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摘要:信息化技術(shù)提高信息分析的精確度及分析效率,可以極大提高管理的效率,保障工程質(zhì)量,近年來各建設(shè)行業(yè)均開展了大量的探索與實(shí)踐。以京雄鐵路機(jī)場2號線明挖隧道為工程背景,開展了信息化技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用實(shí)踐。首先從施工技術(shù)、質(zhì)量管理、進(jìn)度管理、安全預(yù)警等方面提出信息化需求,結(jié)合BIM完成功能的開發(fā),建立用戶友好的可視化界面。研究成果適用于明挖隧道的建設(shè)管理,對于其他工程也有參考作用。
關(guān)鍵詞:隧道工程;信息化;BIM;施工管理
0引言
大斷面深基坑隧道施工環(huán)境復(fù)雜,地質(zhì)因素的不確定性程度高,危險(xiǎn)系數(shù)大,為安全、質(zhì)量以及進(jìn)度的管理帶來較大的挑戰(zhàn)。信息化技術(shù)降低了信息的分析難度,為要素的全面考慮提供了便捷工具,是解決管理挑戰(zhàn)的唯一方法[1]。各建設(shè)工程項(xiàng)目提出不同的管控需求,分別開發(fā)不同種類的信息化技術(shù)。如針對施工技術(shù)優(yōu)化及安全管理,開發(fā)基于BIM的分析技術(shù)[2];針對大型機(jī)械設(shè)備的安全與管理,開發(fā)智能化設(shè)備及信息集成技術(shù)[3];針對施工質(zhì)量管理,建立信息集成的平臺[4];針對隧道后期養(yǎng)護(hù),提出信息管理的平臺[5]。本文依托工程為京雄城際鐵路機(jī)場2號線工程,工程北起北京大興機(jī)場地下站,南穿永定河南大堤后露出地面,全長8.338km。隧道設(shè)計(jì)為單洞雙線隧道,洞門采用柱式洞門,隧道仰拱厚度為0.85m,頂板厚度為0.8m,隧道外側(cè)撐角的厚度為1.2m。背景工程具有基坑開挖與防護(hù)復(fù)雜、建筑單體尺寸大等特點(diǎn),施工管控難度較高,深度開發(fā)的信息化技術(shù),解決技術(shù)與管理難題。從目前的形勢和行業(yè)發(fā)展趨勢分析,BIM將是工程建設(shè)行業(yè)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化和信息化的最重要的力量。當(dāng)前隧道工程BIM應(yīng)用還處于初級的階段,多數(shù)還屬于單點(diǎn)應(yīng)用,而且應(yīng)用多局限于設(shè)計(jì)階段使用,在施工和運(yùn)營方面的應(yīng)用較少,本工程的探索對信息化技術(shù)起到了一定的推進(jìn)作用。
1基于需求的信息規(guī)劃及開發(fā)辦法
依托工程的信息管控需求可分為技術(shù)需求以及質(zhì)量、安全、進(jìn)度管控需求等方面。技術(shù)需求為底層需求,需要提出合理的實(shí)施方案,并使之便于操作實(shí)施。本項(xiàng)目基于規(guī)模大、工期緊、作業(yè)面多、地質(zhì)條件復(fù)雜、安全風(fēng)險(xiǎn)高等特點(diǎn),采用BIM技術(shù)對施工全過程進(jìn)行仿真模擬可以提出合理、詳盡的施工方案,能夠有效保證安全、工期、質(zhì)量。此外,BIM技術(shù)突出的優(yōu)點(diǎn)在于可視化,能夠直接展示各種施工細(xì)節(jié),直接以形象的方式記錄于人腦,提高信息的傳遞效率。根據(jù)機(jī)場2號隧道施工方法、模型構(gòu)造及施工過程的要求,將具體的文字性要求通過三維軟件建模有針對性地還原作業(yè)面仿真現(xiàn)場,可以提高施工人員掌握的熟練程度,進(jìn)而起到工程整體可控的作用。質(zhì)量管理主要是對現(xiàn)場實(shí)施的質(zhì)量指標(biāo)信息進(jìn)行歸檔、整理、評估。將質(zhì)量指標(biāo)與三維構(gòu)件進(jìn)行關(guān)聯(lián),可以用不同顏色分別標(biāo)識不同構(gòu)件的檢測結(jié)果,如未檢、合格、不合格等,便于管理者有針對性地進(jìn)行質(zhì)量控制。將質(zhì)量信息附著于三維模型中,在點(diǎn)擊任意構(gòu)件,可以快速鏈接到的質(zhì)量資料文件(如產(chǎn)品合格證、質(zhì)量檢測資料、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)文件等),方便現(xiàn)場管理人員管理,保證質(zhì)量資料可追溯。以構(gòu)件為主體分項(xiàng)進(jìn)行質(zhì)量檢查,實(shí)時上傳、關(guān)聯(lián)質(zhì)量照片,用于參與方進(jìn)行質(zhì)量閉合管理。針對基坑的安全性,借助BIM強(qiáng)大的分析功能,開展即時監(jiān)測與控制工作。通過集成理論分析數(shù)據(jù)以及定期監(jiān)測的應(yīng)變數(shù)據(jù),通過內(nèi)置的算法,開展施工的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。