鐵路隧道施工建設(shè)的信息化管理

李景朝

鐵路隧道工程施工建設(shè)的信息化管理是實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程的全方位管理、提高工程建設(shè)安全性的有效管理模式。本文以某隧道為例，針對(duì)工程施工難點(diǎn)，分析信息化管理平臺(tái)建設(shè)的主要模塊應(yīng)用，以及基于BIM技術(shù)應(yīng)用實(shí)施方案。旨在為類似工程管理提供參考。

一、引言

鐵路施工的信息化建設(shè)發(fā)展已然成為現(xiàn)代鐵路發(fā)展的主要趨勢(shì)，強(qiáng)化信息技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于鐵路工程建設(shè)質(zhì)量提升具有重要意義。

隨著我國(guó)鐵路建設(shè)工程規(guī)模的不斷擴(kuò)大，隧道工程項(xiàng)目也隨之增多，而施工過(guò)程中面臨的不良地質(zhì)條件、有害氣體威脅等施工難點(diǎn)也隨之增多。隧道施工存在各種潛在的自然災(zāi)害隱患，為此，為合理控制隧道工程質(zhì)量和安全控制，信息化管理成為必然選擇。當(dāng)前新奧法施工工藝已然成為隧道應(yīng)對(duì)不良地質(zhì)體等施工難點(diǎn)的一種有效施工方法，是集設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)測(cè)三位一體的動(dòng)態(tài)施工模式，而信息化施工管理是新奧法設(shè)計(jì)施工過(guò)程中的一個(gè)必不可少的部分，通過(guò)對(duì)隧道施工各階段監(jiān)控量測(cè)，對(duì)圍巖應(yīng)力條件等進(jìn)行信息監(jiān)測(cè)，并基于此對(duì)施工工藝進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，進(jìn)而達(dá)到隧道施工質(zhì)量控制的目的。

二、工程概況

某隧道全長(zhǎng)4373m，進(jìn)口海拔約956m，出口海拔約908m。平行導(dǎo)坑位于隧道線路前進(jìn)方向左側(cè)，平導(dǎo)與線路左線線間距為30m。平導(dǎo)起始里程PD97+980=正洞DK97+980，終點(diǎn)里程為PDK98+826，全長(zhǎng)846m。該隧道設(shè)置1平導(dǎo)的輔助坑道方案，按進(jìn)口、出口平導(dǎo)2個(gè)工區(qū)2個(gè)工作面組織平行施工。隧道穿越地層為粉砂質(zhì)頁(yè)巖、凝灰質(zhì)砂巖、炭質(zhì)頁(yè)巖等。地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，不良地質(zhì)為重力不良地質(zhì)（危巖落石、巖堆、滑坡、巖爆、邊坡順層），且為低微瓦斯隧道，安全風(fēng)險(xiǎn)高，施工難度大，是本標(biāo)段的重難點(diǎn)工程。為了保證隧道施工的安全穩(wěn)定，設(shè)計(jì)采用新奧法組織施工，將超前的地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作作為工藝施工的首個(gè)環(huán)節(jié)，并堅(jiān)持以地質(zhì)探測(cè)和預(yù)報(bào)為前提、新奧法施工為主、強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控為依據(jù)的施工原則，并基于此構(gòu)建科學(xué)完善的信息化施工管理體系，通過(guò)對(duì)信息、數(shù)據(jù)的綜合分析和處理，實(shí)行動(dòng)態(tài)管理信息化施工。

三、信息化管理平臺(tái)的主要模塊應(yīng)用

信息化管理平臺(tái)的信息化模塊，主要部署綜合管理、現(xiàn)場(chǎng)管理、過(guò)程管理三個(gè)板塊進(jìn)行建設(shè)。以“先進(jìn)、實(shí)用、簡(jiǎn)便、全覆蓋”為原則，依托先進(jìn)的管理理念，通過(guò)在現(xiàn)代信息技術(shù)中植入先進(jìn)的管理模式，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程、全方位掌控鐵路工程建設(shè)的進(jìn)度、質(zhì)量、安全、投資等建設(shè)情況。

