程宇航,汪 林,趙鵬輝

(中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司,西安 710065)

0 前 言

中國正處于軌道交通建設(shè)快速推進(jìn)的時(shí)期,截至2022年12月31日,已開通的城市軌道交通線路共計(jì)290條。未來軌道交通的建設(shè)環(huán)境會更加偏重于經(jīng)濟(jì)及人口相對密集的沿海、沿江地區(qū)。復(fù)雜的施工環(huán)境和地質(zhì)條件必然對項(xiàng)目的施工技術(shù)提出新的問題和挑戰(zhàn),因此在建及運(yùn)營線路需實(shí)時(shí)掌握監(jiān)測數(shù)據(jù),從而對結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的評價(jià)和預(yù)測,以確保工程本體結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境的安全[1]。

GIS+BIM技術(shù)融合利用可實(shí)現(xiàn)多方協(xié)同管理,達(dá)到質(zhì)量、安全、進(jìn)度等聯(lián)動管理,滿足工程管理可視化、智能化、信息化和精細(xì)化的管理需要。羊權(quán)榮等[2]以青島地鐵8號線海底隧道為例,基于GIS和BIM技術(shù)創(chuàng)建了信息管控平臺,實(shí)現(xiàn)了施工監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)籌管理,便于直觀、多樣地查詢并展示數(shù)據(jù),解決監(jiān)測數(shù)據(jù)量大、流轉(zhuǎn)速度快的難題;何高峰等[3]利用GIS技術(shù)對隧道穿越的巖溶塌陷區(qū)域進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評價(jià),并將結(jié)果呈現(xiàn)在BIM平臺,進(jìn)而發(fā)布相關(guān)預(yù)警預(yù)報(bào)信息,保障了施工過程中的安全監(jiān)測。

鑒于近年來軌道交通業(yè)務(wù)快速發(fā)展,不論是施工的復(fù)雜環(huán)境還是結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度都不斷上升[4]。雖然也有學(xué)者致力于二者在不同應(yīng)用環(huán)境的交叉研究,但依然沒有針對軌道交通安全監(jiān)測的結(jié)合方式,因此本文將依托深圳市軌道交通安全監(jiān)測工程,將GIS+BIM技術(shù)相融合,建立SaaS智慧監(jiān)測平臺,實(shí)現(xiàn)管理的信息化和智能化。

1 GIS+BIM技術(shù)的集成優(yōu)勢

GIS和BIM技術(shù)之間有著密切聯(lián)系,兩者各有優(yōu)缺。BIM技術(shù)能夠提供豐富的軌道交通內(nèi)部模型數(shù)據(jù),為安全監(jiān)測數(shù)據(jù)采集做出預(yù)警和遠(yuǎn)程分析,為管理人員做出問題的預(yù)判,同時(shí)提供數(shù)據(jù)和模型支撐,及早發(fā)現(xiàn)問題、做好預(yù)防;GIS技術(shù)滿足了在地理環(huán)境空間信息下城市軌道交通周圍立體空間的可視化分析應(yīng)用,為地鐵內(nèi)部結(jié)構(gòu)的區(qū)域管理以及安全監(jiān)測管理提供宏觀信息,為監(jiān)測預(yù)警、安全管理和應(yīng)急管理做好規(guī)劃[5]。本文所述項(xiàng)目施工期監(jiān)測是較為復(fù)雜的工程項(xiàng)目,其工程量龐大、責(zé)任重大且施工風(fēng)險(xiǎn)較高,各工序之間的關(guān)系錯綜復(fù)雜,且需要熟悉相關(guān)監(jiān)測業(yè)務(wù)的專業(yè)技術(shù)人才,迫切需要一種切實(shí)有效的管理方法來全面組織,進(jìn)而高效實(shí)施監(jiān)測作業(yè)。因此,將信息化管理技術(shù)應(yīng)用于創(chuàng)業(yè)路站施工期監(jiān)測項(xiàng)目中,結(jié)合監(jiān)測業(yè)務(wù)自身特點(diǎn),按照統(tǒng)一規(guī)劃部署、分布實(shí)施管理的原則[6],通過GIS+BIM技術(shù)制定行之有效的監(jiān)測管理辦法,對本項(xiàng)目施工期監(jiān)測進(jìn)行系統(tǒng)管理,及時(shí)有序地開展各分布單元監(jiān)測工作,對監(jiān)測儀器的采購、安裝、數(shù)據(jù)采集與整編分析進(jìn)行統(tǒng)一管理,形成一套完善的監(jiān)測管理體系,最終實(shí)現(xiàn)創(chuàng)業(yè)路站施工期監(jiān)測作業(yè)的圓滿完成,并在保證項(xiàng)目安全和質(zhì)量的前提下達(dá)到利益最大化,為軌道交通施工期監(jiān)測作業(yè)的管理模式探索一條新思路[7-8]。

