PIP信息管理技術(shù)在TBM隧道超前地質(zhì)預(yù)報工作中的應(yīng)用探討

姚 林 林

( 中國電建集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司， 四川 成都 610072)

0 前 言

由于TBM施工方法具有“速度快、擾動小、環(huán)境好、效益高”等特點，國內(nèi)外越來越多的隧道工程選擇TBM進行施工。但同時也帶來圍巖暴露范圍有限、地質(zhì)資料收集困難、對地質(zhì)條件變化適應(yīng)能力差且突發(fā)事故處理難度大等問題。相比傳統(tǒng)鉆爆法施工技術(shù)，TBM施工過程中對地質(zhì)超前預(yù)報的依賴性更強、要求更高。如何提高地質(zhì)超前預(yù)報水平的問題就擺在我們面前。

為了更好地進行地質(zhì)超前預(yù)報，必須盡可能收集各類相關(guān)的地質(zhì)信息，確保信息的可靠性和真實性，并快速高效地進行整理分析。而這一切都屬于地質(zhì)信息的管理范疇。因此，加強地質(zhì)信息的科學(xué)有效管理也就顯得十分必要，這也是進行快速準(zhǔn)確預(yù)報的前提。

1 TBM施工地質(zhì)預(yù)報工作的信息特點

1.1 信息海量化

為了更好地指導(dǎo)TBM安全生產(chǎn)，提供快速準(zhǔn)確的超前地質(zhì)預(yù)報成果，必須收集與之相關(guān)的所有可能信息。主要包括：區(qū)域地質(zhì)資料、地表地質(zhì)調(diào)查成果、勘探試驗數(shù)據(jù)、各種物探測試信息及解譯成果、施工過程中地質(zhì)編錄資料及激光掃描和攝像等各種影像信息、渣體特征參數(shù)及施工過程中各種機械鉆進數(shù)據(jù)等。以上每項內(nèi)容又包含原始數(shù)據(jù)、分析圖表、結(jié)論成果等大量信息，所以地質(zhì)預(yù)報過程中涉及的信息量相當(dāng)巨大。

1.2 信息多元化

預(yù)報工作是多學(xué)科、多門類綜合信息的聯(lián)合分析判斷過程，同時，各種信息的獲取時間、獲取手段以及其載體形式都有所差異，預(yù)報工作中的信息也是多元化的。從學(xué)科差異上可以分為：地質(zhì)信息、試驗信息、物探信息及機械信息等。從獲取時間的差異上可以分為：施工前信息、施工中信息和施工后反饋信息。從載體形式的差異上可以分為：文字信息、數(shù)據(jù)信息、圖表信息和影像信息等。

1.3 信息交互化

盡管預(yù)報工作中各種信息的學(xué)科門類、獲取時間及載體形式都不盡相同，但各類信息之間都是相互關(guān)聯(lián)的，不是獨立的信息，而是交互性的信息。不同信息雖然針對目的不同、側(cè)重不同，但他們之間又相互聯(lián)系、相互重疊，信息之間可以實現(xiàn)互通有無、互補優(yōu)差、互驗真?zhèn)?。例如：先期信息對后期信息進行預(yù)判和指導(dǎo)，而后期獲取的信息又對前期信息進行反饋校驗。

2 TBM施工地質(zhì)預(yù)報工作對信息管理的要求

2.1 信息來源的真實性

信息的收集工作是信息管理的首要環(huán)節(jié)，也是最關(guān)鍵環(huán)節(jié)。信息的真實性決定了地質(zhì)預(yù)報成果的可信度。由于信息涉及學(xué)科門類多且相對專業(yè)，所以各專業(yè)信息的收集工作必須由專業(yè)人員專門負責(zé)，信息來源必須來自第一手資料，不能道聽途說或隨意編造，需要堅持相關(guān)校審程序，多人把關(guān)，確保用于地質(zhì)預(yù)報工作的信息來源的真實性。

2.2 信息收集的全面性

信息的收集工作也是信息管理的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，信息收集的全面性也決定了預(yù)報成果的準(zhǔn)確度。收集的信息越豐富，預(yù)報效果越好，越能逼近真實的地質(zhì)條件，更好地指導(dǎo)施工。由于信息門類廣、收集手段不同、收集時間不一，給信息收集帶來很大困難，但仍然必須全面收集所有可能信息。每個專業(yè)明確自己的工作內(nèi)容和范圍，確保不漏掉一切可能信息，尤其是關(guān)鍵信息。

2.3 信息分析的關(guān)聯(lián)性

由于地質(zhì)預(yù)報過程本身就是一個利用各種信息進行分析，逐漸逼近真實地質(zhì)體的動態(tài)過程，各種信息又具有多解性和不確定性，往往需要各種信息進行相互關(guān)聯(lián)，相互驗證，以便獲得更合理的解釋，更接近真實地質(zhì)體。所以信息分析過程中必須實現(xiàn)各種信息交流渠道的互通，不能使信息呈現(xiàn)獨立化、單一化、靜態(tài)化。