（一）資料管理系統(tǒng)，建立涵蓋建設(shè)管理資料、施工過(guò)程資料、驗(yàn)收資料、竣工驗(yàn)收資料等電子文件信息，實(shí)現(xiàn)資料的安全儲(chǔ)存、高效共享、規(guī)范管理，實(shí)現(xiàn)OA辦公系統(tǒng)、電子施工日志、檢驗(yàn)批數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)自動(dòng)存儲(chǔ)到資料管理系統(tǒng)的功能，實(shí)現(xiàn)竣工資料的實(shí)時(shí)整理功能。

（二）勞務(wù)用工管理系統(tǒng)，系統(tǒng)的主要作用是為了輔助施工單位對(duì)項(xiàng)目施工人員進(jìn)行日常管理，管理系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置的施工人員相關(guān)電子檔案、工資薪酬、人員日?？记诮y(tǒng)計(jì)，以及外委勞務(wù)的公司管理等行為管理體系，可以為施工單位及施工人員提供更為全面的勞務(wù)管理報(bào)表，為日常人員管理、勞務(wù)監(jiān)督檢查、勞務(wù)糾紛等提供更為科學(xué)完善的信息憑證，同時(shí)保障勞務(wù)人員的合法權(quán)益，穩(wěn)定施工隊(duì)伍。

（三）施工組織管理系統(tǒng)，對(duì)接鐵路工程管理平臺(tái)，通過(guò)自動(dòng)關(guān)聯(lián)電子施工日志和圖形化周報(bào)的進(jìn)度數(shù)據(jù)，推演出工期斜率圖，自動(dòng)比對(duì)實(shí)施性施工組織設(shè)計(jì)確定的進(jìn)度計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)工程進(jìn)度預(yù)警分析，強(qiáng)化施工組的“紅線”管理。進(jìn)場(chǎng)后，應(yīng)立即組織開(kāi)展機(jī)構(gòu)信息初始化、EBS分解等工作，在工程實(shí)施階段，根據(jù)預(yù)警分析情況，及時(shí)調(diào)整資源配置，確保落實(shí)施工組節(jié)點(diǎn)工期。

（四）試驗(yàn)室系統(tǒng)，萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、壓力機(jī)需全部納入信息化監(jiān)管，包含鋼筋原材料、焊接試驗(yàn)、混凝土試件、水泥試件以及鋼絞（絲）等材料的力學(xué)試驗(yàn)。按照驗(yàn)標(biāo)規(guī)定的試驗(yàn)頻次進(jìn)行試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)和分析，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)報(bào)告、記錄自動(dòng)生成，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上傳功能，報(bào)警閉環(huán)管理功能。進(jìn)場(chǎng)后即組織實(shí)施，在試驗(yàn)室驗(yàn)收前完成信息系統(tǒng)的建設(shè)。人員配置不滿足要求，未安裝試驗(yàn)信息化終端軟件，或不能成功向工程管理平臺(tái)上傳輸數(shù)據(jù)的試驗(yàn)室均不得驗(yàn)收通過(guò)。

（五）混凝土拌和站全部應(yīng)用信息化系統(tǒng)，對(duì)混凝土拌和時(shí)間、材料配比偏差等數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、上傳、分析、報(bào)警。進(jìn)場(chǎng)后即組織實(shí)施，在拌和站驗(yàn)收前完成信息系統(tǒng)的建設(shè)。人員配置不滿足要求，未安裝試驗(yàn)信息化終端軟件，或不能成功向工程管理平臺(tái)上傳輸數(shù)據(jù)的試驗(yàn)室均不得驗(yàn)收通過(guò)。

