高速公路隧道施工信息管理系統(tǒng)BIM應用研究

高速公路隧道施工信息管理系統(tǒng)BIM應用研究

Summary：目前，基于BIM的隧道施工信息管理系統(tǒng)主要針對隧道工程施工進度和施工質(zhì)量進行管理，將隧道施工安全、進度、質(zhì)量和成本等信息集合形成完整系統(tǒng)則有待深入研究，本文對此試作有益探討。Keys：BIM；隧道信息化；施工管理系統(tǒng)一、概述近年來，我國交通基礎設施建設大發(fā)展，隧道工程不斷延伸，已是當之無愧的公路隧道大國。與傳統(tǒng)的工程項目相比，隧道的地質(zhì)環(huán)境更為復雜，地質(zhì)信息難以完全掌握。此外，由于項目參與者之間缺乏信息共享，信息管理方式落后，隧道建設存在不確定性和建設風險。建筑行業(yè)中的建筑信息建模(BIM)融合了物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等一系列先進的信息技術，幾乎可以覆蓋整個項目生命周期中建筑所需的所有信息。BIM技術在隧道及地下工程等基礎設施工程建設中的應用尚處于發(fā)展階段，未來具有很大的應用潛力。在隧道施工階段，將生成工程文件、隧道分析、現(xiàn)場測量和工程狀態(tài)報告等數(shù)據(jù)。通常，項目參與者之間的數(shù)據(jù)交換是手動完成的。然而，這些信息是高度相互依賴的，需要通過媒介進行集成。BIM可以為隧道等復雜項目提供集成和協(xié)作平臺。目前，國內(nèi)不少學者對隧道工程信息化建設進行了一系列的研究?；贐entley系列軟件，對沉管隧道模型進行了研究，并將其應用于碰撞檢測、工程量輔助統(tǒng)計、力學分析等方面，提高了工程項目施工的質(zhì)量和效率。利用微站二次開發(fā)工具研究了隧道的參數(shù)化建模方法，實現(xiàn)了工程量的自動計數(shù)，提高了設計效率。研究了建立面向工程結(jié)構(gòu)化對象的隧道BIM模型的方法，并運用到4D虛擬施工及工程自動核算中。將三維激光掃描與BIM技術相結(jié)合，實現(xiàn)了在隧道工程施工中的模型重構(gòu)和仿真?；贐/S框架開發(fā)了隧道信息管理系統(tǒng)，主要能夠?qū)崿F(xiàn)不良地質(zhì)管理、工程資料管理，構(gòu)件管理等問題，提高了隧道的信息化管理水平。二、系統(tǒng)架構(gòu)設計本文所探討的建立基于BIM的隧道施工信息管理系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)。B/S架構(gòu)采用瀏覽器作為系統(tǒng)的客戶端。幾乎所有的電腦、移動電話和平板電腦都配備了瀏覽器。用戶可以在瀏覽器上上傳、管理、通信和共享數(shù)據(jù)，用戶之間的信息交換非常方便。不需要安裝特殊的客戶端，也不需要維護和升級客戶端。因此，軟件維護成本相對較低。同時，由于B/S架構(gòu)軟件系統(tǒng)的大部分操作是在服務器端完成的，對客戶端的硬件性能要求較低。用戶層是指為系統(tǒng)的登錄提供多方人員的支持。為了能充分的發(fā)揮本信息管理系統(tǒng)分享信息的優(yōu)勢，但又同時兼顧信息安全性。功能層是指該系統(tǒng)主要包括施工模擬、人員定位、視屏監(jiān)控、安全監(jiān)測和質(zhì)量檢查等功能。數(shù)據(jù)層是指使用MicrosoftSQLServer來建立人員定位數(shù)據(jù)庫、監(jiān)測數(shù)據(jù)庫和質(zhì)量檢查數(shù)據(jù)庫等。設備層包括RFID芯片、高清攝像頭和監(jiān)測傳感器等，動態(tài)地采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡轉(zhuǎn)給數(shù)據(jù)庫和服務器。三、系統(tǒng)功能應用通山至武寧高速公路項目含特長、中長等各型隧道12座，其中，以九宮山1號隧道工程為依托的BIM信息化施工管理系統(tǒng)集成施工模擬、人員定位、視頻監(jiān)控、安全監(jiān)測、質(zhì)量檢查，為指導隧道信息化施工提供了技術依據(jù)。1、施工模擬模型的構(gòu)建和管理基于工作任務分解結(jié)構(gòu)(WorkTaskBreakdownStructure,WBS)，WBS列出了每個子項目的計劃內(nèi)容和每個子項目的計劃開始和結(jié)束時間。根據(jù)實際施工過程，將各構(gòu)件的實際起止時間上傳至系統(tǒng)。最終，該系統(tǒng)可以創(chuàng)建一個4D模型數(shù)據(jù)庫，包含計劃的開始和結(jié)束時間，以及實際的開始和結(jié)束時間。從而實現(xiàn)了隧道施工早期預設、中期實時記錄和后期分析的模擬。