2 SaaS智慧監(jiān)測平臺

2.1 平臺優(yōu)勢

SaaS智慧監(jiān)測平臺主要解決創(chuàng)業(yè)路站安全監(jiān)測項(xiàng)目對信息化技術(shù)需求、企業(yè)總部對于日益增多的項(xiàng)目的管理需求,實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的粗放管理到精細(xì)管理、單一運(yùn)作到協(xié)作共享、被動響應(yīng)到主動預(yù)見、風(fēng)險(xiǎn)處理到風(fēng)險(xiǎn)防范的轉(zhuǎn)變。在設(shè)計(jì)層面,SaaS智慧監(jiān)測平臺能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的自動采集、數(shù)據(jù)分析、生成報(bào)告及監(jiān)測預(yù)警等功能;在管理層面,該平臺能夠?qū)贤ㄐ侍嵘s40%;在體系層面,將GIS技術(shù)與BIM技術(shù)相融合后建立了軌道交通工程監(jiān)測協(xié)同管理體系,全線協(xié)同施工、規(guī)劃、監(jiān)測與運(yùn)營的接口。該平臺主界面如圖1所示。

2.2 整體架構(gòu)

SaaS智慧監(jiān)測平臺充分運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、三維GIS與BIM技術(shù),對工程安全監(jiān)測涉及的傳感器、儀器設(shè)備、數(shù)據(jù)整編分析技術(shù)、數(shù)據(jù)可視化呈現(xiàn)方式、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、報(bào)告編制等內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)全面的設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)目監(jiān)測數(shù)據(jù)、管理信息、風(fēng)險(xiǎn)管控情況的集中管理、實(shí)時(shí)共享、綜合分析和遠(yuǎn)程輔助決策,為相關(guān)各方提供統(tǒng)一的信息平臺[9]。平臺建設(shè)突出以地鐵及其部位實(shí)體為三維操作單元、以時(shí)空數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)、以數(shù)學(xué)分析模型為核心,發(fā)揮監(jiān)測領(lǐng)域知識驅(qū)動能力,在數(shù)字空間對工程項(xiàng)目監(jiān)測對象及其業(yè)務(wù)進(jìn)行全要素、全過程的數(shù)字化模擬、可視化呈現(xiàn)以及智能化分析[10]。該平臺整體架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 SaaS智慧監(jiān)測平臺整體架構(gòu)

3 工程應(yīng)用

3.1 工程概況

創(chuàng)業(yè)路站是深圳地鐵12號線的中間站,東南接南油站,西北連南山站,是12號線的第7個(gè)車站,車站位于南山區(qū)創(chuàng)業(yè)路與南光路交叉路口處,線路穿行于創(chuàng)業(yè)路地下,東西向斜切創(chuàng)業(yè)路。車站總長250 m,標(biāo)準(zhǔn)段基坑寬21.2～22.0 m,盾構(gòu)擴(kuò)大端基坑寬約25.8 mm,車站基坑開挖深度為19.0～21.0 m。本車站基坑在開挖過程中的監(jiān)測項(xiàng)目有:圍護(hù)墻體水平位移、墻頂豎向水平位移、支撐軸力、建筑物沉降、地表沉降、管線沉降、地下水位。

3.2 工程應(yīng)用

3.2.1GIS+BIM技術(shù)具體應(yīng)用

利用GIS+BIM技術(shù)能夠提前對監(jiān)測點(diǎn)位埋設(shè)以及施工期監(jiān)測進(jìn)行動態(tài)模擬,選擇更加合理的測點(diǎn)埋設(shè)位置、時(shí)間節(jié)點(diǎn)和儀器保護(hù)方法(受后續(xù)各施工方影響),進(jìn)一步提高監(jiān)測儀器的埋設(shè)質(zhì)量和效率,保證測點(diǎn)保存完好,避免不必要的返工。SaaS智慧監(jiān)測平臺具備較為可靠的項(xiàng)目管理和報(bào)表生成等功能,目前在創(chuàng)業(yè)路站已穩(wěn)定運(yùn)行。該監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)部已經(jīng)錄入各測點(diǎn)信息,如測點(diǎn)名稱、測值狀態(tài)(是否正常)、最新測值等,能夠自動對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算與分析,并且可隨時(shí)調(diào)出其變化曲線。如圖3所示為本項(xiàng)目的關(guān)鍵信息界面。