（六）沉降變形觀測(cè)系統(tǒng)，沉降變形觀測(cè)工作均需應(yīng)用該系統(tǒng)。利用手持終端或手機(jī)APP軟件通過(guò)藍(lán)牙連接電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量及平差計(jì)算，實(shí)現(xiàn)外業(yè)測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、完整加密發(fā)送、測(cè)點(diǎn)變形實(shí)時(shí)預(yù)警。進(jìn)場(chǎng)后，應(yīng)結(jié)合工程特點(diǎn)編制詳細(xì)的沉降變形觀測(cè)專項(xiàng)實(shí)施細(xì)則，經(jīng)審批后，隨工程項(xiàng)目推進(jìn)逐步實(shí)施。

（七）視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)接鐵路工程管理平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的重點(diǎn)環(huán)節(jié)、重點(diǎn)區(qū)域、重點(diǎn)部位等進(jìn)行全覆蓋全天候的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并對(duì)環(huán)節(jié)的把控實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程盯控和錯(cuò)誤糾正，可視化、無(wú)死角、全天候的監(jiān)控系統(tǒng)，有效降低了現(xiàn)場(chǎng)路途和費(fèi)用成本，提高了重點(diǎn)工作安排執(zhí)行的實(shí)效性，省人、省時(shí)、省力、省錢，即時(shí)掌握人員生產(chǎn)、活動(dòng)及周圍環(huán)境等圖像信息，遠(yuǎn)程診斷和應(yīng)急指揮。

（八）電子施工日志系統(tǒng)，對(duì)接鐵路工程管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)進(jìn)度、質(zhì)量、安全等電子施工日志的即時(shí)填報(bào)。施工單位進(jìn)場(chǎng)后應(yīng)立即組織開(kāi)展機(jī)構(gòu)信息初始化、EBS分解等工作，工程開(kāi)工前具備電子施工日志的實(shí)時(shí)上報(bào)功能。

（九）檢驗(yàn)批管理系統(tǒng)，依據(jù)鐵路工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，提供檢驗(yàn)批收集、分析及跟蹤功能，實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程質(zhì)量控制、質(zhì)量驗(yàn)收和資料管理。

（十）驗(yàn)工計(jì)價(jià)系統(tǒng)，鐵路工程建設(shè)項(xiàng)目驗(yàn)工計(jì)價(jià)系統(tǒng)面向建設(shè)單位、監(jiān)理單位、施工單位用戶，以信息化手段和云存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)驗(yàn)工計(jì)價(jià)數(shù)據(jù)的填報(bào)、審批和管理，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)查詢進(jìn)度、自動(dòng)匯總形成報(bào)表，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上審批流程，加快計(jì)價(jià)審批。

四、BIM技術(shù)應(yīng)用實(shí)施方案

建筑信息化模型（BIM）是一種數(shù)字信息的應(yīng)用，支持信息化管理體系下工程施工的信息化集成管理體系環(huán)境，目的是提升項(xiàng)目工程各個(gè)施工環(huán)節(jié)效率和消除隱患風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)一步提高施工質(zhì)量。依據(jù)某隧道施工理念及面臨的難點(diǎn)問(wèn)題，通過(guò)采用BIM技術(shù)，構(gòu)建全生命周期管理系統(tǒng)，對(duì)隧道從設(shè)計(jì)、施工、竣工的整個(gè)流程進(jìn)行全方位的診斷和管理，采用多兼容的強(qiáng)大體系內(nèi)構(gòu)兼容制圖軟件、可視化監(jiān)控體系、參數(shù)化數(shù)據(jù)診斷、GIS地理信息系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信等多種數(shù)字技術(shù)方法對(duì)隧道施工的全生命周期建設(shè)、施工運(yùn)營(yíng)、管理決策等進(jìn)行管理指導(dǎo)，從而實(shí)現(xiàn)提升施工效率、降低施工風(fēng)險(xiǎn)、保障施工穩(wěn)定、控制工程成本等多項(xiàng)目標(biāo)。除此之外，針對(duì)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)能力，為施工建設(shè)單位提供更為直觀的理解性設(shè)計(jì)意圖、各環(huán)節(jié)施工分析的相關(guān)模型構(gòu)建、工程材料統(tǒng)計(jì)等信息。

