王 飛，劉 金 飛，尹 習(xí) 雙

(中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 611130)

1 概 述

近年來，世界范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化、智慧化建設(shè)風(fēng)起云涌。其中，公路工程規(guī)劃設(shè)計上通過BIM+GIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)工程規(guī)劃設(shè)計的信息化和可視化[1，2]。水利水電領(lǐng)域各大流域開發(fā)公司在流域建設(shè)管理智能化領(lǐng)域的案例不斷涌現(xiàn)，國電大渡河公司率先提出了建設(shè)智慧企業(yè)[3]，站在企業(yè)整體的角度，強(qiáng)化物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)、深化大數(shù)據(jù)挖掘、推進(jìn)管理變革創(chuàng)新。雅礱江流域水電開發(fā)公司研究并構(gòu)建起基于流域水電全生命周期管理的流域數(shù)字化平臺總體架構(gòu)[4，5]，提出了平臺建設(shè)實(shí)施規(guī)劃。

綜上所述，水電行業(yè)數(shù)字化和智能化研究近年來取得的豐富成果，如數(shù)字大壩、智能地廠、智能灌漿、施工資源定位監(jiān)控、安全監(jiān)測自動化、安全巡查數(shù)字化、質(zhì)量驗(yàn)評數(shù)字化、數(shù)字化移交等，有效提升了電站建設(shè)數(shù)字化水平和智能化管控能力。鑒于川藏鐵路建設(shè)隧道占比高、工程地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜、施工條件差、高寒高海拔地區(qū)施工效率低、工期保障性差等特點(diǎn)，亟需采用數(shù)字化、信息化與智能化的技術(shù)手段提升工程建設(shè)階段的管理水平，助力工程建設(shè)順利推進(jìn)，為工程建設(shè)管理創(chuàng)新創(chuàng)優(yōu)提供支撐。

2 基于BIM的隧道工程智能建造綜合管理平臺架構(gòu)

川藏鐵路隧道工程數(shù)字化一體移交的基于BIM的隧道工程智能建造綜合管理平臺采用深度融合物聯(lián)網(wǎng)的六層架構(gòu)，包含物理層、感知層、傳輸層、分析層、業(yè)務(wù)層和展示層，見圖1。

(1)物理層。物理層是感知的對象，即隧道物理環(huán)境。

(2)感知層。感知層是感知的手段，借助各類硬件設(shè)備感知隧道及其周圍物理環(huán)境。

(3)傳輸層。利用各類傳輸手段將感知的信息傳輸至數(shù)據(jù)分析層，提供數(shù)據(jù)支撐，主要包含平臺所需的基礎(chǔ)空間地理數(shù)據(jù)、工程三維模型數(shù)據(jù)、工程圖檔數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)流程數(shù)據(jù)、設(shè)計建造數(shù)據(jù)和實(shí)時監(jiān)控數(shù)據(jù)等，通過自動采集與人工錄入相結(jié)合的方式進(jìn)入平臺。

(4)分析層。根據(jù)業(yè)務(wù)層的需要進(jìn)行后臺分析處理。

(5)業(yè)務(wù)層。根據(jù)隧洞TBM施工管理的業(yè)務(wù)需求，與數(shù)據(jù)層中的數(shù)據(jù)相結(jié)合后形成業(yè)務(wù)應(yīng)用，包括宏觀地質(zhì)預(yù)測信息、超前地質(zhì)預(yù)報預(yù)測信息、勘探揭示信息的地質(zhì)信息可視化集成，隧洞建設(shè)過程中的技術(shù)、進(jìn)度、生產(chǎn)、質(zhì)量、資源、安全環(huán)保等的管理，TBM運(yùn)行中的臺賬、巡檢、狀態(tài)在線監(jiān)測、故障等管理。