利用GIS+BIM技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測作業(yè)模擬的步驟一般如下:

(1) 結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙利用Revit軟件進(jìn)行三維建模,同時(shí)對監(jiān)測點(diǎn)位進(jìn)行三維建模;

(2) 結(jié)合相關(guān)規(guī)范規(guī)程,熟悉監(jiān)測點(diǎn)埋設(shè)方法及土建施工工藝流程,進(jìn)行模擬施工,選定合理的監(jiān)測點(diǎn)埋設(shè)位置和時(shí)間;

(3) 針對不同的施工工藝,模擬出土建施工對監(jiān)測點(diǎn)位造成的影響,進(jìn)行碰撞檢測,提供可視化參考,最大限度地減小測點(diǎn)的破壞及損失。

3.2.2GIS+BIM內(nèi)業(yè)資料應(yīng)用

軌道交通施工周期長、工藝多并且施工條件極其復(fù)雜,每進(jìn)行一道工序,都會產(chǎn)生與其相關(guān)的資料。隨著項(xiàng)目周期拉長,監(jiān)測資料的增多使得項(xiàng)目管理較為困難。由于監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新,管理人員可以通過SaaS智慧監(jiān)測平臺將相關(guān)資料進(jìn)行歸納總結(jié),在系統(tǒng)中設(shè)置多級目錄,將其按照監(jiān)測部位、監(jiān)測時(shí)間以及重要程度進(jìn)行分類存儲,同時(shí)可以將施工期中產(chǎn)生的設(shè)計(jì)變更圖紙鏈接至地鐵模型,避免資料缺失。

通過SaaS監(jiān)測平臺能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)自動采集、傳輸、計(jì)算分析、告警及生成報(bào)告等。管理人員可以定時(shí)查看某一部位的監(jiān)測數(shù)據(jù)以及相應(yīng)周期內(nèi)的變化趨勢,通過相關(guān)功能對其進(jìn)行偏差分析,剔除離散性較大的監(jiān)測數(shù)據(jù),使其可信度更高。對于某些特定部位,需要設(shè)置閾值使其實(shí)現(xiàn)自動告警的功能,并且通過接收短信實(shí)時(shí)了解監(jiān)測情況,同時(shí)生成監(jiān)測報(bào)告,具體應(yīng)用界面如圖4所示。

圖4 SaaS智慧監(jiān)測平臺應(yīng)用功能

3.2.3GIS+BIM平臺具體功能

SaaS智慧監(jiān)測平臺的關(guān)鍵技術(shù)及核心要點(diǎn)主要是全方位協(xié)同管理、全要素?cái)?shù)據(jù)沉淀及數(shù)據(jù)應(yīng)用與增值。該平臺共分為8個(gè)模塊,分別為綜合展示、資料管理、進(jìn)度管理、綜合管理、系統(tǒng)管理、質(zhì)量管理、模型管理及移動APP模塊。

(1) 綜合展示模塊包含GIS+BIM技術(shù)沙盤、二維及三維工程概況;

(2) 資料管理模塊包含文件管理、文檔收集、文檔報(bào)審及文檔檢索;

(3) 進(jìn)度管理模塊包含監(jiān)測進(jìn)度展示及計(jì)劃報(bào)審;

(4) 綜合管理模塊包含信息公告、視頻管理、任務(wù)管理、周月報(bào)管理等;

(5) 系統(tǒng)管理模塊包含監(jiān)測項(xiàng)目單元、現(xiàn)場管理及人員結(jié)構(gòu)管理等;

(6) 質(zhì)量管理模塊包括質(zhì)量單元劃分和質(zhì)量驗(yàn)收;

(7) 模型管理模塊包含模型管理、二維碼管理及模型展示;

(8) 移動APP模塊包含模型瀏覽、通訊錄、任務(wù)管理及消息收發(fā)等。通過以上模塊能夠高效便捷地實(shí)現(xiàn)SaaS智慧監(jiān)測平臺的運(yùn)維對接。

待各部位施工結(jié)束后,基于BIM模型進(jìn)行相關(guān)質(zhì)量驗(yàn)收,對各施工工序的成果性資料進(jìn)行匯總分析,保證進(jìn)度計(jì)劃的實(shí)際完成,實(shí)現(xiàn)質(zhì)量與進(jìn)度的聯(lián)動管理。

3.2.4GIS+BIM運(yùn)維對接應(yīng)用

(1) 資產(chǎn)維護(hù)

