文｜本刊編輯部

建筑信息模型與物聯網技術的集成應用可以在工程建設及運維方面發(fā)揮更大的作用。只有把建筑物數字化、信息化，建立整個建筑信息模型，才是實現高效管理的基礎。建筑信息模型是物聯網應用的基礎數據模型，是物聯網的核心和靈魂，正如建筑信息模型是ERP基礎數據一樣，物聯網應用不能脫離建筑信息模型。沒有建筑信息模型，物聯網的應用就會受到限制，就無法深入建筑物的內核，因為許多構件和物體是隱蔽的，存在于肉眼看不見的深處，只有通過建筑信息模型才能一覽無遺，進而展示構件的每一個細節(jié)及相關屬性信息。

以上海虹梅南路越江隧道工程項目為例，虹梅南路—金海路通道越江段新建工程全長約5260米，起于浦西永德路北側，于劍川路北側入地跨越黃浦江，經西閘公路后出地面，終于金海路。浦西起點至劍川路區(qū)段為改建原有地面道路，雙向4車道，劍川路匝道南側至浦東終點為雙向6車道。其中圓隧道段長3.39千米，隧道直徑為14.93米，一共有16950環(huán)管片。工程投資額近30億元。

超大型越江隧道具有圓隧道距離長、盾構直徑大、埋深大和地層復雜等顯著特點，而作為盾構法隧道結構最為核心的構件管片，是隧道的最外層屏障，承擔著抵抗土層壓力、地下水壓力等多種荷載，是影響隧道質量和安全的最為關鍵的因素。確保隧道管片質量的最佳方式是執(zhí)行以預防為主的全過程控制，把管理從運營階段前移到施工階段、制造階段和設計階段，及時解決存在的隱患，實現管片質量的積極控制。然而，管片的全壽命過程極為漫長，各階段參與人員眾多、涉及的信息種類繁多、具有復雜的空間和時間特征，很難將其有效地整合在一起，這對隧道管片未來的管理帶來了極大的挑戰(zhàn)。因此，確保管片的質量和安全、實施管片全壽命管理尤為重要。

針對這一難題，在虹梅南路-金海路越江隧道工程中，經過多方調研，決定利用BIM+物聯網集成應用技術，以隧道管片全壽命信息管理為主線來解決這一問題。借助RFID技術實現孤立分散的信息準確組織，實現進度信息、材料信息、工藝信息、安裝信息、檢查信息和維護信息的一體化管理。通過建筑信息模型承載項目設計及施工階段全部基礎信息并直觀地反映管片隱患和病害的時空變化特性，并可視化的反映管片在不同階段的演變規(guī)律。通過數據挖掘工具，尋找制造工藝、施工工藝與管片質量之間的關系，并對管片的預防性維護決策提供幫助。在虹梅南路隧道建設伊始，研究人員就設計并開發(fā)了“虹梅南路隧道管片全壽命管理系統(tǒng)”，用于管片的生產和施工全過程的管理與決策，并準備用于未來的運維期管理中。

虹梅南路隧道管片全壽命管理系統(tǒng)分為五層的結構體系。最底層為信息采集層，用戶通過RFID讀寫器或RFID采集平板的移動端，完成關鍵數據的錄入、圖片采集和位置采集等工作，并通過無線接入設備與數據管理層相連。第二層是數據管理層，其主要任務是數據的存儲和管理，這層包含四個部分：建筑信息模型庫、數據庫、文件庫和知識庫。建筑信息模型庫包含了管片構件模型、隧道施工模型和隧道運維模型。數據庫存儲管片的基本屬性、過程時空數據。文件庫管理各類照片、報告和報表等資料；知識庫則管理各類的規(guī)則和分析模型。第三層是數據交互層，利用BIM，實現管片信息的三維直觀的展示和分析。主要功能有：一是進度分析。工程師可以了解當前管片制造和施工的進展和趨勢；二是質量控制。通過對隧道中滲漏，裂縫和錯臺的觀察，發(fā)現質量中的問題；三是環(huán)境監(jiān)測?？梢钥焖倭私夤芷苓叚h(huán)境和周邊環(huán)境的變化；四是健康檔案。通過點擊模型，可以了解病害的發(fā)展過程。第四層是信息分析層，主要是提供數據分析引擎，主要用于完成病害趨勢分析、結構異常發(fā)現、病害成因分析、施工參數優(yōu)化和維修方案比較等工作。第五層是應用層，針對管片設計、制造、施工和運維不同階段，設計了專用的移動端和web端的系統(tǒng)，實現全壽命的管理與決策。

信息技術把控全過程動態(tài)

由于虹梅南路隧道目前已經全線貫通，因此該系統(tǒng)主要應用在了設計階段、制造階段和建設階段。設計階段主要是結合管片的形式進行了隧道的預拼裝工作。虹梅南路隧道采用的是通用型管片，單環(huán)由10片管片組成，管片具有一定楔形量，通過有序旋轉和有序組合，擬合出設計所需的線路。因此楔形量的設計尤為重要。在隧道全壽命管片管理系統(tǒng)利用建筑信息模型提供了管片的三維建模和參數化拼裝功能，能夠將獨立的管片模型，通過約束拼裝成環(huán)，并基于空間軸線，進行圓環(huán)的錯縫拼裝，檢驗拼裝方案的可行性和隧道軸線的合理性。

