沙特NEOM隧道項(xiàng)目TDMS系統(tǒng)創(chuàng)新應(yīng)用研究*

李軼凡

(中國(guó)鐵建國(guó)際集團(tuán)有限公司,北京 100039)

0 引言

隧道數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)(tunnel data management system,TDMS)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展都比較快,尤其是近年來(lái),隨著數(shù)字化技術(shù)的快速發(fā)展和工程管理的需要,TDMS系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用和推廣。國(guó)內(nèi)越來(lái)越多的隧道工程開(kāi)始應(yīng)用TDMS系統(tǒng),如北京、廣州等城市地鐵工程已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用TDMS系統(tǒng),提高了施工效率和管理水平。此外,國(guó)內(nèi)多家高校和科研機(jī)構(gòu)也在研究TDMS系統(tǒng)的應(yīng)用,探索數(shù)字化隧道工程管理的新方法。在國(guó)際上,TDMS系統(tǒng)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用,如德國(guó)、英國(guó)、美國(guó)、加拿大等國(guó)家的地鐵和隧道工程已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用TDMS系統(tǒng),為數(shù)字化隧道工程管理提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。一些國(guó)際組織和標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)也開(kāi)始制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,推動(dòng)TDMS系統(tǒng)的國(guó)際化發(fā)展。隧道TDMS系統(tǒng)的應(yīng)用范圍和功能還需要進(jìn)一步擴(kuò)展和完善,以滿(mǎn)足不同類(lèi)型、不同需求的隧道監(jiān)測(cè)需求,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警能力還需要進(jìn)一步提高,尤其是應(yīng)對(duì)突發(fā)事件時(shí)的能力。

沙特NEOM隧道支洞項(xiàng)目包括6條支洞,總長(zhǎng)度8 415m,如圖1所示,設(shè)計(jì)為馬蹄形斷面,斷面尺寸為11.69m×8.62m,采用挪威法工藝,鉆爆法施工,隧道埋深約20～380m,施工面多、任務(wù)重,TDMS系統(tǒng)可以為隧道工程提供全生命周期的數(shù)字化管理服務(wù),包括設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測(cè)、維護(hù)等多個(gè)環(huán)節(jié),有效提高隧道工程的設(shè)計(jì)水平和施工質(zhì)量,保證工程的安全運(yùn)行。

圖1 NEOM隧道支洞分布Fig.1 Distribution of NEOM tunnel branches

1 TDMS系統(tǒng)概述

1.1 用戶(hù)登錄

TDMS系統(tǒng)允許用戶(hù)通過(guò)多種平臺(tái)進(jìn)行網(wǎng)頁(yè)訪問(wèn),其優(yōu)點(diǎn)如下:①便利性 網(wǎng)頁(yè)訪問(wèn)系統(tǒng)可以隨時(shí)隨地使用,只需具備網(wǎng)絡(luò)連接和相應(yīng)的設(shè)備。②跨平臺(tái)兼容性 網(wǎng)頁(yè)訪問(wèn)不受操作系統(tǒng)的限制,可以在不同操作系統(tǒng)上使用。③簡(jiǎn)化部署和更新 通過(guò)網(wǎng)頁(yè)訪問(wèn)可以避免用戶(hù)在用戶(hù)端安裝和配置復(fù)雜軟件,系統(tǒng)部署和更新只需要在服務(wù)器上進(jìn)行。用戶(hù)登錄是系統(tǒng)安全保障,通過(guò)驗(yàn)證登錄人員信息,系統(tǒng)管理人員可以對(duì)不同登錄人員操作權(quán)限進(jìn)行判斷,不同用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)功能模塊的操作權(quán)限不同,提高使用便捷度和系統(tǒng)安全性。

1.2 系統(tǒng)主界面

系統(tǒng)主界面展示施工區(qū)域關(guān)鍵信息,提供快捷的導(dǎo)航和操作,通過(guò)找到相應(yīng)施工板塊,更新和上傳文件數(shù)據(jù),也可以根據(jù)需要在系統(tǒng)中選擇下載內(nèi)容,網(wǎng)頁(yè)登入不僅為用戶(hù)提高辦公效率,還可以根據(jù)業(yè)主需要或者施工方自身需求,提供用戶(hù)定制和配置選項(xiàng),為用戶(hù)提供方便、直觀和個(gè)性化的體驗(yàn)。