高校圖書館的嵌入式學(xué)科服務(wù)是圖書館知識服務(wù)的重要內(nèi)涵，是圖書館在數(shù)字環(huán)境下的適應(yīng)性發(fā)展和有效轉(zhuǎn)型，相關(guān)研究和實(shí)踐也為優(yōu)化圖書館嵌入式學(xué)科服務(wù)提供了參考，為后續(xù)研究提供理論和方法依據(jù)。但是，大部分研究僅局限于對嵌入式學(xué)科服務(wù)本身和對學(xué)科館員的研究，而較少將圖書館已開展的其他服務(wù)與嵌入式服務(wù)進(jìn)行有效融合，實(shí)現(xiàn)多種服務(wù)的相互促進(jìn)，相互提升。所以從總體上看，當(dāng)前相關(guān)研究中各高校圖書館都在積極探索適合自己館實(shí)情的嵌入式學(xué)科服務(wù)方式，但卻忽略了對用戶需求的挖掘、用戶認(rèn)同感的培養(yǎng)，以及針對用戶的差異性的個性化定制策略研究，包括服務(wù)推廣和服務(wù)評價機(jī)制研究都是現(xiàn)有研究中相對不足的地方。

(6)展示層。通過PC端、電子大屏和移動終端實(shí)現(xiàn)應(yīng)用接入，為用戶提供可視化的輔助管控工具和以及決策會商環(huán)境與智能信息服務(wù)。用戶主要由綜合決策用戶、管理人員和現(xiàn)場技術(shù)人員等組成。用戶通過權(quán)限認(rèn)證訪問不同的系統(tǒng)與數(shù)據(jù)，保證系統(tǒng)與數(shù)據(jù)的安全可控。知識庫將隧洞建設(shè)過程中遇到的不良地質(zhì)段處理案例、TBM運(yùn)行故障預(yù)測、TBM正常掘進(jìn)信息規(guī)律、隧洞地質(zhì)信息等信息集成起來，并基于隧洞及TBM施工單元模型進(jìn)行信息集成與動態(tài)回放，同時，將搜集的同類工程案例、相關(guān)文獻(xiàn)與總結(jié)文檔有序管理。

3 基于BIM的川藏鐵路隧道工程數(shù)字化移交關(guān)鍵技術(shù)

3.1 BIM+GIM地質(zhì)超前預(yù)報技術(shù)

在工程建筑領(lǐng)域，GIM是承載建設(shè)項(xiàng)目地質(zhì)體相關(guān)地質(zhì)要素的數(shù)字表達(dá)，是共享的知識資源，分享建設(shè)項(xiàng)目相關(guān)地質(zhì)體本底與動態(tài)變化的數(shù)據(jù)及相關(guān)的信息，為建設(shè)項(xiàng)目從孕育到拆除的全生命周期中的所有決策提供可靠依據(jù)的過程。GIM是工程各方協(xié)同設(shè)計的基礎(chǔ)，在項(xiàng)目的不同階段，不同利益相關(guān)方通過在GIM中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自職責(zé)的協(xié)同作業(yè)。

GIM+超前地質(zhì)預(yù)報，基于大數(shù)據(jù)和信息化，以GIM為技術(shù)平臺，以地質(zhì)模型為綜合載體，以地質(zhì)分析判斷為基礎(chǔ)，提供多形式、多層次地質(zhì)預(yù)報成果。通過漸進(jìn)明細(xì)，不斷提升隧道超前地質(zhì)預(yù)報的精度。與傳統(tǒng)的超前地質(zhì)預(yù)報相比，基于GIM的超前地質(zhì)預(yù)報集成了三維地質(zhì)建模系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、專家?guī)煜到y(tǒng)并利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將預(yù)報結(jié)果以多種形式發(fā)布給參與各方。

3.2 BIM+GIM施工組織設(shè)計

3.2.1 場地規(guī)劃

綜合利用GIM、BIM模型，進(jìn)行場地規(guī)劃布置，合理布置各種料場及其加工系統(tǒng)、渣場、材料庫、鋼筋加工房、施工營地等各種施工場地。

圖1 川藏鐵路隧道工程數(shù)字化一體移交技術(shù)架構(gòu)

