高速公路隧道施工信息管理系统BIM应用研究

高速公路隧道施工信息管理系统BIM应用研究

Summary：目前，基于BIM的隧道施工信息管理系统主要针对隧道工程施工进度和施工质量进行管理，将隧道施工安全、进度、质量和成本等信息集合形成完整系统则有待深入研究，本文对此试作有益探讨。Keys：BIM；隧道信息化；施工管理系统一、概述近年来，我国交通基础设施建设大发展，隧道工程不断延伸，已是当之无愧的公路隧道大国。与传统的工程项目相比，隧道的地质环境更为复杂，地质信息难以完全掌握。此外，由于项目参与者之间缺乏信息共享，信息管理方式落后，隧道建设存在不确定性和建设风险。建筑行业中的建筑信息建模(BIM)融合了物联网、大数据、云计算等一系列先进的信息技术，几乎可以覆盖整个项目生命周期中建筑所需的所有信息。BIM技术在隧道及地下工程等基础设施工程建设中的应用尚处于发展阶段，未来具有很大的应用潜力。在隧道施工阶段，将生成工程文件、隧道分析、现场测量和工程状态报告等数据。通常，项目参与者之间的数据交换是手动完成的。然而，这些信息是高度相互依赖的，需要通过媒介进行集成。BIM可以为隧道等复杂项目提供集成和协作平台。目前，国内不少学者对隧道工程信息化建设进行了一系列的研究。基于Bentley系列软件，对沉管隧道模型进行了研究，并将其应用于碰撞检测、工程量辅助统计、力学分析等方面，提高了工程项目施工的质量和效率。利用微站二次开发工具研究了隧道的参数化建模方法，实现了工程量的自动计数，提高了设计效率。研究了建立面向工程结构化对象的隧道BIM模型的方法，并运用到4D虚拟施工及工程自动核算中。将三维激光扫描与BIM技术相结合，实现了在隧道工程施工中的模型重构和仿真。基于B/S框架开发了隧道信息管理系统，主要能够实现不良地质管理、工程资料管理，构件管理等问题，提高了隧道的信息化管理水平。二、系统架构设计本文所探讨的建立基于BIM的隧道施工信息管理系统采用B/S架构。B/S架构采用浏览器作为系统的客户端。几乎所有的电脑、移动电话和平板电脑都配备了浏览器。用户可以在浏览器上上传、管理、通信和共享数据，用户之间的信息交换非常方便。不需要安装特殊的客户端，也不需要维护和升级客户端。因此，软件维护成本相对较低。同时，由于B/S架构软件系统的大部分操作是在服务器端完成的，对客户端的硬件性能要求较低。用户层是指为系统的登录提供多方人员的支持。为了能充分的发挥本信息管理系统分享信息的优势，但又同时兼顾信息安全性。功能层是指该系统主要包括施工模拟、人员定位、视屏监控、安全监测和质量检查等功能。数据层是指使用MicrosoftSQLServer来建立人员定位数据库、监测数据库和质量检查数据库等。设备层包括RFID芯片、高清摄像头和监测传感器等，动态地采集数据，并将数据通过网络转给数据库和服务器。三、系统功能应用通山至武宁高速公路项目含特长、中长等各型隧道12座，其中，以九宫山1号隧道工程为依托的BIM信息化施工管理系统集成施工模拟、人员定位、视频监控、安全监测、质量检查，为指导隧道信息化施工提供了技术依据。1、施工模拟模型的构建和管理基于工作任务分解结构(WorkTaskBreakdownStructure,WBS)，WBS列出了每个子项目的计划内容和每个子项目的计划开始和结束时间。根据实际施工过程，将各构件的实际起止时间上传至系统。最终，该系统可以创建一个4D模型数据库，包含计划的开始和结束时间，以及实际的开始和结束时间。从而实现了隧道施工早期预设、中期实时记录和后期分析的模拟。管理人员可以通过BIM管理系统对施工全过程进行监控，及时发现施工技术的危险源，减少安全问题、质量问题、返工和整改问题。2、人员定位隧道施工人员进入现场施工时，需要佩戴配有信息识别卡的头盔。当施工人员通过隧道信号验收识别设备时，可接收到人员信号。通过系统网络的数据传输和交换，将此人的位置和时间信息传输到后台数据记录中心，从而实现施工人员的准确定位。随着系统的不断运行更新，实现人员的实时定位和追踪，转换后在BIM模型上得到施工人员的实时位置。在BIM模型中，可以实时显示某一区域隧道施工人员的位置信息，可以显示隧道内人员数量、人员分布、身份等相关信息。系统还包括人员定位功能，只要在系统中输入被搜索人的姓名或工号，就会显示被搜索人的位置信息。此外，当施工人员遇到危险情况时，可以实时发出报警信号。该功能的研发能够在一定程度上减少由于人为因素而造成的一系列事故。3、视频监控视频监控是指在施工现场安装高清摄像机，从而实时呈现现场的具体施工画面。通过将视频监控装置连接到BIM构件中，在BIM模型中准确地定位摄像机。在隧道BIM模型上分布着不同摄像机位置的标识图标。当管理人员点击这个图标时，可以立即呈现摄像机位置所对应的隧道施工位置的作业情况，同时记录施工人员的不当作业行为，加强现场作业的操作规范性，从而减少事故发生的可能性。4、安全监测隧道监测项目主要有拱顶沉降、间隙水平收敛、地表沉降、建筑物沉降、爆破震动等，能反映隧道自身及周边建筑物的变形情况，是判断隧道自身安全性及对周边环境影响的依据。通过将位移监测与BIM模型相连接，实现对隧道BIM模型的实时监测数据的呈现。对于隧道施工的各个监测项目通常有相对应的控制值，当监测数据超过一定控制值时，需要及时预警处理。在九宫山1号隧道施工中，监测数据采用红、橙、黄三级预警。黄色预警为变形监测的绝对值和速率值双控指标均达到控制值的70%；或双控指标之一达到控制值的85%。橙色预警为变形监测的绝对值和速率值双控指标均达到控制值的85%；或双控指标之一达到控制值。红色预警为变形监测的绝对值和速率值双控指标均达到控制值。当各监测项目监测数值出现异常变化或达到三级预警指标时，消息将迅速发送给相关负责人员，同时在BIM管理系统中显示监测报警点所处的位置。该系统可以在BIM模型上三维可视化监测数据的变化，增加了风险的管理能力和及时处理能力。5、质量检查在隧道施工过程中，良好的质量控制对隧道施工安全和质量控制具有重要意义。质量检验以过程管理为出发点，检验员可实时输入质量检验数据。当检验员发现相关质量问题时，可将问题描述及相关整改要求记录在BIM模型中。系统模块形成闭环管理模式，在一定程度上保证了质量和安全，为隧道施工安全提供了技术支持。四、结束语隧道施工信息管理系统能将施工进度、监控量测、超前地质预报、掌子面围岩状况及各工序影像信息集合在一起，进行实时传输和预警提示，为隧道动态设计与施工管理提供数据支持。1、基于工作任务分解结构的隧道施工模拟不仅可以优化施工技术方案，还可以通过将施工计划与实际施工情况进行对比，优化施工组织设计，有助于更好地掌握工程施工进度；2、采用人员定位和视频监控的方法，使相关管理人员能够直观地获得现场作业情况，出现危险时能够及时指挥调度；3、将监测点与BIM模型关联，实现监控数据的可视化显示。当监控数据达到相应的控制值时，会出现安全警示信息。同时将质检结果与BIM模型进行对比，进行动态整改，以达到