陳平超,豐權(quán)章

（北京中交華聯(lián)科技發(fā)展有限公司,北京 100101）

0 引言

隧道工程施工過(guò)程復(fù)雜，因安全保證任務(wù)多、施工質(zhì)量控制要求高、施工協(xié)調(diào)工作重，故對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)控制、調(diào)度指揮、施工組織等提出較高的要求。隧道工程施工環(huán)境條件與地質(zhì)情況復(fù)雜，存在較多不可預(yù)見(jiàn)的安全風(fēng)險(xiǎn)因素，易出現(xiàn)工期延長(zhǎng)風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。隧道工程施工現(xiàn)場(chǎng)分布有較多的不良地質(zhì)，易出現(xiàn)突泥、突水、巖爆、變形、塌方等，故存在較大的施工安全風(fēng)險(xiǎn)[1]。由此可見(jiàn)，怎樣采用新工藝、新技術(shù)與新方法，實(shí)現(xiàn)隧道工程的安全、高效、按期施工是亟待解決的問(wèn)題。在現(xiàn)階段隧道工程施工中，越來(lái)越普遍接受與引用數(shù)字信息化施工技術(shù)，并已獲取較好的施工效果?；诖耍撐木退淼拦こ虜?shù)字信息化施工關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)了探討，以供大家參考。

1 施工安全風(fēng)險(xiǎn)管控?cái)?shù)字信息化施工關(guān)鍵技術(shù)分析

1.1 存在的問(wèn)題與解決思路

1.1.1 存在的問(wèn)題

隧道工程屬于高風(fēng)險(xiǎn)工程，隧道工程在施工中存在多種不可預(yù)見(jiàn)風(fēng)險(xiǎn)因素，并且存在施工風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)難度大、施工安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別難度高等問(wèn)題[2]。

1.1.2 解決思路

為解決隧道工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控預(yù)防技術(shù)問(wèn)題，可在隧道工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控業(yè)務(wù)中，引用自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，及時(shí)排查隧道施工安全隱患，快速識(shí)別施工風(fēng)險(xiǎn)源，監(jiān)測(cè)圍巖變形，并進(jìn)行可視化動(dòng)態(tài)監(jiān)控[3]。為解決狹長(zhǎng)隧道工程中人員、設(shè)備監(jiān)控難度大等問(wèn)題，精準(zhǔn)分析隧道工程施工過(guò)程洞內(nèi)的工作軌跡，準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)隧道洞內(nèi)所有工點(diǎn)作業(yè)人員與設(shè)備，應(yīng)深入研究各種人機(jī)定位技術(shù)，包括短距離定位技術(shù)、人臉自動(dòng)識(shí)別技術(shù)、數(shù)字視頻技術(shù)等。

1.2 關(guān)鍵技術(shù)

采用數(shù)字視頻監(jiān)控技術(shù)，全方位、24 h遠(yuǎn)程在線視頻監(jiān)控隧道重點(diǎn)生產(chǎn)區(qū)域，包括棄渣場(chǎng)、隧道掌子面、隧道洞口、隧道施工現(xiàn)場(chǎng)工點(diǎn)值班室等。警告、提示施工現(xiàn)場(chǎng)中存在的各種不安全因素，包括環(huán)境因素、人的不安全行為因素、物的不穩(wěn)定狀態(tài)因素等。

采用人機(jī)定位技術(shù)精準(zhǔn)定位隧道洞內(nèi)外施工人員，動(dòng)態(tài)掌握施工現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行與人員分布狀態(tài)，警告、提醒施工區(qū)域外作業(yè)人員注意安全，精準(zhǔn)考勤管理與統(tǒng)計(jì)不同施工區(qū)域中人員的工作狀態(tài)與數(shù)量[4]；采用地表補(bǔ)充調(diào)查、洞身素描、掌子面素描、鉆探等技術(shù)，動(dòng)態(tài)采集、定時(shí)遠(yuǎn)程傳輸隧道開(kāi)挖施工中前方地質(zhì)的信息數(shù)據(jù)，對(duì)地質(zhì)預(yù)報(bào)成果進(jìn)行數(shù)字化管理，可即時(shí)匯總施工進(jìn)度、統(tǒng)計(jì)施工工程量，發(fā)布與顯示施工成果，超前預(yù)報(bào)隧道地質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)施工工況等[5]；根據(jù)隧道工程地質(zhì)條件，利用隧道工程地質(zhì)BIM模型，自動(dòng)識(shí)別隧道工程的風(fēng)險(xiǎn)程度與風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，以可視化評(píng)估隧道工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)，科學(xué)指導(dǎo)前方隧道的施工開(kāi)挖作業(yè)，確保隧道開(kāi)挖的施工安全。

