基于BIM的清華園隧道施工管理關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用實(shí)踐

楊 威,鮑 榴,王萬齊,王輝麟,解亞龍

(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司電子計(jì)算技術(shù)研究所,北京 100081)

截至2018年底，我國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程達(dá)13.1萬km，其中鐵路隧道長(zhǎng)度1.63萬km，占鐵路總里程的12.45%。高速鐵路營(yíng)業(yè)里程達(dá)2.9萬km，其中高鐵隧道長(zhǎng)度近0.5萬km，占高鐵總運(yùn)營(yíng)里程的16.89%[1]。如高黎貢山與望京隧道均采用大直徑掘進(jìn)機(jī)施工。掘進(jìn)機(jī)具有自動(dòng)化程度高、施工速度快、可控制地面沉降，對(duì)地面建筑物和交通干擾小，特別適合城區(qū)地下空間開發(fā)的特點(diǎn)。但城區(qū)地下隧道施工有安全文明施工，對(duì)周邊環(huán)境擾動(dòng)小、注重保護(hù)市政管線等要求。如何高效地將相對(duì)離散、封閉但又極其重要的施工數(shù)據(jù)組織起來，挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值，來解決城區(qū)地下大型工程建設(shè)管理痛點(diǎn)問題，從而實(shí)現(xiàn)精益化施工管理是信息化工作者應(yīng)積極探索的方向。

黨的十九大報(bào)告中提出“交通強(qiáng)國(guó)”戰(zhàn)略[2]，給鐵路行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)指明了發(fā)展方向。我國(guó)鐵路“十三五”發(fā)展規(guī)劃中也提出“大力促進(jìn)數(shù)字化、信息化、智能化鐵路建設(shè)”的要求。BIM、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)在基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)建造和運(yùn)維階段的應(yīng)用發(fā)展，給建設(shè)管理者們提供了全新的管理理念，也得到建設(shè)各方的廣泛認(rèn)可。特別是在市政盾構(gòu)隧道施工信息化方面，探索以統(tǒng)一IFC的BIM模型，將空間施工過程數(shù)據(jù)通過傳感設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)采集與管理，實(shí)現(xiàn)了施工過程信息傳遞共享，標(biāo)準(zhǔn)化動(dòng)態(tài)管理[3-5]。并將施工過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息與BIM模型構(gòu)件關(guān)聯(lián)，對(duì)質(zhì)量問題三維可視化加上時(shí)間屬性，提高質(zhì)量管理的精細(xì)化水平[6]。在鐵路隧道施工管理信息化方面，一方面提出以地質(zhì)BIM模型為核心，結(jié)合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)可視化與地質(zhì)信息綜合分析的技術(shù)路線[7]，另一方面，通過快速建模技術(shù)與施工組織結(jié)合，形成多種可視化虛擬建造方案，經(jīng)過比選確定最佳施工方案[8-9]。運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段也已經(jīng)將BIM模型引入到隧道養(yǎng)護(hù)工作中，提供直觀可視化的工作界面，以期提高運(yùn)維工作效率[10]。

綜上所述，盡管BIM技術(shù)在隧道工程設(shè)計(jì)、建造與運(yùn)維等方面都有了不同深度的應(yīng)用，但依然存在建模標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，信息共享性、實(shí)時(shí)性、靈活性不高，建造數(shù)據(jù)價(jià)值利用率低等問題。鑒于此，依托京張高鐵清華園隧道，通過研究參數(shù)化建模、多源異構(gòu)數(shù)據(jù)集成和統(tǒng)一建模編碼體系等關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)集進(jìn)度、質(zhì)量、安全風(fēng)險(xiǎn)管控、施工參數(shù)分析和施工輔助決策于一體的鐵路盾構(gòu)隧道施工BIM管理系統(tǒng)，逐步實(shí)現(xiàn)數(shù)字隧道，精品工程的目標(biāo)，并朝著鐵路工程智能化建設(shè)管理的發(fā)展方向邁進(jìn)[11]。