1.3 施工日志

使用網(wǎng)頁(yè)制作施工日志具有及時(shí)性、多媒體支持、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)備份和集成性好等優(yōu)點(diǎn)。施工人員可以實(shí)時(shí)更新日志內(nèi)容,記錄最新進(jìn)展和問(wèn)題,現(xiàn)場(chǎng)人員可以使用多個(gè)設(shè)備同時(shí)進(jìn)行施工日志制作,將數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在服務(wù)器,確保數(shù)據(jù)的安全性和可靠性,可以隨時(shí)下載任意時(shí)段的施工報(bào)告,分析處理施工問(wèn)題,提高施工效率,如圖2所示。

圖2 施工日志報(bào)告Fig.2 Report of construction diary

1.4 地質(zhì)素描導(dǎo)入和生成報(bào)告

在TDMS中可以將地質(zhì)素描報(bào)告導(dǎo)入系統(tǒng)中,提高工作效率、方便數(shù)據(jù)管理和分析。地質(zhì)工程師可以及時(shí)導(dǎo)入數(shù)據(jù),現(xiàn)場(chǎng)施工人員可以登錄系統(tǒng)查看最新地質(zhì)報(bào)告,用戶(hù)可以導(dǎo)出地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,評(píng)估土壤和巖石的工程特性,有助于確保工程安全和可持續(xù)性。

1.5 超前探孔

隧道超前探孔是在進(jìn)行隧道開(kāi)挖時(shí),提前在隧道掘進(jìn)面前進(jìn)行地質(zhì)勘察和巖層探測(cè)的一種方法,主要目的是獲取隧道前方地質(zhì)信息,以便進(jìn)行合理設(shè)計(jì)和施工,確保隧道安全和穩(wěn)定。超前探孔導(dǎo)入系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于提高效率、提升準(zhǔn)確性、數(shù)據(jù)整合和一致性、數(shù)據(jù)可視化和分析、數(shù)據(jù)共享和協(xié)作以及數(shù)據(jù)備份和安全性。在TDMS超前探孔界面中,可以根據(jù)選項(xiàng)依次導(dǎo)入數(shù)據(jù),對(duì)后續(xù)圍巖情況進(jìn)行分析時(shí)可以導(dǎo)出數(shù)據(jù),有助于優(yōu)化探孔數(shù)據(jù)的處理和應(yīng)用。

1.6 3D模型加載

TDMS中的3D模型是在網(wǎng)頁(yè)中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析建模,如圖3所示,不需要AutoCAD,Revit,SketchUp等軟件,用戶(hù)界面操作簡(jiǎn)便、直觀。初學(xué)者能夠較快上手,提高工作效率。

圖3 3D模型Fig.3 3D Model

2 TDMS系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成分析

2.1 TDMS系統(tǒng)信息收集

TDMS可以直接通過(guò)網(wǎng)頁(yè)訪問(wèn),允許用戶(hù)通過(guò)多種平臺(tái)訪問(wèn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),提高辦公效率,加強(qiáng)各部門(mén)信息交流。通過(guò)收集項(xiàng)目基本數(shù)據(jù),將其鏈接在一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)資源中,對(duì)各項(xiàng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行集成化管理分析。全方位的數(shù)據(jù)集成能夠及時(shí)反饋施工面情況變化,提供信息解決方案和咨詢(xún)服務(wù),提供隧道施工安全和進(jìn)度信息,降低隧道施工經(jīng)營(yíng)成本,提高施工效率。

2.2 TDMS系統(tǒng)資源配置管理

TDMS系統(tǒng)可以有效分析出現(xiàn)場(chǎng)施工對(duì)資源配置的利用情況。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)反饋的施工日志,將人、材、機(jī)、施工內(nèi)容等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)中,系統(tǒng)數(shù)據(jù)化的分析統(tǒng)計(jì)可以將施工日志整合成圖形和表單,按照需求可以分析施工中任意時(shí)間段的施工內(nèi)容。分析循環(huán)時(shí)間、統(tǒng)計(jì)施工資源、對(duì)每個(gè)工序人、材、機(jī)進(jìn)行分析對(duì)比,找出施工進(jìn)度薄弱點(diǎn),反饋施工情況變化。TDMS的靈活性和自動(dòng)化可以大幅減少數(shù)據(jù)化管理的人員配置,為項(xiàng)目降本增效。