采用移動(dòng)物聯(lián)技術(shù)、隧道圍巖自動(dòng)監(jiān)控測(cè)量技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)隧道的拱頂下沉、地表沉降等，對(duì)隧道變形趨勢(shì)曲線進(jìn)行自動(dòng)繪制，對(duì)各統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)匯總，根據(jù)多層級(jí)預(yù)報(bào)警機(jī)制，對(duì)報(bào)警閉環(huán)處置管理進(jìn)行預(yù)報(bào)，雙控報(bào)警隧道開(kāi)挖斷面累計(jì)變形量超標(biāo)與變形速率超標(biāo)[6]；將每日電子施工日志采集到的實(shí)際進(jìn)度作為依據(jù)，對(duì)隧道二襯步距與仰拱進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算，選擇工區(qū)作為單位，繪制二襯、仰拱、掌子面三維立體關(guān)系圖，自動(dòng)三維可視化預(yù)警提醒超過(guò)安全步距，提醒施工人員進(jìn)行閉環(huán)處置。

2 施工質(zhì)量在線管理數(shù)字信息化施工關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 存在的問(wèn)題與解決思路

2.1.1 存在的問(wèn)題

在隧道工程施工中，若隧道發(fā)生較大變形，易出現(xiàn)拱底隆起、拱頂塌陷等問(wèn)題，故精準(zhǔn)預(yù)報(bào)圍巖的穩(wěn)定性是非常重要的。因受多種約束條件的影響[7]，如施工現(xiàn)場(chǎng)條件、施工經(jīng)費(fèi)、施工技術(shù)手段等，易遺漏誤判隧道地質(zhì)情況，導(dǎo)致隧道在開(kāi)挖施工中易出現(xiàn)安全事故，如冒頂、塌方等。

2.1.2 解決思路

為避免隧道襯砌背后出現(xiàn)空洞、初期支護(hù)侵限，并且澆筑密實(shí)襯砌，可采用多種新技術(shù)，如物聯(lián)感知技術(shù)、自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)、BIM技術(shù)等。精細(xì)化專業(yè)分析隧道混凝土方量、中線偏差、施工超欠挖等，并閉環(huán)追溯原材料質(zhì)量數(shù)據(jù)、專業(yè)分析判斷隧道工程實(shí)體質(zhì)量、對(duì)隧道工程襯砌防脫空自動(dòng)分析報(bào)警等。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

利用三維激光掃描技術(shù)，掃描隧道工程開(kāi)挖斷面，構(gòu)成三維可視化測(cè)量點(diǎn)云圖；根據(jù)隧道工程平整度、超欠挖基本計(jì)算原理與有關(guān)規(guī)范，比較分析隧道理論參考BIM模型與實(shí)測(cè)點(diǎn)云圖模型，判斷隧道初期支護(hù)是否出現(xiàn)侵限現(xiàn)象，分析隧道的平整度與超欠挖情況。其中，隧道工程施工超欠挖計(jì)算流程如圖1所示。

圖1 隧道工程施工超欠挖計(jì)算流程

利用試驗(yàn)室信息化系統(tǒng)，對(duì)試驗(yàn)室預(yù)警處置數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，展現(xiàn)尚未處置的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，并與應(yīng)用位置信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)，嚴(yán)格監(jiān)控與閉環(huán)處置施工原材料的質(zhì)量[8]；利用拌和站信息化系統(tǒng)，對(duì)尚未處置的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，并與拌和站工單和盤(pán)信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)，嚴(yán)格監(jiān)控與閉環(huán)處置施工原材料的質(zhì)量。

根據(jù)液位繼電器的基本工作原理，對(duì)混凝土澆筑自動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置進(jìn)行深度研發(fā)；對(duì)混凝土需澆筑工程量進(jìn)行計(jì)算，并比較分析澆筑實(shí)際量與計(jì)算理論量，分析襯砌澆筑的密實(shí)度[9]；在澆筑襯砌混凝土到拱頂最高點(diǎn)時(shí)，可利用觸發(fā)混凝土液位繼電器的聲光報(bào)警器開(kāi)啟提醒功能，對(duì)混凝土澆筑結(jié)束時(shí)機(jī)進(jìn)行精準(zhǔn)判定。