1 工程概況

清華園隧道是新建北京至張家口高速鐵路的重點(diǎn)控制性工程，主要包括盾構(gòu)段和明挖段隧道，平面示意如圖1所示。其中盾構(gòu)段隧道系國(guó)內(nèi)首條穿越北京主城區(qū)單洞雙線、大直徑、高風(fēng)險(xiǎn)的鐵路盾構(gòu)隧道，全長(zhǎng)5 330 m，在學(xué)院南路北側(cè)入地，并行城鐵13號(hào)線，依次下穿北三環(huán)路(上穿在建地鐵12號(hào)線)、知春路、地鐵10號(hào)線、北四環(huán)路、成府路、雙清路、上穿地鐵15號(hào)線后出地面。該地段地質(zhì)復(fù)雜、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)高、施工難度大，長(zhǎng)距離穿越卵石土地層，對(duì)刀盤刀具磨損大，不利于盾構(gòu)連續(xù)掘進(jìn)施工。下穿的地鐵線路承擔(dān)著巨大的客流輸送任務(wù)，施工過程中必須嚴(yán)格控制地表不均勻沉降；下穿的建筑物部分較為老舊，地面風(fēng)險(xiǎn)源及管線極多，穿越過程中如何保證敏感建筑安全，是盾構(gòu)掘進(jìn)控制的重點(diǎn)。隧道全線均在北京主城區(qū)內(nèi)，沿線商業(yè)區(qū)分布較多，人員密集，文明施工和環(huán)境保護(hù)要求極高，施工中需采取各種措施減少環(huán)境破壞，保護(hù)周邊環(huán)境，要體現(xiàn)環(huán)保意識(shí)，樹立良好形象。同時(shí)各種電力設(shè)施、地下管線、通信線路密布，掘進(jìn)過程中如何確保道路結(jié)構(gòu)及管線安全，是本工程盾構(gòu)施工控制的難點(diǎn)。

圖1 清華園隧道平面示意

明挖區(qū)間共2段，每段均由明洞段隧道和工作豎井組成，起止里程分別為：DK14+090～DK14+289和DK18+200～DK19+420，總長(zhǎng)1419 m。明挖區(qū)間圍護(hù)結(jié)構(gòu)為鉆孔灌注樁+高壓旋噴樁。1號(hào)豎井深20 m、3號(hào)豎井深22.6 m，2號(hào)豎井深31～37 m。1號(hào)、3號(hào)豎井采用鉆孔灌注樁+旋噴樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)，鋼支撐支護(hù)體系；2號(hào)豎井采用地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)，鋼支撐支護(hù)體系。采用局部鋼筋混凝土支撐+鋼支撐支護(hù)體系。豎井深度大，地層穩(wěn)定性差，容易失穩(wěn)變形，并造成周邊沉降，是工程控制的重點(diǎn)。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 參數(shù)化建模

清華園隧道BIM模型主要分為4類，地質(zhì)模型、結(jié)構(gòu)模型、周邊環(huán)境模型和盾構(gòu)機(jī)模型。BIM模型創(chuàng)建說明如表1所示。

表1 盾構(gòu)隧道BIM建模要求說明

2.1.1 地質(zhì)模型

三維地質(zhì)模型包含地層模型、斷層、鉆孔等地質(zhì)工程勘察信息，考慮地質(zhì)專業(yè)建模的特殊性，本次地質(zhì)建模精度高于初步設(shè)計(jì)精度，以保證在后續(xù)深化過程中地質(zhì)專業(yè)不再重新建立模型。地質(zhì)模型在地質(zhì)勘探點(diǎn)處的幾何精度為1 mm，位置精度為10 mm。地質(zhì)專業(yè)涉及的地層巖性多，采用了統(tǒng)一的地質(zhì)材質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、顏色標(biāo)準(zhǔn)、屬性標(biāo)準(zhǔn)、圖層標(biāo)準(zhǔn)等。按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)完成的地質(zhì)模型，整體更具有統(tǒng)一性。

2.1.2 結(jié)構(gòu)模型

清華園隧道盾構(gòu)段采用預(yù)制管片及軌下全預(yù)制構(gòu)件拼裝創(chuàng)新技術(shù)，用拼裝的模式代替現(xiàn)澆法工藝，更符合盾構(gòu)法隧道發(fā)揮對(duì)周圍環(huán)境影響小、自動(dòng)化程度高、施工快速、優(yōu)質(zhì)高效、安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。每環(huán)由9塊管片組成，包括1塊封頂塊、2塊臨接塊和6塊標(biāo)準(zhǔn)塊；軌下全預(yù)制結(jié)構(gòu)采取中間預(yù)制“口”字件(中箱涵)+兩側(cè)預(yù)制邊箱涵的結(jié)構(gòu)形式。在建模過程中，將結(jié)構(gòu)劃分為基本零件，形成構(gòu)件庫(kù)，并能根據(jù)設(shè)計(jì)圖從構(gòu)件庫(kù)中調(diào)取模型生成隧道結(jié)構(gòu)BIM模型。