2.3 TDMS系統(tǒng)信息監(jiān)控

隨著測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展,隧道監(jiān)控量測(cè)也在不斷演進(jìn)和改進(jìn),傳感器技術(shù)的不斷進(jìn)步,出現(xiàn)了精度更高和多功能的傳感器,計(jì)算能力和數(shù)據(jù)處理算法的改進(jìn),對(duì)于大量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理和分析變得更加高效和精確。

監(jiān)控量測(cè)是觀察隧道沉降的重要技術(shù)手段,通常連續(xù)監(jiān)控超過(guò)某個(gè)閾值會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù),TDMS對(duì)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化序列,按時(shí)間間隔保存詳細(xì)記錄,每個(gè)區(qū)間總結(jié)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),如圖4所示。TDMS系統(tǒng)提供全面的數(shù)據(jù)支持和決策依據(jù),使得隧道監(jiān)控量測(cè)變得更加全面、高效和精確,確保隧道結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性和可持續(xù)性,并提高施工質(zhì)量和效率。

圖4 監(jiān)控量測(cè)報(bào)告Fig.4 Report of monitoring measurement

3 TDMS系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化管理

3.1 施工進(jìn)度

TDMS系統(tǒng)可以依據(jù)施工日志和衛(wèi)星地理圖形相結(jié)合,將施工進(jìn)度示意圖形象生動(dòng)、清晰直觀地展示在具體地理位置上,使各方對(duì)施工進(jìn)度有共同認(rèn)知,如圖5所示。

圖5 施工進(jìn)度示意Fig.5 Construction progress

3.2 地質(zhì)素描可視化

地質(zhì)素描在隧道施工中的重要性體現(xiàn)在地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、施工方案制定、施工進(jìn)度控制和施工安全保障等方面。地質(zhì)素描的數(shù)據(jù)導(dǎo)入TDMS系統(tǒng),可以將巖石強(qiáng)度和圍巖等級(jí)繪制為水平柱狀圖,將單個(gè)地質(zhì)素描數(shù)據(jù)匯總成圖形和表單,如圖6所示。記錄隧道施工中的地質(zhì)情況對(duì)于變更索賠具有重要意義。TDMS系統(tǒng)的信息收集和可視化保證了后續(xù)施工的可靠性和安全性。

圖6 地質(zhì)素描可視化Fig.6 Geological sketch visualization

3.3 超前探孔3D模型

超前探孔提供的地質(zhì)信息可以用于預(yù)測(cè)潛在的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn),最大程度保證施工順利進(jìn)行。TDMS不僅可以保存和處理超前探孔數(shù)據(jù),還可以和地質(zhì)素描中Q值等數(shù)據(jù)源結(jié)合起來(lái)提供一個(gè)地下結(jié)構(gòu)的立體視圖,如圖7所示,相對(duì)于傳統(tǒng)的超前探孔數(shù)據(jù)處理,TDMS可以提供一個(gè)更加直觀、全面的地下信息。

圖7 超前探孔3D模型Fig.7 3D model of advanced exploration hole

3.4 TDMS系統(tǒng)3D模型

TDMS系統(tǒng)能夠直接將隧道施工中的數(shù)字化對(duì)象進(jìn)行數(shù)字化處理,并導(dǎo)入各類(lèi)數(shù)據(jù)以創(chuàng)建模型。隧道施工中涉及的數(shù)據(jù)包括超前探孔、錨桿支護(hù)、地質(zhì)素描、斷面掃描等,將這些基本施工數(shù)據(jù)導(dǎo)入系統(tǒng)后,可以與強(qiáng)大的數(shù)據(jù)源相連,進(jìn)行可視化分析,并建立一個(gè)3D模型,其中包含了隧道施工的相關(guān)信息。使用3D模型能夠以更直觀的方式展示隧道的形狀、結(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)。用戶(hù)可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)、縮放和移動(dòng)模型,更好地理解隧道的設(shè)計(jì)和布局。3D模型具有出色的可視化效果,可用于進(jìn)行可視化分析,從而提高施工效率。在項(xiàng)目收尾階段,3D模型還可以取代BIM模型,進(jìn)行數(shù)字化交付,進(jìn)一步提升效率。

