基于微信小程序的高速公路隧道施工信息管理系統開發與應用

羅忠祥 阿迪力·如蘇力 奎永才 趙衛華 王旭

（1.云南保瀘高速公路有限公司，云南 昆明 650041；2.同濟大學地下建筑與工程系，上海 200092；3.云南交投公路建設第四工程有限公司，云南 昆明 650041）

一、隧道施工信息管理的研究現狀

隧道工程由于施工地質條件的不確定性、復雜性較高，基礎信息缺失的隧道工程中，施工風險更大、更難管理。加強隧道施工管理的信息化，能夠提高隧道施工管理的力度和隧道施工管理的效率。

近些年來，國內外學者針對隧道工程設計和施工過程中的信息管理進行了一系列研究。在監控量測數據管理方面，蘭州交通大學張文等對隧道信息化監控量測技術進行了全面的概括，研發了隧道監控量測數據分析與信息管理系統。成都理工大學姜錫痕、北京交通大學方昱等運用網絡技術，建立隧道施工信息化管理系統，實現圍巖分級和監控量測信息的綜合管理。長安大學甘培生等運用物聯網的傳輸技術建立多平臺、多系統下的統一管理平臺分析數據，實現隧道施工人員定位、對有害氣體監控、對隧道施工特殊點位結構變形監控。

隨著BIM在隧道工程中的應用不斷深入，中鐵隧道股份有限公司王輝、上海大學悉尼工商學院喻鋼等研究盾構隧道信息化建模方法，實現隧道施工全過程數字化安全管理和隧道施工數字化施工質量管理。山東交通職業學院鄧小軍、遼寧省交通高等專科學校王亮、華東交通大學陳艷亭等研究隧道工程BIM模型的建模方法和應用，將工程資料與模型關聯，在施工信息平臺上實現集成化管理。在BIM隧道模型數據庫的建立方面，上海隧道工程有限公司魏林春等建立基于BIM的盾構施工信息管理系統，提出了建立基于BIM的盾構隧道施工信息基礎數據庫的思路與方法。招商局重慶交通科研設計院有限公司丁浩等將隧道施工全過程中的大量數據整合，實現各類數據的結構化、關聯和可視化展示，形成BIM模型數據庫。

綜上所述，現有的隧道信息化管理系統在以下幾個方面有待繼續完善：一是隧道工程的施工現場條件苛刻，對于現場圖片、視頻的上傳、現場信息（例如掌子面信息、結構面信息、開挖與支護信息等）的管理不方便；二是這些系統基于桌面端來實現，對于施工現場環境有一定的要求，不能保證隨時隨地查看；三是施工信息的聚合展示能力有待提高。

鑒于此，本文研究基于微信小程序的高速公路隧道施工信息管理系統，利用微信小程序方便數據查看、數據上傳等適用于條件苛刻施工現場的優勢，將隧道施工全過程中形成的大量信息匯集整合，實現各類數據的結構化存儲，關聯與可視化展示。通過該系統提高對隧道全過程施工信息管理的科學性、高效性。

二、高速公路隧道施工信息管理系統開發

（一）系統總體框架

為實現高速公路隧道施工數據的信息化管理，本文基于微信小程序開發了高速公路隧道施工信息管理系統。系統以微信開發者工具為集成開發環境，以Java Script為主要開發語言，并選擇SQL Server為數據庫。

微信小程序運行依賴于基礎設施智慧服務系統與云服務器?；A設施智慧服務系統為基礎設施全壽命期的數據采集、處理、表達、分析和服務的一體化決策系統。小程序通過HTTPS協議來向iS3服務器請求服務，如請求數據、上傳數據等，iS3平臺服務器向小程序打開業務邏輯，業務邏輯通過組件API訪問數據庫，從數據庫中獲取所需數據，反饋給小程序應用或展示。云服務器主要負責存儲用戶信息，當用戶通過微信登錄小程序時，通過openID和手機號碼核對用戶信息，通過不同用戶的權限進入到程序數據查看或者數據錄入的頁面。系統總體框架如圖1所示。

圖1 系統總體框架

基于微信小程序的高速公路隧道施工信息管理系統是為隧道施工提供信息管理和技術服務，管理范圍為云南保山至瀘水高速公路老營隧道工程的各標段施工數據。系統的功能主要包括施工數據錄入、施工數據查看、施工進度圖、風險分析等，如圖2所示。