通過BIM模型,項(xiàng)目能夠充分發(fā)揮運(yùn)營維護(hù)管理的作用,在創(chuàng)業(yè)路站項(xiàng)目運(yùn)維階段,通過制定可視化的運(yùn)維計(jì)劃,借助智慧監(jiān)測平臺進(jìn)行可視化空間管理,便于快速找到監(jiān)測儀器或電纜位置,了解附近施工、設(shè)備的空間關(guān)系。鑒于BIM是構(gòu)件化的三維模型,監(jiān)測儀器的新增速度較快,產(chǎn)生的數(shù)據(jù)也在不斷變化,通過該平臺能夠快速統(tǒng)計(jì)資產(chǎn)信息,實(shí)現(xiàn)地鐵項(xiàng)目運(yùn)營維護(hù)目標(biāo)。

(2) 竣工移交

竣工資料是項(xiàng)目監(jiān)測驗(yàn)收的重要依據(jù),對于竣工資料的整理與歸檔,SaaS智慧監(jiān)測平臺能夠?qū)嫶?、繁重的工作簡潔化。竣工資料不僅需要?dú)w納完整、準(zhǔn)確性高,更加應(yīng)該便于管理與查詢以GIS+BIM技術(shù)建立的地鐵模型為依托,將所有相關(guān)聯(lián)的監(jiān)測文件,如設(shè)計(jì)圖紙、設(shè)計(jì)變更、監(jiān)測儀器到貨及驗(yàn)收清單、儀器率定表、項(xiàng)目結(jié)算等資料與地鐵工程相關(guān)模型構(gòu)件進(jìn)行關(guān)聯(lián),使監(jiān)測工作滿足竣工驗(yàn)收的管理要求。GIS+BIM竣工模型中包括豐富的信息數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)模型不僅能夠?qū)⒎爆嵉目⒐べY料進(jìn)行有序管理、方便查詢,而且能夠順利向運(yùn)維管理階段移交,實(shí)現(xiàn)軌道交通監(jiān)測數(shù)據(jù)到運(yùn)營數(shù)據(jù)的平穩(wěn)過渡,為地鐵建設(shè)安全鑒定提供有力支撐。

3.2.5GIS+BIM項(xiàng)目管理應(yīng)用

施工過程中,監(jiān)測技術(shù)人員分析了解現(xiàn)場施工情況、數(shù)據(jù)采集以及相關(guān)工作記錄等信息,實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場土建施工進(jìn)度,預(yù)測各部位監(jiān)測變化趨勢,發(fā)現(xiàn)監(jiān)測信息反映出的實(shí)際問題,進(jìn)而合理安排現(xiàn)場監(jiān)測工作,針對工程安全風(fēng)險(xiǎn)較高的點(diǎn)位提出預(yù)警建議,供業(yè)主開展現(xiàn)場管理工作。同時(shí),通過巡視檢查對現(xiàn)場監(jiān)測工作進(jìn)行復(fù)核和監(jiān)督,對各作業(yè)面的監(jiān)測范圍、頻次、儀器損壞以及數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性等實(shí)時(shí)掌控。

SaaS智慧監(jiān)測平臺通過成立負(fù)責(zé)人牽頭的安全管理領(lǐng)導(dǎo)小組,明確自身分工,分別從設(shè)備安全管理、安全教育管理以及監(jiān)測預(yù)警管理等方面,實(shí)現(xiàn)城市軌道交通施工期監(jiān)測過程中的安全管理。

(1) 設(shè)備安全管理

城市軌道交通監(jiān)測項(xiàng)目中設(shè)備種類多、功能各異,通過智慧監(jiān)測平臺可以建立一個(gè)設(shè)備數(shù)字化管理模塊,管理人員便可實(shí)時(shí)查看監(jiān)測儀器的運(yùn)行狀態(tài),及時(shí)做出正確處理。在日常運(yùn)營維護(hù)過程中,管理人能夠通過輸入設(shè)備相關(guān)信息,獲得其保修服務(wù)及維修常識等信息,將其作為定期檢定的依據(jù),從根本上減輕由設(shè)備原因?qū)е碌陌踩[患問題。

(2) 安全教育管理

安全問題應(yīng)該以日常預(yù)防為主,對于現(xiàn)場人員的安全教育培訓(xùn)極其重要,安全教育的目的是使監(jiān)測人員能夠?qū)Ω黝愇ｋU(xiǎn)環(huán)境作出及時(shí)判斷,培養(yǎng)其在作業(yè)過程中具備處理危險(xiǎn)的能力。