施工場地的布置是動態(tài)變化的，因此，場地規(guī)劃應(yīng)與施工現(xiàn)場動態(tài)變化做到緊密結(jié)合，對于施工過程中可能出現(xiàn)的安全沖突要重點(diǎn)考慮。在施工場地規(guī)劃設(shè)計過程中，通過BIM技術(shù)的應(yīng)用，對復(fù)雜抽象的工程項(xiàng)目進(jìn)行信息處理，使建筑結(jié)構(gòu)更加直觀易懂。BIM技術(shù)的應(yīng)用，能夠更好地模擬項(xiàng)目施工的各個階段，對施工場地布置中存在的隱患問題進(jìn)行排除，避免返工，減少損耗，為項(xiàng)目爭取更大的收益。

3.2.2 場內(nèi)交通布置

利用GIM、BIM模型，根據(jù)各料場、倉庫、營地及施工對象的位置，基于已建道路或永久道路，將擬使用的施工道路做出詳細(xì)設(shè)計及說明，保證場內(nèi)交通布置合理，以滿足各階段施工要求。

采用BIM技術(shù)提前模擬規(guī)劃，保證場地內(nèi)交通順暢。施工現(xiàn)場內(nèi)主要車輛有運(yùn)渣運(yùn)料車、混凝土車、泵車、挖掘機(jī)等材料運(yùn)輸車輛及施工機(jī)械。利用BIM技術(shù)在場區(qū)中模擬各種車輛在臨時道路上的行進(jìn)路線、材料運(yùn)輸車輛進(jìn)出場和卸貨位置以及不同車輛會車過程，在交叉路口設(shè)置分流指示牌和交通警示牌，對進(jìn)場車輛進(jìn)行合理分流。

3.2.3 填挖平衡

利用GIM、BIM技術(shù)，根據(jù)施工模擬情況分析隧洞開挖、路基填筑等各階段施工現(xiàn)場土石方開挖、填筑、堆放等情況，進(jìn)行挖填距離、土石方轉(zhuǎn)運(yùn)工程量、運(yùn)輸路線等分析，編制土石方調(diào)用方案。

3.2.4 施工供水、供電和通訊布置

利用GIM、BIM技術(shù)，基于場地布置模型，結(jié)合現(xiàn)場地形及施工特點(diǎn)，進(jìn)行施工及生活用水、用電、通訊、消防等臨建設(shè)施布置，以滿足工程施工及施工人員生產(chǎn)、生活所需。

項(xiàng)目臨建策劃前期，利用BIM技術(shù)對整個施工現(xiàn)場及生活區(qū)進(jìn)行建模，整體規(guī)劃臨建、現(xiàn)場臨邊防護(hù)、塔吊及機(jī)械加工棚等位置。通過多方案三維可視化直觀對比，將形象與功用最大化。相對于二維平面施工布置圖，三維施工布置模型更加直觀、清晰，更符合施工真實(shí)情況。

3.3 施工進(jìn)度仿真技術(shù)

利用GIM、BIM的模擬演示功能，對總施工進(jìn)度計劃進(jìn)行三維仿真模擬，分析各工序安排交叉是否合理，對計劃安排不妥之處進(jìn)行及時調(diào)整，保證實(shí)際施工過程中各工序的順利進(jìn)行。

BIM的3D可視化設(shè)計環(huán)境和4D虛擬仿真環(huán)境，為施工工藝的設(shè)計優(yōu)化、施工進(jìn)度仿真、可行性驗(yàn)證提供了技術(shù)途徑。實(shí)現(xiàn)施工方案的3D可視化和4D虛擬仿真的基礎(chǔ)，是建立能真實(shí)描述施工方案的三維數(shù)字模型，包括環(huán)境模型、結(jié)構(gòu)模型和施工設(shè)施模型。在BIM的4D虛擬仿真環(huán)境中，可以進(jìn)行實(shí)時交互的過程模擬，虛擬推演施工方案的過程，動態(tài)檢查方案可行性以及存在的問題，優(yōu)化施工裝備和工藝等。

