隧道工程中的機電施工信息化管理

楊曉波

（河北交通投資集團有限公司，石家莊 050091）

1 引言

機電設備安裝施工是隧道工程建設與實施中的重要環(huán)節(jié)，由于隧道工程相較于其他工程而言具有鮮明的特殊性，例如，整個工程建設位于地下，深受隧道途經(jīng)區(qū)域工程地質(zhì)條件與水文條件的影響，施工作業(yè)面較窄、運行環(huán)境復雜且惡劣，隧道工程有賴于完善的機電設備系統(tǒng)為隧道的實施與后續(xù)投運發(fā)揮通風、通行、照明、防滲透等功能與效用，保障隧道工程的有序建設與安全投運[1]。 當前計算機技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)以及自動化控制技術(shù)等的發(fā)展催生出了大量的機電設備， 隧道工程建設時需對各類用于照明、通風、防滲、消防預警等功能的機電設備加以集成與管理， 依托信息化技術(shù)動態(tài)管控機電設備的運行參數(shù)、工況與運行狀態(tài)，對機電設備運行過程中存在的故障信號進行及時的捕捉與運維養(yǎng)護， 充分發(fā)揮機電設備的各項功能，為隧道通行提供安全、可靠的行駛環(huán)境。

2 隧道工程中的機電施工概述

2.1 隧道工程中的機電施工內(nèi)容

機電工程是隧道工程的一項子工程， 包含了保障隧道安全通行的各個機電設備及其綜合監(jiān)管平臺， 利用綜合監(jiān)管平臺統(tǒng)籌管理、 動態(tài)管控同一通信網(wǎng)絡下各機電設備的運行狀況，切實發(fā)揮機電工程系統(tǒng)照明、通風、預警等作用。 從系統(tǒng)構(gòu)成來看，機電工程包括綜合監(jiān)管平臺、通風系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等，其中，通風系統(tǒng)用于加速隧道內(nèi)的空氣流通以及隧道內(nèi)外的氣流交換， 以免相對封閉的隧道環(huán)境內(nèi)空氣流通不暢、空氣質(zhì)量不高，危及隧道通行人員的健康。 通風系統(tǒng)的安裝是在隧道相關位置安裝風機， 通過風機的大功率運行將隧道內(nèi)的煙霧、灰塵等有害氣體排到隧道以外，并將隧道外的新鮮空氣引流到隧道內(nèi)， 保持隧道內(nèi)的空氣流通與質(zhì)量穩(wěn)定[2]；消防系統(tǒng)用于對隧道內(nèi)的火災情況進行預警與滅除， 消防系統(tǒng)施工是在隧道內(nèi)安裝煙感器、溫度傳感器、紅外傳感器等設備， 對隧道相對封閉空間內(nèi)的煙霧濃度、 溫度等進行動態(tài)感知，利用消防預警算法科學分析與研判隧道內(nèi)的火情信息，并控制隧道頂部的供水設備與消防設施及時開啟、噴水、滅火[3]；照明系統(tǒng)用于為隧道通行提供適宜的光照與亮度， 隧道照明系統(tǒng)需根據(jù)不同的照明需求選擇適宜的照明設備， 保障車輛的通行照明；綜合監(jiān)控平臺則是對所有子系統(tǒng)布設、安裝的機電設備以及隧道內(nèi)的車輛、人員、環(huán)境等進行全面監(jiān)管的平臺，其高度集成網(wǎng)絡管理、有線廣播、緊急電話、交通監(jiān)控等，為隧道管理人員提供一體化的監(jiān)管渠道[4]。 隧道工程中機電施工時需利用高壓線將電源引至隧道洞口或洞內(nèi)變電站， 再進行二次布線，為各類機電設備的運行以及設備動態(tài)監(jiān)管應用供電。

2.2 隧道工程中的機電施工特點

隧道工程中的機電施工相較于其他工程（如土建工程）而言，具有更加顯著的復雜性、專業(yè)性、投資大、工期緊湊等特點。 （1）隧道內(nèi)環(huán)境封閉且完全位于地下，有賴于眾多的機電設備照明、通風、消防預警等，需要在同一通信網(wǎng)絡環(huán)境下完成眾多專業(yè)性機電設備的安裝、 調(diào)試以及集成管理， 科學布線、合理配置網(wǎng)絡資源與電力資源，工程實施標準較高。 （2）機電設備的費用通常較高，安裝、調(diào)試以及后續(xù)的維修保養(yǎng)工作耗時耗力，尤其是機電設備出現(xiàn)故障后，隧道管理方將投入大量的資金進行維修或更換，是隧道工程中典型的資金密集型子工程。（3）隧道工程中的機電設備眾多，每個機電設備的安裝調(diào)試均需要大量的時間， 機電設備還需通過通信網(wǎng)絡連接到綜合監(jiān)控平臺中，各個子系統(tǒng)、設備之間的連接與控制關系復雜、機電控件眾多，給機電工程施工與調(diào)試帶來諸多挑戰(zhàn)[5]。 尤其在信息化與智能化技術(shù)日益發(fā)達的現(xiàn)代社會，高精尖的機電設備安裝調(diào)試以及運維養(yǎng)護過程對人員的專業(yè)素養(yǎng)要求更高。