（一）施工方案模擬優(yōu)化

通過(guò)BIM模型進(jìn)行工程量計(jì)算，直觀地體現(xiàn)成本偏差，為工程施工工藝的選擇提供理論依據(jù)。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析，對(duì)施工設(shè)計(jì)成本投入與實(shí)際成本投入進(jìn)行對(duì)比分析和動(dòng)態(tài)管理，當(dāng)計(jì)劃工程量與實(shí)際工程量發(fā)生的偏差達(dá)到或超過(guò)閾值，及時(shí)發(fā)出成本預(yù)警，查找原因并加以改進(jìn)，防患于未然。在BIM模型中利用軟件自動(dòng)生成工程量，通過(guò)材料統(tǒng)計(jì)，自動(dòng)生成材料清單。通過(guò)模型碰撞檢查，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工設(shè)計(jì)方案中存在的關(guān)于工程結(jié)構(gòu)、設(shè)備管線、施工環(huán)節(jié)等相關(guān)問(wèn)題和漏洞進(jìn)行查缺，并可以實(shí)時(shí)導(dǎo)出相關(guān)檢查報(bào)告，為設(shè)計(jì)優(yōu)化提出有效建議，從設(shè)計(jì)層面為施工質(zhì)量的把控，以及后期施工過(guò)程中可能存在的影響施工質(zhì)量和成本損耗的問(wèn)題進(jìn)行糾正和消除。

（二）進(jìn)度優(yōu)化

施工進(jìn)度優(yōu)化，主要是通過(guò)BIM和模擬技術(shù)，結(jié)合系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工條件、勞務(wù)人員等進(jìn)行的超前預(yù)判和模擬，可以實(shí)現(xiàn)時(shí)間維度上的施工進(jìn)度模擬，該模擬是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況不斷推演重復(fù)模擬優(yōu)化的過(guò)程，最終目的是達(dá)到工程施工資源的最大化優(yōu)化配置。第一，從時(shí)間上可以根據(jù)項(xiàng)目施工進(jìn)度按照天、周、月等時(shí)間節(jié)點(diǎn)對(duì)工程施工的進(jìn)度進(jìn)行推演模擬，并且結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況和施工進(jìn)度對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，并且對(duì)動(dòng)態(tài)調(diào)整的原因進(jìn)行分析，評(píng)判施工方案存在的不足，從而進(jìn)行施工方案優(yōu)化調(diào)整。第二，除了對(duì)整個(gè)施工進(jìn)度進(jìn)行模擬外，還實(shí)現(xiàn)了對(duì)重點(diǎn)區(qū)域、重點(diǎn)環(huán)節(jié)、重點(diǎn)時(shí)間節(jié)點(diǎn)等進(jìn)行更為細(xì)化、更為精確的可視化推演模擬，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)施工重點(diǎn)工序、工藝等多方面施工方案的優(yōu)化調(diào)整。

（三）成本管控—多維度數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)短周期的多算對(duì)比及數(shù)據(jù)共享

通過(guò)BIM提供的數(shù)據(jù)空間和客戶共享平臺(tái)，根據(jù)設(shè)置的查詢權(quán)限實(shí)現(xiàn)對(duì)工程施工各項(xiàng)環(huán)節(jié)、各類數(shù)據(jù)的多維度信息數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)查詢和共享分析，可以滿足不同管理人員不同崗位和不同專業(yè)數(shù)據(jù)需求檢索要求。