圖2 系統功能

（二）微信小程序簡介

微信小程序是一個基于微信平臺不需要下載安裝就能使用的應用，這種技術的一大優點就是它實現了應用程序“拿來就用”的想法，用戶通過微信掃一掃或者搜索就能打開程序使用，不用擔心安裝過多應用程序帶來的麻煩。微信小程序能夠完成信息的實時通知，信息的實時查看，線下掃碼，公眾號關聯等功能，方便用戶使用。對于開發者來說，微信小程序的開發門檻相對較低，難度小于手機App，而且能滿足用戶基本需求。基于這種技術的開發，在高速公路隧道施工信息管理系統并不多見。

（三）系統功能

1.施工數據錄入。在設計錄入的施工數據時，考慮到對施工單位普通技術人員來說，結構面走向、間距、組數、粗糙度等專業性比較強的數據很難錄入。以錄入簡單、客觀的數據，不要人工主觀判斷的（比如圍巖級別）、專業性強的數據（如結構面的描述信息）為原則，手機上錄入界面簡單，方便施工人員錄入。

2.施工數據查看。程序目錄分為三級目錄，采用樹狀結構和線性結構相結合的形式。樹狀結構條理清晰，程序中首級目錄是施工進度總覽，二級目錄為隧道各部分的施工進度和簡要的地質信息，三級目錄為詳細施工數據。線性結構是“一對一”的關系，使得目錄之間關系一目了然。每一級目錄圖形形式和表格形式可相互切換，用戶可以通過不同的表現形式查看數據。

3.施工進度圖。數據表現形式設計合理，可使得用戶更直觀、更清楚地了解施工信息。對施工進度可視化，用戶可以用不同的表現形式查看施工進度，比如施工進度總覽、施工進度立體圖、剖面圖等。

4.風險分析。在風險預警頁面可以查看對應掌子面里程的突涌水風險、大變形風險、塌方風險的風險值，以及每一種風險的評估指標、指標值、打分分數、權重等詳細數據。

（四）數據管理

該系統通過iS3平臺服務器提供的API訪問數據庫，從中獲取原始數據，通過小程序邏輯層處理數據后供展示。系統支持第三方軟件設計創建的BIM模型，在微信小程序里嵌入H5頁面，調取iS3平臺提供的BIM模型。系統將BIM模型與初襯、錨桿、二襯、仰拱信息關聯起來，構建隧道施工信息模型，查看構件設計信息。現場施工人員通過微信小程序數據錄入功能，將掌子面、初襯、二襯、仰拱、超前支護的施工進度，不良地質等數據通過網絡將錄入數據發送至數據中心，寫入數據庫加以存儲，供程序調用。個人施工數據錄入狀態和施工數據錄入信息儲存于施工日報。

（五）數據可視化

系統使用老營隧道的真實地質圖，對其處理，實現開挖面的位置隨著施工進度數據動態變化。詳細展示開挖面前后一段距離，用立體圖的形式展示掌子面開挖方式，顯示初襯、二襯、仰拱的施工進度，前方地質信息等。用剖面視圖展示初襯、二襯、仰拱之間位置關系和掌子面所處地層。掌子面、初襯、二襯、仰拱施工進度參數與設計圖紙、BIM模型、現場視頻、現場照片等文件相關聯，實現相關信息記錄的可視化查詢。通過BIM模型選定特定部位后，即可調出和這個部位相關聯的信息。在隧道工程施工中實時查看重要數據保證工程順利推進。通過小程序不僅能查詢到施工進度等信息，還可以查詢設計信息、設計地質信息、TSP預報、地質雷達信息、不良地質信息等內容。

（六）數據應用

基于信息管理系統存儲的數據模型，系統提供了風險分析工具，實現大變形、突涌水、塌方風險分析，輔助施工決策，完成動態風險分析，風險預判、風險計算等功能。

二、工程應用實例

（一）工程概況

保山至瀘水高速公路地處云南省西北部，路線起于保山市隆陽區老營，經過隆陽區瓦房鄉、怒江州瀘水縣上江鄉，止于怒江州瀘水縣六庫鎮。地勢總體上呈“一起一落”，老營特長隧道垂直橫穿越怒山山脈，高差起伏大。路線穿越區出露從古生界至新生界諸多地層，地質時代跨度較大，巖石種類多，巖相較為復雜，沉積巖、變質巖、巖漿巖三大巖均有不同程度的出露。

保山至瀘水高速公路特長隧道是保瀘高速的控制性工程，為分離式特長超深埋隧道，最大埋深約為1270m，隧道起止里程為左幅zk1+520～zk12+980，全長11460m，右幅k1+435～k12+955，全長11520m，單洞合計22980m，如圖3所示。