(3) 監(jiān)測預(yù)警管理

通過采集監(jiān)測作業(yè)現(xiàn)場的測點(diǎn)信息、隱患排查信息以及施工現(xiàn)場視頻信息,基于GIS和BIM技術(shù),將各類信息進(jìn)行可視化展示,并根據(jù)分級分類的預(yù)警體系,將達(dá)到閾值的監(jiān)測點(diǎn)位及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息。SaaS智慧監(jiān)測平臺預(yù)警功能主要包括:

1) 施工安全風(fēng)險(xiǎn)管理

實(shí)現(xiàn)對本項(xiàng)目土建工程安全風(fēng)險(xiǎn)的日常監(jiān)控及應(yīng)急輔助,能夠快速查看與集中查看現(xiàn)場監(jiān)測信息與巡查信息,提高安全風(fēng)險(xiǎn)管理與控制的工作效率。

2) 施工現(xiàn)場視頻監(jiān)控

能夠?qū)κ┕がF(xiàn)場監(jiān)測作業(yè)面進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,隨時(shí)調(diào)用各測點(diǎn)的視頻信息,并且管理人員能夠通過手機(jī)或電腦客戶端進(jìn)行實(shí)時(shí)查看,可單畫面、多畫面隨意切換,有權(quán)限的用戶還可對監(jiān)控云臺進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

3) 安全質(zhì)量隱患管理

根據(jù)不同層級用戶的安全隱患排查與治理的相關(guān)工作設(shè)置權(quán)限,匯總該監(jiān)測區(qū)域的所有隱患信息,以及待審核上報(bào)及違規(guī)信息等。

4) 綜合預(yù)警管理

通過錄入現(xiàn)場實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對施工現(xiàn)場作業(yè)面、地面沉降以及周邊環(huán)境等多種風(fēng)險(xiǎn)源的監(jiān)測,通過實(shí)時(shí)報(bào)警的方式提醒管理人員關(guān)注現(xiàn)場監(jiān)測情況,并對相應(yīng)部位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

4 管理總結(jié)及效果分析

SaaS智慧監(jiān)測平臺利用GIS+BIM技術(shù)使得創(chuàng)業(yè)路站軌道交通監(jiān)測項(xiàng)目的安全管理及風(fēng)險(xiǎn)管理水平得到了一定提升。監(jiān)測平臺的可視化技術(shù)在監(jiān)測儀器埋設(shè)、線纜敷設(shè)、監(jiān)測數(shù)據(jù)采集以及風(fēng)險(xiǎn)識別等方面應(yīng)用效果較好。在項(xiàng)目的組織管理中,該平臺發(fā)揮了一定作用,如信息化的即時(shí)共享、管理流程的便捷性等,這不僅能夠提升監(jiān)測數(shù)據(jù)采集與分析的效率,還能夠加強(qiáng)項(xiàng)目的組織協(xié)調(diào)能力。采用GIS+BIM技術(shù)還能夠高效地實(shí)現(xiàn)建立資源計(jì)劃、控制項(xiàng)目成本、提高生產(chǎn)效率等,很大程度上改變了傳統(tǒng)監(jiān)測項(xiàng)目的管理理念,引領(lǐng)軌道交通安全監(jiān)測信息化水平走向更高的層次,從而為城市軌道交通開啟新的建設(shè)模式。

5 結(jié) 語

本文通過集成GIS和BIM技術(shù)構(gòu)建SaaS智慧監(jiān)測平臺,項(xiàng)目管理人員可以通過施工期監(jiān)測的前、中、后期3個(gè)階段對整體進(jìn)度進(jìn)行嚴(yán)格把控,同時(shí)對于施工成本以及安全質(zhì)量控制進(jìn)行及時(shí)調(diào)整和預(yù)防。該系統(tǒng)在創(chuàng)業(yè)路站施工期監(jiān)測中的實(shí)施效果較為顯著,但由于BIM監(jiān)測建模的工作量較大,建模精細(xì)程度有待改進(jìn),目前只能參考類似項(xiàng)目管理的應(yīng)用研究,不通用于所有的城市軌道交通監(jiān)測項(xiàng)目。隨著技術(shù)數(shù)據(jù)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的深入、軟件層面數(shù)據(jù)交換與數(shù)據(jù)共享的深度融合共享、智慧城市理論的更新迭代,GIS+BIM技術(shù)未來在我國軌道交通、水利水電等工程安全監(jiān)測領(lǐng)域,一定能夠?qū)崿F(xiàn)更高層次、更高程度的集成化與智慧化應(yīng)用。