4 TDMS系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用

TDMS系統(tǒng)允許用戶(hù)通過(guò)多種平臺(tái)進(jìn)行網(wǎng)頁(yè)訪問(wèn),極大增強(qiáng)了協(xié)同共享工作、線上報(bào)表的實(shí)時(shí)性,易于搜索和過(guò)濾,實(shí)現(xiàn)了信息共享和協(xié)作、可視化展示、環(huán)保和成本控制。對(duì)于天氣和其他因素導(dǎo)致工期延后可以在日?qǐng)?bào)中進(jìn)行體現(xiàn),高效的匯總統(tǒng)計(jì)可以幫助商務(wù)部門(mén)進(jìn)行取證和索賠。在內(nèi)部使用中可以對(duì)每個(gè)工序的時(shí)間消耗進(jìn)行比對(duì),優(yōu)化資源配置,找出施工延誤的影響因素,提高施工效率,有效監(jiān)控項(xiàng)目進(jìn)度,有助于管理層做出決策和規(guī)劃。

在隧道施工中地質(zhì)素描和超前探孔的各項(xiàng)數(shù)據(jù)多、影響因素廣,對(duì)于分析地質(zhì)原因和巖層數(shù)據(jù)變化有著較大的困難。TDMS的應(yīng)用可以通過(guò)電子版的報(bào)告進(jìn)行數(shù)字化存儲(chǔ)和備份,避免紙質(zhì)報(bào)告的丟失和破損風(fēng)險(xiǎn),可以實(shí)時(shí)更新和編輯、具有可交互性,易于分享和傳播,數(shù)據(jù)采集精準(zhǔn),將影響地質(zhì)因素的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化分析,提高數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、精準(zhǔn)性和可操作性,為隧道爆破設(shè)計(jì)、提高圍巖質(zhì)量、對(duì)比分析招標(biāo)文件中的地質(zhì)勘察報(bào)告提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐,為地質(zhì)索賠提供強(qiáng)有力的證據(jù)。

在實(shí)際施工中,TDMS也對(duì)隧道監(jiān)控量測(cè)提供更加精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)分析,測(cè)量員利用PC端通過(guò)遠(yuǎn)程訪問(wèn)將監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)絋DMS中,系統(tǒng)可以根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)沉降進(jìn)行分析,將每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)按照日、周、月進(jìn)行分析匯總,現(xiàn)場(chǎng)施工人員可以通過(guò)沉降數(shù)據(jù)判斷隧道施工中的風(fēng)險(xiǎn)情況。系統(tǒng)也可以根據(jù)沉降規(guī)范要求設(shè)置風(fēng)險(xiǎn)提示線,一旦沉降超過(guò)規(guī)定數(shù)值系統(tǒng)進(jìn)行安全警示,保障安全生產(chǎn)。TDMS在3D模型交付中也有著廣泛運(yùn)用,傳統(tǒng)的3D模型需要通過(guò)專(zhuān)業(yè)的軟件進(jìn)行建模,操作人員還需要有一定的專(zhuān)業(yè)知識(shí),使用TDMS只需將3D模型所需測(cè)量數(shù)據(jù)導(dǎo)入系統(tǒng)中即可生成3D模型,廠家也可根據(jù)不同項(xiàng)目交付模型的要求定制不同的系統(tǒng)數(shù)據(jù),簡(jiǎn)單方便、可操作性強(qiáng)。

5 結(jié)語(yǔ)

NEOM隧道項(xiàng)目中TDMS的成功應(yīng)用證明了其在隧道施工實(shí)踐方面的有效性和潛力。允許用戶(hù)通過(guò)多種平臺(tái)直接訪問(wèn)網(wǎng)頁(yè)TDMS系統(tǒng),提高用戶(hù)的使用體驗(yàn),加強(qiáng)各部門(mén)信息交流。對(duì)人、材、機(jī)、施工內(nèi)容等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)化分析統(tǒng)計(jì),通過(guò)可視化的方式呈現(xiàn),直觀展示了數(shù)據(jù)之間的邏輯關(guān)系,及時(shí)反饋施工面情況,提高施工效率。

將基本施工數(shù)據(jù)如超前探孔、錨桿支護(hù)、地質(zhì)素描、斷面掃描等導(dǎo)入系統(tǒng),通過(guò)數(shù)字化處理和可視化分析,建立3D模型,更直觀展示隧道的形狀、結(jié)構(gòu)和復(fù)雜細(xì)節(jié)。在項(xiàng)目結(jié)束階段數(shù)字化交付3D模型的能力進(jìn)一步簡(jiǎn)化了整個(gè)項(xiàng)目的工作流程。