對(duì)不同齡期的混凝土回彈檢測(cè)值、各里程段檢測(cè)區(qū)設(shè)計(jì)強(qiáng)度、鉆芯設(shè)計(jì)與實(shí)測(cè)厚度等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，通過(guò)采用圖表形式，對(duì)第三方檢測(cè)報(bào)告進(jìn)行查詢，分析襯砌背后是否出現(xiàn)空洞現(xiàn)象等。

3 施工設(shè)備數(shù)字化管理數(shù)字信息化施工關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 存在的問(wèn)題與解決思路

3.1.1 存在的問(wèn)題

在狹長(zhǎng)隧道中，因公路里程較長(zhǎng)，故存在運(yùn)輸干擾、運(yùn)輸車輛與工程機(jī)械設(shè)備監(jiān)管難度高、交通運(yùn)輸管理效率低、交通組織難度大、數(shù)據(jù)采集傳輸難度大等多種問(wèn)題。

3.1.2 解決思路

在隧道運(yùn)輸車輛施工監(jiān)控、機(jī)械設(shè)備中運(yùn)用GIS、GPS、短距離定位、視頻分析等技術(shù)。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

利用人機(jī)定位系統(tǒng)，對(duì)各種施工機(jī)械設(shè)備的實(shí)時(shí)工作軌跡、關(guān)閉或開(kāi)啟狀態(tài)、位置信息等信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；在隧道進(jìn)洞車輛中安裝終端設(shè)備，在隧道洞中安裝數(shù)字視頻監(jiān)控終端與定位基站，對(duì)車輛位置信息進(jìn)行實(shí)時(shí)捕捉，并將其上傳到云服務(wù)平臺(tái)中[10]；為提醒隧道洞中行駛車輛及時(shí)就近避讓，構(gòu)建車輛信息數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)錯(cuò)車道、車輛等相對(duì)位置信息關(guān)系進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，將指令發(fā)送到車輛終端；在隧道工程施工中，為實(shí)時(shí)分析與統(tǒng)計(jì)各施工機(jī)械設(shè)備的在線工作軌跡，利用GPS、GIS技術(shù)動(dòng)態(tài)可視化監(jiān)控與在線精準(zhǔn)跟蹤隧道工程車輛運(yùn)輸行駛路徑。

對(duì)施工機(jī)械設(shè)備進(jìn)行加油管控，統(tǒng)計(jì)施工機(jī)械的油量，分析其油耗情況；利用信息化技術(shù)，動(dòng)態(tài)監(jiān)控施工機(jī)械設(shè)備的工作環(huán)境、工作內(nèi)容與工作場(chǎng)所，形成運(yùn)行軌跡，集中管理施工機(jī)械的工作參數(shù)、外觀質(zhì)量、新舊程度等；統(tǒng)計(jì)施工機(jī)械設(shè)備的故障、工時(shí)、工況等，對(duì)施工機(jī)械設(shè)備的故障率、使用率進(jìn)行分析，及時(shí)清退經(jīng)常閑置、車況較差的施工機(jī)械設(shè)備。

4 施工施組進(jìn)度關(guān)鍵技術(shù)分析

4.1 存在的問(wèn)題與解決思路

4.1.1 存在的問(wèn)題

在隧道工程施工組織設(shè)計(jì)中，存在較多難點(diǎn)，包括施工工序銜接復(fù)雜、專業(yè)交叉多、長(zhǎng)大線工程復(fù)雜等，難以拆分重復(fù)交叉施工組織組合，無(wú)法統(tǒng)一劃分工項(xiàng)與量化工程進(jìn)度，難以精準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)分析施工進(jìn)度，并且無(wú)法對(duì)施工組織進(jìn)度進(jìn)行科學(xué)動(dòng)態(tài)調(diào)整。

4.1.2 解決思路

為進(jìn)一步優(yōu)化隧道工程施工組織關(guān)鍵路徑，編制數(shù)字化施工組織設(shè)計(jì)方案，閉環(huán)管理施工組織進(jìn)度預(yù)報(bào)警，展示三維可視化形象進(jìn)度，解決施工組織管理數(shù)字化決策技術(shù)問(wèn)題，應(yīng)研究施工組織進(jìn)度預(yù)警可視化表現(xiàn)技術(shù)，制定隧道工程施工組織進(jìn)度跨任務(wù)推演預(yù)測(cè)計(jì)算方法。