2.3 隧道工程中的機電施工現(xiàn)狀

機電工程施工質(zhì)量是保證隧道工程投運安全性與可靠性的關鍵要素， 當前機電工程領域?qū)τ谑┕ぜ夹g(shù)與驗收標準有相對成熟的標準與規(guī)范。（1）機電工程中涉及的機電設備眾多，專業(yè)性與復雜性各異，且在設備智能化升級的大潮流下，機電設備的安裝調(diào)試以及后期運維養(yǎng)護的難度更高，不少標準與規(guī)范未能及時跟進與更新，導致一些機電設備安裝調(diào)試與運維養(yǎng)護時缺乏相關參照依據(jù)。 （2）機電設備的更新?lián)Q代速度較快，而安裝調(diào)試與運維管養(yǎng)的工作人員在專業(yè)技能與綜合素養(yǎng)方面提升不夠，未能與時俱進地融入機電設備升級步驟中，導致安裝過程中某些工藝或細節(jié)把握不到位， 機電設備后期運行存在質(zhì)量隱患， 在一定程度上增加了機電設備的后期返工與返修率。 （3）機電工程是隧道工程的一個子工程，在施工時與其他工程，如土建工程等，同步實施，在相對狹窄的作業(yè)面內(nèi)交叉作業(yè)，也在一定程度上增加了機電工程施工的難度。

3 隧道工程中機電施工信息化管理體系

3.1 信息化管理形式

隧道工程中機電信息化管理是以通信網(wǎng)絡為連接載體，有機關聯(lián)隧道內(nèi)的機電設備，并將機電設備作為下位機，實時采集隧道內(nèi)的人員數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、車輛數(shù)據(jù)等，經(jīng)通信網(wǎng)絡傳輸至綜合監(jiān)管平臺后進行智能化解析，動態(tài)、自動分析當前隧道內(nèi)的人員異常、車輛通行異常、空氣質(zhì)量異常、溫度異常（火情）等，并控制下位機中的消防設施、通風設施等，及時啟動做好消防滅火與通風處置。 將這一信息化管理形式引入機電工程施工過程中，充分運用隧道工程土建施工時在各個片區(qū)布設的視頻監(jiān)控設備，在施工現(xiàn)場補充、增加一些傳感器設備，如溫濕度傳感器、揚塵監(jiān)測傳感器、感煙器等，對機電施工現(xiàn)場的空氣質(zhì)量、空氣流通速度、溫度、煙霧狀況等進行全面監(jiān)測，結(jié)合視頻監(jiān)控設備采集到的現(xiàn)場視頻，對機電施工現(xiàn)場人員、環(huán)境等進行動態(tài)監(jiān)管，將監(jiān)管數(shù)據(jù)接入BIM 平臺中，實現(xiàn)以人為抓手的機電施工質(zhì)量與施工進度同步管理模式。 例如，通過對視頻監(jiān)控中的人員進行人臉識別與智能分析， 從視頻監(jiān)控中篩選出未佩戴安全頭盔的機電施工人員，及時利用隧道內(nèi)的有線廣播加以通報提醒； 通過各類傳感器實時監(jiān)測空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)，自動分析空氣質(zhì)量狀況以及有害氣體濃度，一旦濃度達到預警值，則及時利用隧道內(nèi)的有線廣播通知所有施工人員撤離。 上述信息化管理形式在隧道工程機電施工中的應用可以切實提高機電施工的安全性，保護施工人員的人身安全。

3.2 信息化管理的作用

信息化管理形式在隧道工程機電施工中充分利用了各類傳感器設備，動態(tài)感知施工現(xiàn)場的人員、環(huán)境、車輛等信息，并通過通信網(wǎng)絡實現(xiàn)傳感器采集數(shù)據(jù)的共享， 助力機電施工的智能化分析，有效克服了傳統(tǒng)以人工監(jiān)測機電施工進度、施工質(zhì)量、保障施工安全的管理模式，實現(xiàn)了對隧道內(nèi)施工作業(yè)以及后期投運時車輛通行的全天候、全過程監(jiān)管；機電施工的信息化管理也可以大幅度減少施工人員的作業(yè)成本， 依托通信網(wǎng)絡，施工人員可遠程操控隧道內(nèi)的機電設備，動態(tài)抓取其歷史運行數(shù)據(jù)與運行工況數(shù)據(jù)，根據(jù)機電設備運維養(yǎng)護的需要，實時調(diào)整機電設備的運行參數(shù)與運行狀態(tài)， 實現(xiàn)對機電設備的遠程操控； 在機電設備歷史采集數(shù)據(jù)以及歷史工況數(shù)據(jù)調(diào)取的基礎上， 機電施工人員還可以智能化地分析機電設備在某一時期內(nèi)的運行情況，尤其是在機電設備發(fā)生故障時，利用其故障前的運行情況與數(shù)據(jù)采集情況， 可以輔助施工人員科學研判機電設備故障發(fā)生的原因； 對于機電設備運行過程中采集的隧道內(nèi)人員、環(huán)境、車輛等歷史數(shù)據(jù)，可以利用過濾算法等對歷史數(shù)據(jù)進行預處理，經(jīng)由數(shù)據(jù)自動分類、智能分析，為機電施工過程提供可靠的數(shù)據(jù)源。