2.4 信息處理的快速性

由于TBM具備明顯“速度快”的特征，每天掘進進尺和一些物探測試有效距離相當(dāng)。為了確保地質(zhì)預(yù)報成果能及時對施工過程進行指導(dǎo)，不僅測試工作需要及時跟進，更需要預(yù)報過程中能夠?qū)Ω鞣N信息實現(xiàn)快速處理。否則，將會發(fā)生地質(zhì)預(yù)報工作的滯后，無法滿足其時效性。

3 傳統(tǒng)地質(zhì)預(yù)報工作方法及其缺陷

3.1 傳統(tǒng)地質(zhì)預(yù)報的工作方法

傳統(tǒng)地質(zhì)預(yù)報的工作流程為：相關(guān)專業(yè)(主要包含物探、試驗等)以書面形式提供試驗測試及解譯成果報告供地質(zhì)專業(yè)人員使用，地質(zhì)專業(yè)人員根據(jù)前期已有地質(zhì)資料、近期地質(zhì)編錄資料，結(jié)合相關(guān)專業(yè)提供的試驗測試及解譯成果進行宏觀地質(zhì)分析并作出預(yù)報。

3.2 傳統(tǒng)地質(zhì)預(yù)報的缺陷

傳統(tǒng)地質(zhì)預(yù)報工作存在以下缺陷：

(1)資料形式固定，信息易缺失。地質(zhì)專業(yè)所需資料主要來源于本專業(yè)或其他專業(yè)以書面形式提供的文件，而許多信息僅采用書面報告形式無法得到有效反映。如TRT物探測試成果本身是三維可旋轉(zhuǎn)立體模型，但是書面提供資料往往只有俯視圖和側(cè)視圖，無法為地質(zhì)人員提供更全面、豐富、直觀的信息，而且所提供的圖件也不一定為地質(zhì)人員所關(guān)心部位。

(2)相關(guān)專業(yè)參與程度低。在傳統(tǒng)地質(zhì)預(yù)報工作中，地質(zhì)專業(yè)作為主導(dǎo)專業(yè)參與程度高于其他相關(guān)專業(yè)。往往其他專業(yè)提供本專業(yè)成果報告后，就退出預(yù)報工作，后續(xù)工作基本不參與。

(3)專業(yè)之間交互性不強。由于各專業(yè)僅向地質(zhì)專業(yè)提供資料，本專業(yè)對自身資料成果負責(zé)，專業(yè)之間交流缺失，僅表現(xiàn)為與地質(zhì)專業(yè)之間單線單向聯(lián)系，交互性不強。

(4)溝通間接，處理速度慢。在預(yù)報過程中，當(dāng)不同專業(yè)之間出現(xiàn)矛盾差異時，地質(zhì)專業(yè)往往需要起到橋梁和傳話筒的作用，需要和不同專業(yè)之間相互溝通。而這種溝通是間接的，速度慢、效率低。

4 基于PIP技術(shù)的預(yù)報方法探討

4.1 PIP信息管理技術(shù)介紹

項目信息門戶(Project Information Portal，簡稱PIP)技術(shù)是在對項目實施全過程中項目參與各方產(chǎn)生的信息和知識進行集中式存儲和管理的基礎(chǔ)上，為項目各參與方在Internet 平臺上提供的一個獲取個性化項目信息的單一入口。它是基于互聯(lián)網(wǎng)的一個開放性工作平臺，為項目各參與方提供項目信息共享、信息交流和協(xié)同工作的環(huán)境。項目信息門戶主要提供項目文檔管理、項目信息交流、項目協(xié)同工作以及工作流程管理4個方面的基本功能(如圖1所示)。

圖1 項目信息門戶(PIP)的基本信息管理功能

PIP 的最大特點是改變了傳統(tǒng)信息交流的點對點式溝通方式，實現(xiàn)了全過程中參與各方的信息共享。

基于PIP信息管理技術(shù)的核心思想，國內(nèi)外許多公司相應(yīng)開發(fā)了相關(guān)的項目管理平臺軟件，比較常見的如： Oracle公司的Primavera P6、Artemis 公司的Artemis Viewer、NIKU 公司的Open WorkBench、Welcom 公司的OpenPlan、智邦國際項目管理軟件、禪道項目管理軟件、易建工程項目管理軟件、統(tǒng)御項目管理軟件等。

目前，國內(nèi)也出現(xiàn)專門針對地質(zhì)信息管理的平臺軟件，如中國電建成都院開發(fā)的GeoSmart地質(zhì)信息管理平臺，該軟件可以對地質(zhì)工作中的地質(zhì)資料、勘探成果、試驗資料和物探信息等進行集中管理，并且可以利用GOCAD進行地質(zhì)信息的三維展示和分析。