管理人員可以通過BIM管理系統(tǒng)對施工全過程進行監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)施工技術的危險源，減少安全問題、質(zhì)量問題、返工和整改問題。2、人員定位隧道施工人員進入現(xiàn)場施工時，需要佩戴配有信息識別卡的頭盔。當施工人員通過隧道信號驗收識別設備時，可接收到人員信號。通過系統(tǒng)網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸和交換，將此人的位置和時間信息傳輸?shù)胶笈_數(shù)據(jù)記錄中心，從而實現(xiàn)施工人員的準確定位。隨著系統(tǒng)的不斷運行更新，實現(xiàn)人員的實時定位和追蹤，轉(zhuǎn)換后在BIM模型上得到施工人員的實時位置。在BIM模型中，可以實時顯示某一區(qū)域隧道施工人員的位置信息，可以顯示隧道內(nèi)人員數(shù)量、人員分布、身份等相關信息。系統(tǒng)還包括人員定位功能，只要在系統(tǒng)中輸入被搜索人的姓名或工號，就會顯示被搜索人的位置信息。此外，當施工人員遇到危險情況時，可以實時發(fā)出報警信號。該功能的研發(fā)能夠在一定程度上減少由于人為因素而造成的一系列事故。3、視頻監(jiān)控視頻監(jiān)控是指在施工現(xiàn)場安裝高清攝像機，從而實時呈現(xiàn)現(xiàn)場的具體施工畫面。通過將視頻監(jiān)控裝置連接到BIM構(gòu)件中，在BIM模型中準確地定位攝像機。在隧道BIM模型上分布著不同攝像機位置的標識圖標。當管理人員點擊這個圖標時，可以立即呈現(xiàn)攝像機位置所對應的隧道施工位置的作業(yè)情況，同時記錄施工人員的不當作業(yè)行為，加強現(xiàn)場作業(yè)的操作規(guī)范性，從而減少事故發(fā)生的可能性。4、安全監(jiān)測隧道監(jiān)測項目主要有拱頂沉降、間隙水平收斂、地表沉降、建筑物沉降、爆破震動等，能反映隧道自身及周邊建筑物的變形情況，是判斷隧道自身安全性及對周邊環(huán)境影響的依據(jù)。通過將位移監(jiān)測與BIM模型相連接，實現(xiàn)對隧道BIM模型的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)。對于隧道施工的各個監(jiān)測項目通常有相對應的控制值，當監(jiān)測數(shù)據(jù)超過一定控制值時，需要及時預警處理。在九宮山1號隧道施工中，監(jiān)測數(shù)據(jù)采用紅、橙、黃三級預警。黃色預警為變形監(jiān)測的絕對值和速率值雙控指標均達到控制值的70%；或雙控指標之一達到控制值的85%。橙色預警為變形監(jiān)測的絕對值和速率值雙控指標均達到控制值的85%；或雙控指標之一達到控制值。紅色預警為變形監(jiān)測的絕對值和速率值雙控指標均達到控制值。當各監(jiān)測項目監(jiān)測數(shù)值出現(xiàn)異常變化或達到三級預警指標時，消息將迅速發(fā)送給相關負責人員，同時在BIM管理系統(tǒng)中顯示監(jiān)測報警點所處的位置。該系統(tǒng)可以在BIM模型上三維可視化監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化，增加了風險的管理能力和及時處理能力。5、質(zhì)量檢查在隧道施工過程中，良好的質(zhì)量控制對隧道施工安全和質(zhì)量控制具有重要意義。質(zhì)量檢驗以過程管理為出發(fā)點，檢驗員可實時輸入質(zhì)量檢驗數(shù)據(jù)。當檢驗員發(fā)現(xiàn)相關質(zhì)量問題時，可將問題描述及相關整改要求記錄在BIM模型中。系統(tǒng)模塊形成閉環(huán)管理模式，在一定程度上保證了質(zhì)量和安全，為隧道施工安全提供了技術支持。四、結(jié)束語隧道施工信息管理系統(tǒng)能將施工進度、監(jiān)控量測、超前地質(zhì)預報、掌子面圍巖狀況及各工序影像信息集合在一起，進行實時傳輸和預警提示，為隧道動態(tài)設計與施工管理提供數(shù)據(jù)支持。1、基于工作任務分解結(jié)構(gòu)的隧道施工模擬不僅可以優(yōu)化施工技術方案，還可以通過將施工計劃與實際施工情況進行對比，優(yōu)化施工組織設計，有助于更好地掌握工程施工進度；2、采用人員定位和視頻監(jiān)控的方法，使相關管理人員能夠直觀地獲得現(xiàn)場作業(yè)情況，出現(xiàn)危險時能夠及時指揮調(diào)度；3、將監(jiān)測點與BIM模型關聯(lián)，實現(xiàn)監(jiān)控數(shù)據(jù)的可視化顯示。當監(jiān)控數(shù)據(jù)達到相應的控制值時，會出現(xiàn)安全警示信息。同時將質(zhì)檢結(jié)果與BIM模型進行對比，進行動態(tài)整改，以達到