4.2 關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)不同推演指標(biāo)類型，包括標(biāo)段經(jīng)驗(yàn)值、計(jì)劃進(jìn)度、樂(lè)觀進(jìn)度、悲觀進(jìn)度等。利用數(shù)字化施工組織進(jìn)度智能預(yù)警、推演技術(shù)，科學(xué)設(shè)計(jì)隧道工程進(jìn)度推演算法，及時(shí)解決隧道施工進(jìn)度滯后的閉環(huán)管理問(wèn)題，及時(shí)預(yù)警提醒關(guān)鍵路徑變更、資源延誤、作業(yè)面沖突等問(wèn)題，進(jìn)一步提升隧道工程施工單位進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)能力與風(fēng)險(xiǎn)管控水平。

5 工程案例

5.1 隧道工程中存在的問(wèn)題

某一隧道工程，施工現(xiàn)場(chǎng)地層巖性較復(fù)雜，分布大量的不良地質(zhì)，如變質(zhì)巖、沉積巖、軟弱圍巖等，存在較大的施工安全風(fēng)險(xiǎn)；該隧道工程附近為飲用水水源二級(jí)保護(hù)區(qū)，提出較高的環(huán)水保要求；隧道工程施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件與地質(zhì)條件較復(fù)雜，存在較大的施工工期風(fēng)險(xiǎn)；在隧道小斷面斜井長(zhǎng)距離運(yùn)輸中，存在較多的干擾因素，交通運(yùn)輸管理效率較低、施工交通組織難度大。

5.2 數(shù)字信息化施工技術(shù)的運(yùn)用

為解決某隧道工程的問(wèn)題，在隧道工程施工中采用數(shù)字信息化施工技術(shù)，建立隧道工程施工安全網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、BIM管理平臺(tái)、施工指揮監(jiān)控中心、施工統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心。施工生產(chǎn)指揮中心可利用各種業(yè)務(wù)系統(tǒng)，掌握隧道工程動(dòng)態(tài)施工數(shù)據(jù)信息，包括施工安全數(shù)據(jù)、施工質(zhì)量數(shù)據(jù)、施工進(jìn)度數(shù)據(jù)等，同時(shí)可在監(jiān)控屏中，對(duì)預(yù)警進(jìn)行集成展示與分析，遠(yuǎn)程集中指揮隧道工程施工作業(yè)，綜合管理隧道工程宏觀信息，集中展示與分析日常業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)；為徹底排查隧道工程安全隱患，檢測(cè)隧道圍巖變形情況，實(shí)名管理人機(jī)安全定位，可搭建施工BIM管理平臺(tái)，設(shè)置隧道施工機(jī)械設(shè)備管理模塊、施工質(zhì)量模塊、施工安全模塊、施工進(jìn)度模塊，并配置20個(gè)業(yè)務(wù)運(yùn)用功能，以精細(xì)化管理隧道工程施工電子施工日志、施工組織計(jì)劃、施工進(jìn)度推演預(yù)警等；采用數(shù)字信息化施工技術(shù)，統(tǒng)計(jì)與分析拌和站報(bào)警處置與產(chǎn)能信息、試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)數(shù)量不合格數(shù)處置率，并利用監(jiān)控大屏從多個(gè)層面實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)與分析隧道工程的施工安全、施工質(zhì)量、施工進(jìn)度等情況。

6 結(jié)論

綜上所述，該文深入分析了多種隧道工程技術(shù)與管理問(wèn)題，包括施工機(jī)械設(shè)備管理問(wèn)題、施工質(zhì)量問(wèn)題、施工安全風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題、施工進(jìn)度問(wèn)題等，提出了隧道工程施工進(jìn)度與視頻識(shí)別、人機(jī)定位、變形監(jiān)測(cè)、BIM、地質(zhì)探測(cè)、三維掃描、物聯(lián)網(wǎng)等數(shù)字信息化技術(shù)的深度融合，重點(diǎn)探討了多種數(shù)字化信息施工關(guān)鍵技術(shù)，包括施工安全風(fēng)險(xiǎn)管控、施工質(zhì)量在線管理、施工設(shè)備數(shù)字化管理數(shù)字信息化施工關(guān)鍵技術(shù)，并以某一隧道工程為例，首先提出了該隧道工程中存在的問(wèn)題，然后提出相應(yīng)的數(shù)字信息化施工技術(shù)解決方案。該文研究?jī)?nèi)容，對(duì)相關(guān)工作人員起到一定的借鑒作用。