4.2 PIP技術(shù)用于地質(zhì)預(yù)報的可行性

隧道TBM施工環(huán)境下超前地質(zhì)預(yù)報工作，就是針對開挖掌子面前方預(yù)報洞段收集相關(guān)的地質(zhì)資料、各種預(yù)報物探手段的測試解譯成果、相關(guān)勘探試驗數(shù)據(jù)以及TBM獨有的掘進參數(shù)和洞渣信息等，進行綜合判斷形成地質(zhì)預(yù)報結(jié)論，以及根據(jù)開挖實際地質(zhì)條件進行反饋調(diào)整的過程。超前地質(zhì)預(yù)報工作過程，實際上就是一個對多元信息的收集、整理、分析，并提出結(jié)論的過程。提高地質(zhì)預(yù)報的質(zhì)量和效率，要求信息管理工程中必須保證信息收集全面真實、信息完全共享、信息交流反饋渠道暢通和信息分析協(xié)同工作平臺便捷多樣等。

PIP技術(shù)的核心思想也正是提供項目信息共享、信息交流和協(xié)同的一個工作環(huán)境，其項目信息管理的流程環(huán)節(jié)涉及了“信息收集—信息校核—信息存儲—信息共享—信息交互分析—信息應(yīng)用”整個信息的管理過程。該過程和地質(zhì)預(yù)報工作流程一致，利用PIP的各個基本功能模塊可以實現(xiàn)地質(zhì)預(yù)報工作，同時可以確保預(yù)報的質(zhì)量和效率。

4.3 基于PIP的地質(zhì)預(yù)報方案設(shè)計

4.3.1 預(yù)報工作實現(xiàn)方案

基于PIP項目信息管理技術(shù)的地質(zhì)預(yù)報實現(xiàn)總體方案是借助PIP信息管理平臺軟件提供的項目文檔管理、項目信息交流、項目協(xié)同工作以及工作流程管理等基本功能模塊化操作逐步實現(xiàn)預(yù)報功能，同時借助平臺的便捷性、程序性、交互性的功能使得預(yù)報工作在全生命周期內(nèi)快速得到各方的共同參與和交流，提高預(yù)報工作的效率和效果。

4.3.2 預(yù)報工作流程

預(yù)報工作流程按照PIP信息管理的信息收集、信息校核、信息存儲、信息共享、信息交互分析及信息應(yīng)用等功能模塊逐步實現(xiàn)(見圖2)。

圖2 超前地質(zhì)預(yù)報信息管理實現(xiàn)流程

信息收集模塊的內(nèi)容對應(yīng)到地質(zhì)預(yù)報工作中，表現(xiàn)為：對地質(zhì)預(yù)報相關(guān)的地質(zhì)信息、勘探試驗成果、物探測試成果進行收集，同時，TBM施工獨有的掘進參數(shù)和渣體形態(tài)等對地質(zhì)預(yù)報工作有輔助作用的信息也應(yīng)被進行收集。在資料收集時利用PIP工作流程管理模塊中的工作流程模板功能明確各專業(yè)的工作內(nèi)容和規(guī)范工作程序，確保取得資料的全面性。同時，利用工作流程控制功能加強信息的校核工作，只有通過各專業(yè)負責(zé)人的校核，才能被認定是可靠的信息，進而才能上傳至PIP項目信息門戶，確保信息的真實性和可靠性。

信息存儲和共享模塊對應(yīng)到地質(zhì)預(yù)報工作中，就是對上述經(jīng)過校核后的信息，由各專業(yè)指定人員進行分門別類，存儲到平臺提供的數(shù)據(jù)庫內(nèi)，并對復(fù)核條件的人員進行授權(quán)，具備權(quán)限的用戶可以對信息全過程進行查看和進一步調(diào)用分析。

協(xié)同工作模塊的目標(biāo)，即：實現(xiàn)多專業(yè)信息分析協(xié)同工作平臺的便捷化和多樣化，在地質(zhì)預(yù)報工作中可以由地質(zhì)專業(yè)牽頭，物探、試驗、施工等多專業(yè)組成地質(zhì)預(yù)報小組進行地質(zhì)預(yù)報協(xié)同分析工作，保證信息充分交流和積極反饋，確保預(yù)報成果真實可靠。協(xié)同工作可采用現(xiàn)場集體辦公、網(wǎng)絡(luò)會議等形式，具體可依據(jù)實際條件和時間要求選擇協(xié)同工作形式。若需外地專家或廠家技術(shù)人員遠程幫助，可選擇視頻會議和遠程錄像等方式。

在上述工作的基礎(chǔ)上，形成各方認可的地質(zhì)預(yù)報結(jié)論進行發(fā)布，實現(xiàn)信息的應(yīng)用。

5 結(jié) 論

通過對PIP信息管理技術(shù)方法特點和地質(zhì)預(yù)報工作具體表現(xiàn)進行分析，在對預(yù)報方案、方法進行設(shè)計的基礎(chǔ)上，可以得出以下結(jié)論：

(1)TBM施工條件下的超前地質(zhì)預(yù)報工作中涉及信息量大、門類眾多且交互性強，加強信息管理十分重要。

(2)TBM施工速度快，若要使得地質(zhì)預(yù)報的長度與掘進速度匹配，需要提高地質(zhì)預(yù)報工作的信息管理的便捷性和高效性。

(3)項目信息門戶(PIP)技術(shù)可滿足地質(zhì)預(yù)報工作中的信息管理需求，利用該技術(shù)可以提高地質(zhì)預(yù)報的質(zhì)量和效率。