3.4 BIM+智能建造技術(shù)

在川藏鐵路工程設(shè)計結(jié)構(gòu)、施工材料、施工裝備下，結(jié)合變化的環(huán)境條件和流動的資源要素，實(shí)現(xiàn)大壩安全優(yōu)質(zhì)高效建設(shè)需要直面工程問題和目標(biāo)，運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)手段(BIM、 物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、可視化等)，通過自動采集、實(shí)時傳輸、專家分析、動態(tài)監(jiān)控、評價預(yù)警、終端推送、數(shù)據(jù)挖掘等方法研究川藏鐵路BIM+智能建造技術(shù)，遵循“全面感知、真實(shí)分析、實(shí)時控制”的閉環(huán)智能控制理論，利用物聯(lián)網(wǎng)、無線傳輸、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的數(shù)字化在線采集、實(shí)時傳輸、存儲與動態(tài)分析。

實(shí)時獲取大壩建設(shè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、過程數(shù)據(jù)和監(jiān)測數(shù)據(jù)，明確各類數(shù)據(jù)的具體內(nèi)容 ，并選擇或研發(fā)適合的數(shù)字感知采集設(shè)備和方法，以確保獲取數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、真實(shí)性和及時性。其次是隧洞建設(shè)全過程設(shè)備管理、通風(fēng)、工區(qū)、應(yīng)急管理和會商決策。最后是隧道建設(shè)質(zhì)量和安全狀態(tài)、進(jìn)度及物資的預(yù)警和實(shí)時調(diào)控。

3.5 數(shù)字化交付技術(shù)

基于BIM數(shù)字化移交是通過集成設(shè)計、施工、監(jiān)測、運(yùn)維等的工程數(shù)據(jù)的多維信息模型，將數(shù)據(jù)信息傳遞給施工方和業(yè)主，從而實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目工程信息的共享和利用。通過iTunnel平臺的建設(shè)，以GIM+BIM模型為基礎(chǔ)，集成工程設(shè)計、施工、監(jiān)測、運(yùn)維的數(shù)據(jù)資產(chǎn)，構(gòu)建隧道工程數(shù)字孿生體，項(xiàng)目運(yùn)營方將從源頭上掌握隧洞全生命周期管理數(shù)據(jù)，并以設(shè)計數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)隧洞數(shù)字化，開展現(xiàn)代化的運(yùn)維管理及設(shè)備資產(chǎn)管理，從而實(shí)現(xiàn)全隧洞生命周期的數(shù)字化管理。

設(shè)計階段主要包括各階段設(shè)計模型、BIM導(dǎo)出的二維圖紙、可視化成果、各階段基于BIM的分析報告、設(shè)計階段工程量統(tǒng)計分析報告及工程量清單、設(shè)計變更模型等。

施工階段主要包括管線綜合分析報告及圖紙深化、施工場地模擬(含場地布置方案文檔)、施工設(shè)備模擬(含設(shè)備清單文檔)、施工進(jìn)度模擬(含施工進(jìn)度計劃文檔)、施工工藝模擬(含施工技術(shù)交底文檔)、施工節(jié)點(diǎn)可視化驗(yàn)收視頻展示、施工節(jié)點(diǎn)工程量統(tǒng)計分析報告及工程量、施工階段節(jié)點(diǎn)模型、施工竣工模型等。

4 結(jié) 語

以川藏鐵路建設(shè)全生命周期管理理念為指引，以海子山隧道等六座隧道工程為主要依托，以復(fù)雜地質(zhì)條件預(yù)測預(yù)報、施工組織設(shè)計優(yōu)化、建造過程精細(xì)化管控、高原高海拔地區(qū)大型隧道工程建設(shè)知識傳承、數(shù)字化交付等為建設(shè)重點(diǎn)，對GIM+地質(zhì)超前預(yù)報、基于GIM+BIM的數(shù)字化施工組織設(shè)計、基于BIM的隧洞工程智能建造及iTunnel隧道數(shù)字化交付等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。提出的基于BIM+的川藏鐵路隧道工程數(shù)字化移交技術(shù)是基于BIM技術(shù)，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)，將地質(zhì)超前預(yù)報、數(shù)字化勘測設(shè)計、智能建造、應(yīng)急管理與后期保障與項(xiàng)目管理、知識庫等深度融合的技術(shù)體系，將有力促進(jìn)工程建設(shè)從傳統(tǒng)管理模式向數(shù)字化、信息化、智慧化轉(zhuǎn)變。