高速公路隧道施工信息管理系統(tǒng)BIM應(yīng)用研究

高速公路隧道施工信息管理系統(tǒng)BIM應(yīng)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(duì)隧道工程施工進(jìn)度和施工質(zhì)量進(jìn)行管理，將隧道施工安全、進(jìn)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(duì)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(chǔ)設(shè)施建設(shè)大發(fā)展，隧道工程不斷延伸，已是當(dāng)之無愧的公路隧道大國。與傳統(tǒng)的工程項(xiàng)目相比，隧道的地質(zhì)環(huán)境更為復(fù)雜，地質(zhì)信息難以完全掌握。此外，由于項(xiàng)目參與者之間缺乏信息共享，信息管理方式落后，隧道建設(shè)存在不確定性和建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)。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(jì)算等一系列先進(jìn)的信息技術(shù)，幾乎可以覆蓋整個(gè)項(xiàng)目生命周期中建筑所需的所有信息。BIM技術(shù)在隧道及地下工程等基礎(chǔ)設(shè)施工程建設(shè)中的應(yīng)用尚處于發(fā)展階段，未來具有很大的應(yīng)用潛力。在隧道施工階段，將生成工程文件、隧道分析、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和工程狀態(tài)報(bào)告等數(shù)據(jù)。通常，項(xiàng)目參與者之間的數(shù)據(jù)交換是手動(dòng)完成的。然而，這些信息是高度相互依賴的，需要通過媒介進(jìn)行集成。BIM可以為隧道等復(fù)雜項(xiàng)目提供集成和協(xié)作平臺(tái)。目前，國內(nèi)不少學(xué)者對(duì)隧道工程信息化建設(shè)進(jìn)行了一系列的研究?；贐entley系列軟件，對(duì)沉管隧道模型進(jìn)行了研究，并將其應(yīng)用于碰撞檢測(cè)、工程量輔助統(tǒng)計(jì)、力學(xué)分析等方面，提高了工程項(xiàng)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(shí)現(xiàn)了工程量的自動(dòng)計(jì)數(shù)，提高了設(shè)計(jì)效率。研究了建立面向工程結(jié)構(gòu)化對(duì)象的隧道BIM模型的方法，并運(yùn)用到4D虛擬施工及工程自動(dòng)核算中。將三維激光掃描與BIM技術(shù)相結(jié)合，實(shí)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(shè)計(jì)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(dòng)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(hù)和升級(jí)客戶端。因此，軟件維護(hù)成本相對(duì)較低。同時(shí)，由于B/S架構(gòu)軟件系統(tǒng)的大部分操作是在服務(wù)器端完成的，對(duì)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(shì)，但又同時(shí)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(cè)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(cè)數(shù)據(jù)庫和質(zhì)量檢查數(shù)據(jù)庫等。設(shè)備層包括RFID芯片、高清攝像頭和監(jiān)測(cè)傳感器等，動(dòng)態(tài)地采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)給數(shù)據(jù)庫和服務(wù)器。三、系統(tǒng)功能應(yīng)用通山至武寧高速公路項(xiàng)目含特長、中長等各型隧道12座，其中，以九宮山1號(hào)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(cè)、質(zhì)量檢查，為指導(dǎo)隧道信息化施工提供了技術(shù)依據(jù)。1、施工模擬模型的構(gòu)建和管理基于工作任務(wù)分解結(jié)構(gòu)(WorkTaskBreakdownStructure,WBS)，WBS列出了每個(gè)子項(xiàng)目的計(jì)劃內(nèi)容和每個(gè)子項(xiàng)目的計(jì)劃開始和結(jié)束時(shí)間。根據(jù)實(shí)際施工過程，將各構(gòu)件的實(shí)際起止時(shí)間上傳至系統(tǒng)。最終，該系統(tǒng)可以創(chuàng)建一個(gè)4D模型數(shù)據(jù)庫，包含計(jì)劃的開始和結(jié)束時(shí)間，以及實(shí)際的開始和結(jié)束時(shí)間。從而實(shí)現(xiàn)了隧道施工早期預(yù)設(shè)、中期實(shí)時(shí)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(duì)施工全過程進(jìn)行監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工技術(shù)的危險(xiǎn)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(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，需要佩戴配有信息識(shí)別卡的頭盔。當(dāng)施工人員通過隧道信號(hào)驗(yàn)收識(shí)別設(shè)備時(shí)，可接收到人員信號(hào)。通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸和交換，將此人的位置和時(shí)間信息傳輸?shù)胶笈_(tái)數(shù)據(jù)記錄中心，從而實(shí)現(xiàn)施工人員的準(zhǔn)確定位。隨著系統(tǒng)的不斷運(yùn)行更新，實(shí)現(xiàn)人員的實(shí)時(shí)定位和追蹤，轉(zhuǎn)換后在BIM模型上得到施工人員的實(shí)時(shí)位置。