2.1.3 周邊環(huán)境模型

隧道下穿北京核心城區(qū)，穿越市政管線、道路和建筑物多達(dá)上百處。根據(jù)實(shí)地考察和設(shè)計(jì)文件，創(chuàng)建了26處風(fēng)險(xiǎn)構(gòu)筑物、88條重要市政管線以及10號(hào)、12號(hào)、13號(hào)與15號(hào)地鐵線，北三環(huán)、成府路等多條重要市政道路在內(nèi)的BIM模型，為隧道施工系統(tǒng)開展實(shí)時(shí)可視化監(jiān)控風(fēng)險(xiǎn)變化工作提供了位置關(guān)系、風(fēng)險(xiǎn)說明、應(yīng)急方案等輔助決策信息。

2.1.4 盾構(gòu)機(jī)模型

清華園隧道采用外徑12.2 m的大直徑泥水平衡盾構(gòu)機(jī)施工。盾構(gòu)機(jī)建模主要包括刀盤、盾體、推進(jìn)油缸、溺水輸送機(jī)、管片拼裝機(jī)、拖車等主要零部件。盾構(gòu)機(jī)模型的建立一方面能夠查看盾構(gòu)機(jī)所在位置的地層地質(zhì)情況，另一方面可與施工參數(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的可視化監(jiān)測(cè)。

2.2 基于BIM的多源異構(gòu)信息集成

清華園隧道數(shù)據(jù)信息來源于盾構(gòu)機(jī)、RFID射頻標(biāo)簽、圖紙、視頻、文字記錄等多種渠道，有效地組織處理數(shù)據(jù)成為平臺(tái)底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵。因此，有必要對(duì)形式復(fù)雜、格式不一、來源多樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃。研究數(shù)模分離技術(shù)，形成以BIM模型為核心，與施工數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)、人員數(shù)據(jù)相互映射的數(shù)據(jù)架構(gòu)。并通過數(shù)據(jù)調(diào)用技術(shù)、數(shù)據(jù)流接口技術(shù)、控制模式技術(shù)的研發(fā)，實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)集中運(yùn)行應(yīng)用管理。

2.3 統(tǒng)一建模編碼體系

依據(jù)中國(guó)鐵路BIM聯(lián)盟發(fā)布的《鐵路工程實(shí)體結(jié)構(gòu)分解指南(1.0)》、《鐵路工程信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)(1.0)》、《鐵路工程信息模型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)(1.0)》等BIM相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[12-14]，結(jié)合清華園隧道軌下全預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，研究盾構(gòu)隧道工程實(shí)體結(jié)構(gòu)分解方式及專業(yè)構(gòu)件編碼規(guī)則，通過附加IFD類型碼、EBS實(shí)體碼以及風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)編碼等統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)編碼，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的靈活性、傳遞性和共享性，也補(bǔ)充完善了鐵路BIM聯(lián)盟相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

鐵路工程建設(shè)管理中隧道結(jié)構(gòu)EBS編碼如圖2所示。

圖2 預(yù)制箱涵EBS編碼示意

在建設(shè)基于BIM的隧道施工管理系統(tǒng)過程中，應(yīng)遵循以下原則。

(1)工點(diǎn)編碼，由鐵路工程管理平臺(tái)統(tǒng)一編碼下發(fā)，前6位表示項(xiàng)目編碼，第7、8 位為專業(yè)代號(hào)，第 9、10、11、12 位為工點(diǎn)順序號(hào)。

(2)結(jié)構(gòu)類別碼，第13、14位為結(jié)構(gòu)類別位，例如地基加固與處理DJ，初期支護(hù)CZ，襯砌CJ。

(3)結(jié)構(gòu)部位標(biāo)識(shí)碼，第15、16位是結(jié)構(gòu)部位標(biāo)識(shí)位，單洞單線隧道為00，單洞雙線或多線隧道時(shí)，結(jié)構(gòu)部位標(biāo)識(shí)位應(yīng)由小里程向大里程方向，從左到右依次是01、02…。