在制造階段，圍繞管片的整個工藝工程，系統(tǒng)從材料管理開始，記錄了管片每一個生產流程的數據、并拍攝了相關的照片，做到了全程跟蹤。制造構成的信息記錄分為三類：第一類是管片本身的進度信息，即管片目前的狀態(tài)信息，如目前正在混凝土澆搗狀態(tài)；第二類管片直接關聯信息，有材料信息、模具信息和人員信息等，包括鋼筋原材料檢測報告、鋼筋質量證明書、混凝土出廠質量證明書、混凝土接收記錄、混凝土抗壓強度檢測報告、混凝土抗?jié)B檢測報告和預埋件質量證明書等各種報告；第三類是管片生產過程中的各種照片和檢查記錄表單，包括鋼筋加工狀態(tài)、鋼筋骨架制作狀態(tài)、鋼筋骨架入模、混凝土澆筑、管片起吊、管片水養(yǎng)、吊運堆場所有的檢查表，最后自動生成管片出廠質量證明書。通過全過程的管片信息的實時采集，用戶可以通過虹梅南路隧道管片全壽命管理系統(tǒng)平臺，及時了解管片各工序的生產狀態(tài)和進度、查看完整的管片記錄，并且對材料使用情況、工藝參數和材料批次對質量的影響進行分析。

施工階段中，管片完成生產后，運送到隧道施工現場等待拼裝成環(huán)，正式進入施工階段。圍繞施工工序，系統(tǒng)不僅記錄管片的檢查和安裝信息，并通過建立與實時采集系統(tǒng)的轉換接口，記錄盾構機推進工藝參數、環(huán)境監(jiān)測信息、止水涂料信息等關聯信息。

由于管片信息均與RFID標簽實現了綁定，因此，根據RFID編碼，用戶可以輕松地查詢到管片從生產到施工過程中的基本信息，一旦管片發(fā)生嚴重的結構損傷或病害，就可以形成管片追溯機制，從而實現管片的全生命周期管理。系統(tǒng)運用建筑信息模型將管片、測點、周邊環(huán)境等基礎數據自動整合到同一模型，形成具有集成信息的模型，用不同的顏色和方案直接顯示隧道工程進度、管片狀態(tài)、周邊環(huán)境及施工進度，通過動態(tài)漫游方式實現了盾構機、周邊建筑的準確定位和輔助巡檢，幫助工程人員進行及時有效的工程項目管理和決策。

信息技術實現輔助決策

虹梅南路隧道具有大直徑、大埋深的特點，管片作為盾構隧道的主要受力件，在施工和運營過程中承擔著盾構機的頂推力、圍巖壓力、注漿壓力和地下水壓力等，管片可能出現空洞、裂縫、破損、錯臺、上浮等病害。為保證隧道施工的安全性，系統(tǒng)基于隧道管片全過程的信息，進行管片滲漏影響因素和趨勢分析，提出了面向防滲的施工參數組合，以輔助施工人員提高工程質量。

系統(tǒng)在虹梅南路隧道工程中得到了全線應用，以便捷的輸入、直觀的顯示和智能的分析功能幫助工程管理人員隨時把握管片全過程動態(tài)，實現輔助決策。

一是解決了原有管理模式中信息采集集成困難的問題。隧道管片建設過程中報表繁多，原有的數據記錄方式是紙質表格手寫和獨立電子文件輸入兩種方式完成，這導致了報表查詢困難、數據準確度低、信息集成難度高等問題，不僅影響了正常的建設管理工作，而且對項目竣工驗收的資料整理帶來的極大的困難，并為未來的隧道養(yǎng)護埋下隱患。系統(tǒng)內置了管片建設過程中所有的表單，采用移動端進行實時輸入和攝影，并通過數據的條件校核和互校核提高了數據的準確度和完整性，并為后期資料的整理和查詢提供了基礎。

二是提升了管片信息全生命周期追溯的能力。系統(tǒng)充分利用物聯網技術，設計了隧道專用的RFID標簽，能夠滿足管片設計需求和隧道內部強干擾的環(huán)境，從鋼筋綁扎開始即進行管片的全程跟蹤，把材料信息、人員信息、位置信息、檢測信息、施工信息和環(huán)境信息等高維時空信息有機的連接在一起，提升了隧道監(jiān)管的能力，實現了問題管片的全程追溯，也為未來進行管片的維護和保養(yǎng)提供了條件。

三是提升了工程技術人員對工程的了解程度。系統(tǒng)利用建筑信息模型，把孤立的管片信息整合到隧道中，并設計了多源信息融合的交互式三維動態(tài)視景，用戶可以在虛擬環(huán)境中對各項技術指標進行實時的查詢，并輔以實現與周邊環(huán)境的各種信息，如周邊管線、建筑物和地層變化等數據的交互，為工程技術技術人員直觀地觀察隧道的情況，進行問題定位提供了依據。

四是提升了管理人員的分析決策能力。系統(tǒng)采用大數據分析的方法，對管片信息進行了深入的挖掘，為管理人員提供了諸多分析功能。如：生產端的智能分析中，可以利用鋼筋剩余量及管片計劃，對鋼筋的采購提供建議；可以通過管片制造的工藝參數，分析溫度等對管片抗壓強度等的影響；施工端的智能分析中，根據病害的空間分布分析病害的特點；根據病害的信息以及施工環(huán)境信息，進行病害演化趨勢的分析；根據已建管片的狀態(tài)，對施工參數的調整提出建議。這一方法極大提升管片全生命周期信息的價值，為更好地進行工程管理和決策提供了指導。

新技術是建筑業(yè)信息化不斷發(fā)展的驅動力，是推動傳統(tǒng)建設行業(yè)管理轉型的助力器。新技術在虹梅南路隧道管片全生命周期管理上的探索，證明了新一代信息技術在城市公共設施建設和運維中的作用。如果能夠將這一方法推廣到其他隧道或基礎設施工程中，不僅可以提高工程本身的管理水平，更能夠在海量信息積累的基礎上，為提升隧道的設計和工藝水平提供幫助。