（四）施工階段BIM應(yīng)用內(nèi)容

施工階段的BIM技術(shù)應(yīng)用主要體現(xiàn)在對(duì)施工過(guò)程中的施工進(jìn)度、人力物力、設(shè)備，以及施工質(zhì)量、現(xiàn)場(chǎng)安全管理等多類型信息的動(dòng)態(tài)優(yōu)化管理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)施工階段不同時(shí)間段的施工信息的推演模擬和技術(shù)方案優(yōu)化調(diào)整，切實(shí)提高工程質(zhì)量和綜合效益。

1.施工現(xiàn)場(chǎng)管理的應(yīng)用，主要是基于系統(tǒng)提供的各類施工參數(shù)的可視化進(jìn)行的，通過(guò)可視化的形式為施工人員提供更為直觀明了的施工參數(shù)布局，施工人員可以通過(guò)參數(shù)布局對(duì)各階段、各場(chǎng)景施工場(chǎng)地進(jìn)行轉(zhuǎn)換，結(jié)合施工理念對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行及時(shí)有效優(yōu)化。

2.施工現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)源辨識(shí)，安全負(fù)責(zé)人和安全管理人員通過(guò)BIM模型提前進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和措施制定，提前在模型中模擬安全防護(hù)布置。

3.施工模擬動(dòng)畫，通過(guò)BIM模型進(jìn)行施工動(dòng)畫模擬，不斷優(yōu)化施工技術(shù)方案。

4.技術(shù)交底，通過(guò)BIM模型對(duì)復(fù)雜的，難以用口頭敘述及二維平面形式交底的分部工程的技術(shù)控制要點(diǎn)、難點(diǎn)進(jìn)行可視化交底。

5.深化設(shè)計(jì)的應(yīng)用，在設(shè)計(jì)BIM模型基礎(chǔ)上，對(duì)復(fù)雜的技術(shù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行深化，滿足施工進(jìn)度模擬、三維可視化技術(shù)交底及電子施工日志進(jìn)度數(shù)據(jù)采集需要。

（五）BIM模型完成施工模擬

BIM施工模型的構(gòu)建以及施工模擬，通過(guò)對(duì)工程施工前的設(shè)計(jì)進(jìn)行施工與模擬，對(duì)設(shè)計(jì)中可能存在的施工質(zhì)量、施工成本、安全管理等多個(gè)方面的問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)預(yù)警，從而為施工設(shè)計(jì)提供更為優(yōu)化的建議。在工程建造階段，對(duì)人、環(huán)、機(jī)、物等多方面的施工過(guò)程進(jìn)行重復(fù)模擬試驗(yàn)，結(jié)合系統(tǒng)本身強(qiáng)大的模擬仿真技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工程的整體評(píng)價(jià)和優(yōu)化，為工程施工提供更為可控、成本低、風(fēng)險(xiǎn)低、效率高的施工方案。通過(guò)在施工過(guò)程中施工數(shù)據(jù)的不斷收集和重復(fù)模擬，對(duì)施工方案進(jìn)行不斷優(yōu)化調(diào)整，對(duì)各環(huán)節(jié)、各單元的施工信息進(jìn)行分析，指導(dǎo)管理者對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行決策、控制和優(yōu)化。

結(jié)語(yǔ)：

隧道施工的信息化管理建設(shè)是保證隧道施工進(jìn)度控制、安全控制、質(zhì)量控制、成本控制的有效途徑，也是鐵路信息化建設(shè)的總體要求，對(duì)于隧道施工過(guò)程中面臨的不良地質(zhì)構(gòu)造、瓦斯等有害氣體等難題，工程的信息化管理尤為重要。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)等信息數(shù)據(jù)，通過(guò)信息化平臺(tái)對(duì)工程施工的各類生產(chǎn)要素合理配置、工藝的不斷調(diào)整優(yōu)化提供決策依據(jù)，并且實(shí)現(xiàn)對(duì)重點(diǎn)工點(diǎn)、關(guān)鍵部位、關(guān)鍵工序的有效管控，不斷提升隧道工程質(zhì)量。