(4)結(jié)構(gòu)部位順序碼，第17、18、19、20位為結(jié)構(gòu)部位順序位。

(5)構(gòu)件類別碼，第21、22、23、24位為構(gòu)件類別位，例如管片0304，箱涵0313。

(6)構(gòu)件標(biāo)識(shí)碼，第25、26位為構(gòu)件標(biāo)識(shí)位，若只存在唯一構(gòu)件則為00，若存在多個(gè)構(gòu)件，應(yīng)由小里程向大里程方向，從左到右依次是01、02…。

(7)構(gòu)件順序碼，第27、28、29、30、31位為構(gòu)件順序位。

示例：XPBZ01040010.CJ.01.0001.0313.00. 00001，解釋為新建北京至張家口鐵路清華園隧道1號(hào)盾構(gòu)段左線1號(hào)節(jié)段第一塊箱涵預(yù)制構(gòu)件。

3 基于BIM的隧道施工管理系統(tǒng)構(gòu)建

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)整體架構(gòu)由網(wǎng)頁端和手持應(yīng)用終端組成。服務(wù)器端配置由SQL Server服務(wù)器、防火墻和路由器組成，負(fù)責(zé)提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、訪問和管理服務(wù)。通過BIM模型輕量化處理發(fā)布、調(diào)用，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與施工階段數(shù)據(jù)無縫銜接，并為后期的運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供數(shù)據(jù)信息。手持應(yīng)用終端采用響應(yīng)速度較快、安全性較高的C/S架構(gòu)，保證施工數(shù)據(jù)獲取的時(shí)效性。

基于BIM的隧道施工管理系統(tǒng)分為5層架構(gòu)，包括設(shè)備層、數(shù)據(jù)層、模型層、功能層和應(yīng)用層，如圖3所示。

設(shè)備層包括監(jiān)控監(jiān)測(cè)傳感器、視頻監(jiān)視器、射頻識(shí)別芯片(RFID)和手持終端。在豎井、建筑物、道路、盾構(gòu)頂層地面等關(guān)鍵位置布設(shè)檢測(cè)傳感器，動(dòng)態(tài)采集沉降、傾斜、應(yīng)力等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。通過RFID芯片和手持終端采集管片拼裝質(zhì)量數(shù)據(jù)，固定式RFID讀寫器獲取門禁、盾構(gòu)機(jī)、人員定位等動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。獲取的多源數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一回傳至中心服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析。

數(shù)據(jù)層包括預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)、質(zhì)量追溯、監(jiān)控監(jiān)測(cè)、人員定位等數(shù)據(jù)庫(kù)，將預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)、盾構(gòu)拼裝質(zhì)量數(shù)據(jù)、風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、人員定位數(shù)據(jù)通過異構(gòu)多源數(shù)據(jù)融合機(jī)制集成到BIM模型和中心數(shù)據(jù)庫(kù)。

模型層包括地層地質(zhì)模型、周邊環(huán)境模型、隧道結(jié)構(gòu)模型和盾構(gòu)機(jī)模型。模型層以設(shè)計(jì)院提供的BIM模型為源頭，通過輕量化處理、數(shù)模分離，提取幾何信息和非幾何信息，形成設(shè)計(jì)階段屬性數(shù)據(jù)庫(kù)，并與建造數(shù)據(jù)互通。

功能層是通過自主研發(fā)WebGL的CarsView圖形引擎對(duì)各類BIM模型統(tǒng)一集成管理，包括施工質(zhì)量追溯、進(jìn)度跟蹤、安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控、人員軌跡分析、施工參數(shù)挖掘、盾構(gòu)工效分析等服務(wù)，實(shí)現(xiàn)各參建方數(shù)據(jù)共享與應(yīng)用。

應(yīng)用層是為各參建方提供包括Web、手持終端和調(diào)度中心的應(yīng)用服務(wù)，滿足人機(jī)交互需求。

圖3 系統(tǒng)架構(gòu)