根據(jù)前期的理論分析,以土質(zhì)等級進(jìn)行區(qū)劃,進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)等級識別,識別分為極高、高、中和低,以著色區(qū)別不同的風(fēng)險(xiǎn)程度,為管理人員的風(fēng)險(xiǎn)控制力度的制定提供指導(dǎo)。對土體的變形進(jìn)行監(jiān)測,建立監(jiān)測數(shù)據(jù)上報(bào)的渠道,當(dāng)變形值超過預(yù)先設(shè)定的閾值后,彈出警報(bào),根據(jù)需求或發(fā)送警戒信息給管理方,在BIM中進(jìn)行局部著警戒色,示出危險(xiǎn)區(qū)域。進(jìn)度管理是工程建設(shè)的重要一環(huán),以BIM模型為基礎(chǔ),關(guān)聯(lián)施工完成、實(shí)施時間、待施工等信息、完成量占比等信息。開發(fā)警示模塊,對計(jì)劃進(jìn)度與當(dāng)前進(jìn)度進(jìn)行對比,及時提醒管理層對資源或人力開展調(diào)配工作。BIM用于進(jìn)度管理的另一個優(yōu)勢是可以輔助定位工期延誤的主要原因,如以月為單位,以不同的顏色著色施工進(jìn)度,可以便利的發(fā)現(xiàn)施工遲緩的周期段,進(jìn)而便于查找對應(yīng)工作平面面臨的主要問題等。
2基于BIM的信息化管理技術(shù)
通過需求分析,建立基于BIM的信息化技術(shù),開發(fā)了網(wǎng)頁平臺。
2.1基于虛擬施工的技術(shù)優(yōu)化
利用BIM模型的三維分析功能,進(jìn)行虛擬施工模擬。論證技術(shù)方案的可行性,包括基坑的穩(wěn)定性,臺車施工的便利性,與支護(hù)之間的碰撞檢查等方面,確保施工可行。此外,BIM也可以實(shí)現(xiàn)對材料、設(shè)備用量的便利化統(tǒng)計(jì),從而精確計(jì)算施工成本,便于造價(jià)的總體把握。
2.2基坑安全的風(fēng)險(xiǎn)評估與預(yù)警
基坑在開挖后,監(jiān)測的關(guān)鍵內(nèi)容主要包括坑邊地面沉降、邊坡頂部水平位移、地下水位、支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平位移及沉降、支護(hù)結(jié)構(gòu)深部水平位移、圍護(hù)結(jié)構(gòu)主筋應(yīng)力、支撐軸力。采用水準(zhǔn)儀、全站儀、水位計(jì)、水位管、鋼筋應(yīng)變計(jì)、軸力計(jì)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的量測。根據(jù)制定的頻率,開展定期量測,通過上傳至系統(tǒng),對趨勢進(jìn)行判斷,若數(shù)據(jù)在可控范圍內(nèi),則形成中間報(bào)告,若數(shù)據(jù)超出可控范圍,則預(yù)警單,現(xiàn)場工人撤出危險(xiǎn)區(qū),由參建各方或?qū)<覍︼L(fēng)險(xiǎn)事態(tài)進(jìn)行評估,從而提出控制措施。
2.3施工質(zhì)量及進(jìn)度信息管理
建立各主體結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫,將實(shí)施過程中的質(zhì)量、進(jìn)度信息與三維模型構(gòu)件進(jìn)行關(guān)聯(lián)。并開發(fā)相應(yīng)的可追溯的查詢方式,實(shí)現(xiàn)信息的高效管理。以隧道主體結(jié)構(gòu)為例,逐節(jié)施工的結(jié)構(gòu)上粘貼二維碼標(biāo)識?,F(xiàn)場可掃碼可連接數(shù)據(jù)填報(bào)的窗口,也可以獲得構(gòu)件的制造與養(yǎng)護(hù)歷史信息。
3信息系統(tǒng)開發(fā)
開發(fā)嵌入BIM模型的網(wǎng)絡(luò)平臺,平臺終端呈現(xiàn)方式包括PC端和手機(jī)APP端口,采用云服務(wù)的方式實(shí)現(xiàn)信息互通。以數(shù)據(jù)表單的型式展示結(jié)構(gòu)的主要信息以及土體信息等。為便于數(shù)據(jù)錄入與展示,開發(fā)手機(jī)APP,對主要功能的展示進(jìn)行重新設(shè)計(jì),采用開發(fā)的系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)信息的便利化交互、科學(xué)化響應(yīng),保障了工程的安全、質(zhì)量以及進(jìn)度。
4結(jié)語
以京雄城際鐵路機(jī)場2號線工程為依托工程,對明挖隧道建設(shè)過程中的BIM技術(shù)、信息化技術(shù)開展研究。提出了技術(shù)需求、安全管理、質(zhì)量管理以及進(jìn)度管理的需求,研究了各需求的信息化實(shí)現(xiàn)方式,即BIM用于施工技術(shù)優(yōu)化與成本優(yōu)化,安全的預(yù)警流程,質(zhì)量與進(jìn)度管理的信息追溯與警示方式等。最后對開發(fā)的PC網(wǎng)頁平臺以及手機(jī)APP的功能界面進(jìn)行介紹。建立的信息化技術(shù)較為全面,可以為其他工程的建設(shè)提供參考。
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作者:杜群波 單位:中交二航局第四工程有限公司