是工程建设行业实现工业化和信息化的最重要的力量。当前隧道工程BIM应用还处于初级的阶段，多数还属于单点应用，而且应用多局限于设计阶段使用，在施工和运营方面的应用较少，本工程的探索对信息化技术起到了一定的推进作用。

1基于需求的信息规划及开发办法

依托工程的信息管控需求可分为技术需求以及质量、安全、进度管控需求等方面。技术需求为底层需求，需要提出合理的实施方案，并使之便于操作实施。本项目基于规模大、工期紧、作业面多、地质条件复杂、安全风险高等特点，采用BIM技术对施工全过程进行仿真模拟可以提出合理、详尽的施工方案，能够有效保证安全、工期、质量。此外，BIM技术突出的优点在于可视化，能够直接展示各种施工细节，直接以形象的方式记录于人脑，提高信息的传递效率。根据机场2号隧道施工方法、模型构造及施工过程的要求，将具体的文字性要求通过三维软件建模有针对性地还原作业面仿真现场，可以提高施工人员掌握的熟练程度，进而起到工程整体可控的作用。质量管理主要是对现场实施的质量指标信息进行归档、整理、评估。将质量指标与三维构件进行关联，可以用不同颜色分别标识不同构件的检测结果，如未检、合格、不合格等，便于管理者有针对性地进行质量控制。将质量信息附着于三维模型中，在点击任意构件，可以快速链接到的质量资料文件（如产品合格证、质量检测资料、质量标准文件等），方便现场管理人员管理，保证质量资料可追溯。以构件为主体分项进行质量检查，实时上传、关联质量照片，用于参与方进行质量闭合管理。针对基坑的安全性，借助BIM强大的分析功能，开展即时监测与控制工作。通过集成理论分析数据以及定期监测的应变数据，通过内置的算法，开展施工的风险预警。根据前期的理论分析，以土质等级进行区划，进行风险等级识别，识别分为极高、高、中和低，以着色区别不同的风险程度，为管理人员的风险控制力度的制定提供指导。对土体的变形进行监测，建立监测数据上报的渠道，当变形值超过预先设定的阈值后，弹出警报，根据需求或发送警戒信息给管理方，在BIM中进行局部着警戒色，示出危险区域。进度管理是工程建设的重要一环，以BIM模型为基础，关联施工完成、实施时间、待施工等信息、完成量占比等信息。开发警示模块，对计划进度与当前进度进行对比，及时提醒管理层对资源或人力开展调配工作。BIM用于进度管理的另一个优势是可以辅助定位工期延误的主要原因，如以月为单位，以不同的颜色着色施工进度，可以便利的发现施工迟缓的周期段，进而便于查找对应工作平面面临的主要问题等。

2基于BIM的信息化管理技术

通过需求分析，建立基于BIM的信息化技术，开发了网页平台。

2.1基于虚拟施工的技术优化

利用BIM模型的三维分析功能，进行虚拟施工模拟。论证技术方案的可行性，包括基坑的稳定性，台车施工的便利性，与支护之间的碰撞检查等方面，确保施工可行。此外，BIM也可以实现对材料、设备用量的便利化统计，从而精确计算施工成本，便于造价的总体把握。

2.2基坑安全的风险评估与预警

基坑在开挖后，监测的关键内容主要包括坑边地面沉降、边坡顶部水平位移、地下水位、支护结构顶部水平位移及沉降、支护结构深部水平位移、围护结构主筋应力、支撑轴力。采用水准仪、全站仪、水位计、水位管、钢筋应变计、轴力计可以实现数据的量测。根据制定的频率，开展定期量测，通过上传至系统，对趋势进行判断，若数据在可控范围内，则形成中间报告，若数据超出可控范围，则预警单，现场工人撤出危险区，由参建各方或专家对风险事态进行评估，从而提出控制措施。

2.3施工质量及进度信息管理

建立各主体结构的数据库，将实施过程中的质量、进度信息与三维模型构件进行关联。并开发相应的可追溯的查询方式，实现信息的高效管理。以隧道主体结构为例，逐节施工的结构上粘贴二维码标识。现场可扫码可连接数据填报的窗口，也可以获得构件的制造与养护历史信息。

3信息系统开发

开发嵌入BIM模型的网络平台，平台终端呈现方式包括PC端和手机APP端口，采用云服务的方式实现信息互通。以数据表单的型式展示结构的主要信息以及土体信息等。为便于数据录入与展示，开发手机APP，对主要功能的展示进行重新设计，采用开发的系统，实现信息的便利化交互、科学化响应，保障了工程的安全、质量以及进度。

4结语

以京雄城际铁路机场2号线工程为依托工程，对明挖隧道建设过程中的BIM技术、信息化技术开展研究。提出了技术需求、安全管理、质量管理以及进度管理的需求，研究了各需求的信息化实现方式，即BIM用于施工技术优化与成本优化，安全的预警流程，质量与进度管理的信息追溯与警示方式等。最后对开发的PC网页平台以及手机APP的功能界面进行介绍。建立的信息化技术较为全面，可以为其他工程的建设提供参考。

参考文献：

[1]蒋树屏.公路隧道工程品质与技术对策[J].现代隧道技术，2017，54（04）：1-12.

[2]李博，马云东，王林峰.基于BIM技术的隧道基坑施工安全信息化管理及应用[J].大连交通大学学报，2017，38（03）：84-87，91.

[3]林毅，王立军，姜军.郑万高铁隧道施工大型机械化配套及信息化应用探索[J].隧道建设（中英文），2018，38（08）：1361-1370.

[4]李俊.复杂岩溶地区高速铁路隧道二衬施工质量信息化控制方法研究[J].工程技术研究，2019，4（07）：230-231.

作者：杜群波  单位：中交二航局第四工程有限公司