3.2 基于BIM隧道施工管理系統(tǒng)實(shí)施流程

依托鐵路總公司重點(diǎn)科研課題，重點(diǎn)研究參數(shù)化建模、多源異構(gòu)數(shù)據(jù)集成、統(tǒng)一建模編碼體系等關(guān)鍵技術(shù)。并結(jié)合清華園隧道工程特點(diǎn)、管理要求、施工難點(diǎn)等進(jìn)行施工系統(tǒng)需求分析，形成系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、功能設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計(jì)技術(shù)方案。對(duì)設(shè)計(jì)院提供的不同深度模型輕量化處理，將施工組織信息、人員組織結(jié)構(gòu)信息、技術(shù)方案信息和管理信息與BIM模型融合，通過WebGL圖形引擎研發(fā)基于BIM的清華園隧道施工管理系統(tǒng)，通過功能測(cè)試、性能測(cè)試與安全測(cè)試后部署在鐵路工程管理云平臺(tái)上，組織系統(tǒng)使用人員培訓(xùn)，并建立消息日志與容災(zāi)備份等運(yùn)維保障機(jī)制。實(shí)施流程如圖4所示。

圖4 基于BIM隧道施工管理系統(tǒng)實(shí)施流程

4 應(yīng)用實(shí)踐

4.1 預(yù)制件管理

清華園隧道預(yù)制構(gòu)件供應(yīng)商為中鐵十四局房山橋梁廠，研發(fā)的手持終端設(shè)備具備鋼筋加工、鋼筋安裝、模具檢查、澆筑、蒸汽養(yǎng)護(hù)、脫模、噴碼、灑水養(yǎng)護(hù)等構(gòu)件制造全過程數(shù)據(jù)采集功能，如圖5所示，并在堆場(chǎng)和出場(chǎng)過程中粘貼二維碼，保證構(gòu)件制造信息流轉(zhuǎn)到施工拼裝階段，與拼裝質(zhì)量數(shù)據(jù)融合，實(shí)現(xiàn)信息傳遞和共享。

圖5 出廠登記

4.2 進(jìn)度管理

將盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)施工時(shí)間、持續(xù)時(shí)長(zhǎng)和里程位置等進(jìn)度數(shù)據(jù)通過抽取算法與進(jìn)度判定算法分析，結(jié)合施工計(jì)劃與BIM模型，實(shí)時(shí)判別進(jìn)度超前或滯后，形成計(jì)劃與實(shí)際進(jìn)度三維可視化對(duì)比分析，并將實(shí)時(shí)分析的結(jié)果反饋到項(xiàng)目管理人員，提高進(jìn)管控時(shí)效性，輔助施工方案調(diào)整與決策，施工進(jìn)度模擬如圖6所示。

圖6 施工進(jìn)度模擬

4.3 質(zhì)量追溯

通過安裝在管片上的RFID標(biāo)簽，動(dòng)態(tài)采集隧道拼裝質(zhì)量、結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)、跟蹤修復(fù)結(jié)果等數(shù)據(jù)信息，并分析隧道軸線偏差、管片橢圓度、錯(cuò)臺(tái)、滲漏、破損等工程質(zhì)量數(shù)據(jù)，如圖7所示?？牲c(diǎn)擊平面示意圖和三維BIM模型查詢實(shí)體結(jié)構(gòu)的拼裝時(shí)間、注漿量、二次注漿量、外觀質(zhì)量信息，形象直觀快速地為相關(guān)質(zhì)量監(jiān)督人員指明問題所在，同時(shí)保證隧道質(zhì)量具有可追溯性，如圖8所示。

圖7 管片拼裝質(zhì)量

圖8 施工質(zhì)量追溯

4.4 風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控

通過對(duì)隧道線路走向及周邊范圍內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)源梳理，建立包括地面風(fēng)險(xiǎn)構(gòu)筑物、地下復(fù)雜管線、臨近地鐵線、既有鐵路線以及成型隧道結(jié)構(gòu)的監(jiān)控監(jiān)測(cè)預(yù)警體系，與盾構(gòu)掘進(jìn)拼裝進(jìn)度密切關(guān)聯(lián)，提前對(duì)盾構(gòu)機(jī)即將穿越的風(fēng)險(xiǎn)源發(fā)出警示提醒；并采用Revit和MicroStation建模軟件創(chuàng)建所有的風(fēng)險(xiǎn)源、地層地質(zhì)及監(jiān)測(cè)點(diǎn)BIM模型，提供隧道與風(fēng)險(xiǎn)源空間位置關(guān)系；結(jié)合地層地質(zhì)中的屬性參數(shù)信息，自動(dòng)檢索匹配數(shù)據(jù)庫(kù)中的工程地質(zhì)參數(shù)，判定相應(yīng)的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)因素，提供專項(xiàng)應(yīng)急處理方案便于用戶查詢。在盾構(gòu)施工遠(yuǎn)程調(diào)度中心大屏上實(shí)時(shí)關(guān)注監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)、盾構(gòu)機(jī)施工數(shù)據(jù)與人員定位信息，切實(shí)可行組織落實(shí)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警管控措施，盾構(gòu)工作井風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析如圖9所示。