（二）施工信息的錄入

老營隧道S2標段隧道斷面zk6+137處，現場施工人員觀察其掌子面并拍照，分辨出掌子面所處的不良地質環境，將掌子面、初襯、二襯、仰拱、超前支護的施工進度錄入上傳，如圖4所示。

圖3 老營隧道地理位置

圖4 施工信息上報界面

（三）施工信息查看

1.施工進度。業主單位、設計單位、施工單位人員進入查看施工數據頁面后，根據權限可查看S2、S3標段的實際施工進度、計劃施工進度、施工已完成百分比、數據更新時間。實際施工進度是指掌子面開挖里程，計劃施工進度來源為施工設計數據。有新數據更新時，在對應標段灰色區域會有紅點提示。如圖5所示，S1標段與S4標段已完成施工。業主單位、設計單位人員也可以通過動態圖形的形式查看施工進度，開挖面位置根據施工數據的更新實時變化，如圖6所示。業主單位、施工單位人員可根據實際施工進度判斷施工速度是否合理，施工質量是否能保證等。

圖5 各標段施工進度

圖6 施工進度圖

圖7 S3標段施工信息查看

圖8 立體圖和剖面圖方式查看施工信息

圖9 掌子面信息

2.每個標段施工信息。業主單位、設計單位人員在S3標段施工信息頁面中可查看掌子面、初襯、二襯、仰拱施工進度，以及施工進度百分比、掌子面位置地質信息、掌子面位置風險值、動態風險評估等信息，如圖7所示。業主單位通過該頁面來查看隧道各部分的實際施工進度和計劃施工進度，監督現場施工是否按照計劃實施。設計單位、施工單位查看開挖面風險評估值，根據風險值，調整施工方法和設計方案，也可通過動態風險評估功能提前獲取未開挖段的風險值，進行風險管理。風險評估包括突涌水風險、塌方風險、大變形風險。業主單位可以通過立體圖或者剖面圖查看施工信息，立體圖能更形象地表示開挖方式，前方地質信息等，剖面圖能突出掌子面、初襯、二襯、仰拱之間的施工位置關系和圍巖等級等信息，如圖8所示。

3.掌子面詳細信息。業主單位可查看掌子面圖片或視頻、斷面設計圖、掌子面施工進度、掌子面開挖方式、掌子面地質信息、不良地質等與掌子面關聯的信息聚合展示，如圖9所示。掌子面照片、視頻優先從數據庫調取掌子面施工所在位置的照片和視頻，如果還沒有錄入所需位置掌子面的照片和視頻，會從數據庫中調取最近位置掌子面照片并注釋該照片的拍攝位置以供參考。

4.初襯、二襯、仰拱詳細信息。業主單位可查詢現場照片、設計圖紙、三維模型、施工進度、設計信息、施工變更等。通過使用revit根據襯砌類型對建模，通過在微信小程序插入H5頁面展示BIM模型，如圖10所示。隧道設計信息與其模型關聯，展示隧道初襯、錨桿、二襯、仰拱的詳細信息，如圖11所示。

圖10 隧道BIM模型

圖11 隧道襯砌設計詳細信息

5.地質信息。地質信息頁面顯示掌子面里程處的地質信息，包括TSP預報、地質雷達、設計地質信息、設計信息。設計地質信息有設計區段、圍巖段長度、圍巖年代、地層年代、地質構造、巖性、水文地質條件、風化程度、圍巖穩定性等；設計信息有設計區段、襯砌類型等。

6.風險分析。施工單位、設計單位可在風險分析頁面綜合管理其風險。通過目前隧道開挖位置及未開挖段的風險預判值，校核其方案，考慮需不需要調整。如圖12所示，提供了隧道開挖斷面處突涌水風險、大變形風險、塌方風險的風險值，以及每一種風險的評估指標、指標值、打分分數、權重等詳細數據。

圖12 突涌水風險、大變形風險、塌方風險分析

三、結語

在隧道工程施工過程中，工程數據的聚合展示是有難度的。為加強項目參與各方（業主、設計、施工、檢測單位及運營單位）之間的工程數據交流和溝通，推進隧道工程數據的信息化管理意義重大。因此，本文從隧道工程施工信息化管理出發，主要完成的工作包括以下方面：一是將隧道施工全過程中形成的大量信息匯集整合，實現各類數據的結構化存儲，關聯與可視化展示；二是在程序中嵌入BIM模型，實現了隧道三維可視化預覽；三是基于老營隧道施工數據實現風險評估。