4 加強隧道工程機電施工信息化管理的舉措

4.1 構(gòu)建清晰的責任體系，做好信息資源共享

隧道工程機電施工信息化管理的成效在一定程度上取決于管理責任體系是否清晰、健全，由于隧道工程中的機電設備眾多，安裝施工與運維養(yǎng)護工作量較大，需要對機電設備的施工管理工作進行責任劃分，結(jié)合隧道運管部門的工作職責，將具體的施工安裝與運維養(yǎng)護工作落實到具體部門中，以科學、明晰的分工切實提高各專業(yè)部門在機電設備安裝施工以及后期運維養(yǎng)護中的投入度與專注度， 保證隧道中機電設備的高效、可靠運行。 此外，隧道工程的機電施工管理以及后期的運維養(yǎng)護是一個系統(tǒng)性工程，前期的安裝、調(diào)試與后期運維、養(yǎng)護之間存在著天然的連接關系， 部門之間應做好同一機電設備安裝、調(diào)試相關數(shù)據(jù)與后期運維、養(yǎng)護相關數(shù)據(jù)的共建、共享工作，為機電設備的日常檢修、故障維修等提供可靠的歷史數(shù)據(jù)支持。 綜合監(jiān)管平臺與各機電工程子系統(tǒng)之間也存在著緊密的關聯(lián)關系，在同一個通信網(wǎng)絡下，機電設備的控件多且復雜， 排查機電工程問題時需要同時關聯(lián)排查相關的機電設備，因此，應做好機電設備運行工況數(shù)據(jù)的共享工作，提高機電施工與運維管理的成效。

4.2 構(gòu)建完整的機電設備維護標準，實現(xiàn)維護工作量化

機電設備更新升級速度較快， 而隧道工程機電施工中未能及時、動態(tài)更新相關機電設備的技術(shù)規(guī)范與維護標準，不利于機電施工信息化管理的量化實施，因此，需針對隧道工程中所使用機電設備的性能參數(shù)、使用特點、技術(shù)標準等科學制訂機電設備運維、養(yǎng)護方案，構(gòu)建機電設備運維、養(yǎng)護工作量評價指標，對運維、養(yǎng)護的結(jié)果進行量化評價。 同時，在機電設備維護模式中，要充分引入預防維護與動態(tài)維護機制，充分運用信息化技術(shù)對機電設備的運行狀態(tài)進行動態(tài)跟蹤、 實時采集與智能分析， 預判機電設備可能存在的故障風險點并加以干預與處置，提高機電設備故障預防的精準性，減少機電設備故障給隧道通行安全帶來的風險。

4.3 提升維護管理人員專業(yè)素養(yǎng)，保障維護持續(xù)有序

在隧道工程機電設備的維護管理過程中， 維護管理人員的專業(yè)素養(yǎng)發(fā)揮著關鍵作用， 只有不斷提升維護管理人員的專業(yè)素養(yǎng)，強化維護管理意識，才能促使其自覺主動地投身于維護管理過程中。 因此，有必要提升維護管理人員的素養(yǎng)，依托科學完善的培訓教育體系， 積極引入機電設備更新升級的新技術(shù)、新知識以及設備維修養(yǎng)護的新方法、新工具，切實提升維護人員的專業(yè)技能與綜合素質(zhì)。 與此同時，在對人員培訓教育過程中，還應該加強對人員的考核管理，不斷提升維護管理人員的準入門檻，全面加強業(yè)務考核以及績效考核。

5 結(jié)語

隧道工程中的機電施工是依托信息化技術(shù)協(xié)同集成與動態(tài)管控照明、通風、防滲、消防預警等功能的機電設備，為隧道安全可靠投運提供全天候的監(jiān)控與管理平臺。 機電施工信息化管理充分利用各類傳感器設備，動態(tài)感知施工現(xiàn)場的人員、環(huán)境、車輛等信息，并通過通信網(wǎng)絡實現(xiàn)傳感器采集數(shù)據(jù)的共享，助力機電施工的智能化分析。 與此同時，應積極引進新技術(shù)，根據(jù)實際情況改造和升級安全管理方式，注重隱患的排查與預判，動態(tài)抓取其歷史運行數(shù)據(jù)與運行工況數(shù)據(jù)，根據(jù)機電設備運維養(yǎng)護的需要， 實時調(diào)整機電設備的運行參數(shù)與運行狀態(tài)，實現(xiàn)對機電設備的遠程操控，逐步建立更加完善的隧道機電施工的安全管理體系。