圖9 風(fēng)險(xiǎn)源監(jiān)測(cè)

4.5 盾構(gòu)遠(yuǎn)程監(jiān)控

將盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)、刀盤扭矩、同步注漿、泥水循環(huán)和盾尾油脂等施工數(shù)據(jù)引入地面調(diào)度監(jiān)控中心，便于實(shí)時(shí)掌握地下盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，如圖10所示，并將數(shù)據(jù)信息與盾構(gòu)機(jī)BIM模型關(guān)聯(lián)，有助于動(dòng)態(tài)模擬優(yōu)化盾構(gòu)施工實(shí)施方案。對(duì)盾構(gòu)隧道單環(huán)管片的掘進(jìn)、拼裝、施工3種狀態(tài)所需時(shí)間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)和工效分析，有助于項(xiàng)目管理人員掌握盾構(gòu)機(jī)施工規(guī)律，輔助施工組織優(yōu)化，并為日常盾構(gòu)機(jī)養(yǎng)護(hù)、資源動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)整等提供依據(jù)。

圖10 遠(yuǎn)程盾構(gòu)機(jī)監(jiān)控

4.6 信息總覽

綜合展示清華園隧道工程形象進(jìn)度、管片拼裝質(zhì)量、安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控、盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)姿態(tài)以及成型隧道質(zhì)量等信息，以三維可視化漫游方式便于快速了解隧道施工進(jìn)展，如圖11所示。

圖11 信息總覽

5 系統(tǒng)特點(diǎn)

基于 BIM技術(shù)的清華園隧道施工管理系統(tǒng)具備以下技術(shù)特點(diǎn)。

(1)標(biāo)準(zhǔn)化：根據(jù)《鐵路工程實(shí)體結(jié)構(gòu)分解指南(1.0)》、《鐵路工程信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)(1.0)》、《鐵路工程信息模型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)(1.0)》等BIM相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[12-14]，建立并豐富鐵路盾構(gòu)隧道工程實(shí)體結(jié)構(gòu)分解與編碼規(guī)則，補(bǔ)充完善鐵路BIM聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)，并為其他在建隧道提供建模編碼范例。

(2)全壽命：以二維碼和RFID射頻電子標(biāo)簽為信息載體，便于施工過程數(shù)據(jù)采集與查詢，并與建造期數(shù)據(jù)融合，形成類似裝配式的隧道生產(chǎn)、運(yùn)輸、拼裝以及后期運(yùn)營(yíng)健康數(shù)據(jù)信息的全壽命質(zhì)量追溯體系。

(3)可視化：自主研發(fā)WebGL為瀏覽器展示層技術(shù)的CarsView圖形引擎，建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的盾構(gòu)隧道形象進(jìn)度與安全風(fēng)險(xiǎn)管控體系，形成基于BIM的盾構(gòu)隧道施工可視化管理模式。

6 結(jié)論與展望

結(jié)合穿越核心主城區(qū)大直徑鐵路盾構(gòu)隧道關(guān)鍵施工難點(diǎn)問題，重點(diǎn)突破參數(shù)化建模、多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合和統(tǒng)一建模編碼體系等關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)各方參與、信息共享、可擴(kuò)展應(yīng)用的鐵路隧道BIM施工管理系統(tǒng)，有效解決了盾構(gòu)隧道施工中遇到的進(jìn)度卡控、資源平衡配置、質(zhì)量病害追溯、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)、盾構(gòu)遠(yuǎn)程監(jiān)控等重難點(diǎn)問題，并在京張高鐵清華園隧道中成功應(yīng)用，提升了盾構(gòu)隧道施工數(shù)字化、信息化與精益化管理水平，取得了良好應(yīng)用效果。

通過基于BIM的鐵路隧道施工管理系統(tǒng)收集了勘察設(shè)計(jì)與建造等數(shù)據(jù)，為探索建維一體化技術(shù)路線，打造工程建設(shè)全生命周期數(shù)據(jù)鏈條奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)，依托鐵路工程管理平臺(tái)，可形成全路隧道遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)向項(xiàng)目群信息化管理方式的轉(zhuǎn)變。