在BIM模型中，可以實(shí)時(shí)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(guān)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(hào)，就會(huì)顯示被搜索人的位置信息。此外，當(dāng)施工人員遇到危險(xiǎn)情況時(shí)，可以實(shí)時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。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(chǎng)安裝高清攝像機(jī)，從而實(shí)時(shí)呈現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)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(zhǔn)確地定位攝像機(jī)。在隧道BIM模型上分布著不同攝像機(jī)位置的標(biāo)識(shí)圖標(biāo)。當(dāng)管理人員點(diǎn)擊這個(gè)圖標(biāo)時(shí)，可以立即呈現(xiàn)攝像機(jī)位置所對(duì)應(yīng)的隧道施工位置的作業(yè)情況，同時(shí)記錄施工人員的不當(dāng)作業(yè)行為，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)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(cè)隧道監(jiān)測(cè)項(xiàng)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(dòng)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(duì)周邊環(huán)境影響的依據(jù)。通過將位移監(jiān)測(cè)與BIM模型相連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道BIM模型的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)。對(duì)于隧道施工的各個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目通常有相對(duì)應(yīng)的控制值，當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超過一定控制值時(shí)，需要及時(shí)預(yù)警處理。在九宮山1號(hào)隧道施工中，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采用紅、橙、黃三級(jí)預(yù)警。黃色預(yù)警為變形監(jiān)測(cè)的絕對(duì)值和速率值雙控指標(biāo)均達(dá)到控制值的70%；或雙控指標(biāo)之一達(dá)到控制值的85%。橙色預(yù)警為變形監(jiān)測(cè)的絕對(duì)值和速率值雙控指標(biāo)均達(dá)到控制值的85%；或雙控指標(biāo)之一達(dá)到控制值。紅色預(yù)警為變形監(jiān)測(cè)的絕對(duì)值和速率值雙控指標(biāo)均達(dá)到控制值。當(dāng)各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目監(jiān)測(cè)數(shù)值出現(xiàn)異常變化或達(dá)到三級(jí)預(yù)警指標(biāo)時(shí)，消息將迅速發(fā)送給相關(guān)負(fù)責(zé)人員，同時(shí)在BIM管理系統(tǒng)中顯示監(jiān)測(cè)報(bào)警點(diǎn)所處的位置。該系統(tǒng)可以在BIM模型上三維可視化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化，增加了風(fēng)險(xiǎn)的管理能力和及時(shí)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(duì)隧道施工安全和質(zhì)量控制具有重要意義。質(zhì)量檢驗(yàn)以過程管理為出發(fā)點(diǎn)，檢驗(yàn)員可實(shí)時(shí)輸入質(zhì)量檢驗(yàn)數(shù)據(jù)。當(dāng)檢驗(yàn)員發(fā)現(xiàn)相關(guān)質(zhì)量問題時(shí)，可將問題描述及相關(guān)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(shù)支持。四、結(jié)束語隧道施工信息管理系統(tǒng)能將施工進(jìn)度、監(jiān)控量測(cè)、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、掌子面圍巖狀況及各工序影像信息集合在一起，進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸和預(yù)警提示，為隧道動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與施工管理提供數(shù)據(jù)支持。1、基于工作任務(wù)分解結(jié)構(gòu)的隧道施工模擬不僅可以優(yōu)化施工技術(shù)方案，還可以通過將施工計(jì)劃與實(shí)際施工情況進(jìn)行對(duì)比，優(yōu)化施工組織設(shè)計(jì)，有助于更好地掌握工程施工進(jìn)度；2、采用人員定位和視頻監(jiān)控的方法，使相關(guān)管理人員能夠直觀地獲得現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)情況，出現(xiàn)危險(xiǎn)時(shí)能夠及時(shí)指揮調(diào)度；3、將監(jiān)測(cè)點(diǎn)與BIM模型關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的可視化顯示。當(dāng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)達(dá)到相應(yīng)的控制值時(shí)，會(huì)出現(xiàn)安全警示信息。同時(shí)將質(zhì)檢結(jié)果與BIM模型進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)行動(dòng)態(tài)整改，以達(dá)到