信息化技術在隧道施工管理中的應用

姚克瑋

（中鐵十二局集團國際工程有限公司，天津 300308）

0 引言

進入21 世紀后，隨著社會經濟的不斷發(fā)展，以及新型科學技術的不斷創(chuàng)新，計算機與信息技術得到了飛速化的演化應用。與此同時，在國家經濟發(fā)展催促下，我國各地區(qū)隧道工程建設發(fā)展速度越來越快。各類工程建設中，隧道工程施工是極為復雜和系統(tǒng)的施工環(huán)節(jié)。通過計算機技術及信息化技術植入，可以大大提高隧道工程施工的安全性和效率，尤其可以對隱蔽的地形和地質狀況進行精準把控。本文旨在分析隧道施工管理中信息化技術應用優(yōu)勢，剖析信息化技術在隧道施工管理中應用現(xiàn)狀，探討隧道施工管理中信息化技術具體性應用事項，為各地區(qū)隧道工程施工單位，在信息化技術應用方面，提供一些可行性的思路和建議。

1 隧道施工管理中信息化技術應用必要性

隧道工程建設項目與其他工程建設項目存在明顯的不同，即隧道工程要比常規(guī)的工程建設項目，復雜性、變化性、隱蔽性更強。隧道工程項目建設，往往受到地質環(huán)境、地形環(huán)境、工程構造等方面的影響較大，一般是由隧道兩端，向著中心區(qū)域進行開挖，而且隧道內部的地質情況和構造情況無法直觀展現(xiàn)。在進行實際隧道工程建設施工之前，往往需要專業(yè)化單位和技術人員，提前進行地質勘查和設計，這樣才可以在制定好精準化的施工技術和施工步驟。在此背景下，日常隧道工程建設與施工過程中，信息化技術和計算機技術可以得到極為廣泛的應用[1]。比如，可以利用信息化設備和技術，實現(xiàn)對隧道工程內部實時化監(jiān)測，通過信息化設備進行自動化整理和數(shù)據(jù)匯總，可以實現(xiàn)隧道工程內部數(shù)據(jù)信息回傳。隧道工程施工人員可以借助數(shù)據(jù)信息，推測出隧道內部施工進展。如果隧道工程內部出現(xiàn)偏差，施工管理人員則可以根據(jù)實際施工需要，進行及時化調整，盡量減少隧道工程建設失誤所造成的不必要的損失。隧道施工管理中信息化系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 隧道施工管理中信息化系統(tǒng)

2 信息化技術在隧道施工管理中應用現(xiàn)狀

2.1 隧道工程施工單位，對于信息化技術認識不足

在實際隧道工程建設施工中，部分地區(qū)施工單位，受到傳統(tǒng)施工技術和施工意識的影響，沒有積極做到與時俱進，沒有形成對信息化技術的完整化認知。甚至部分施工單位簡單地認為，隧道工程建設施工管理僅僅依靠人工就可以完成，沒必要特別注重儀器和設備應用[2]。而對現(xiàn)代化計算機技術和信息化技術，更加無法得到充分的應用和投入使用，直接導致結果便是隧道工程施工管理效益差。

2.2 在隧道施工管理中，信息化資金投入明顯不足

隨著工程建設市場機制逐漸完善，市場競爭慘烈程度越來越高。部分隧道工程施工單位，在進行隧道工程建設招標時，為了獲得隧道工程施工資格，往往最大限度降低報價減少工程利潤。然而，報價降低和利潤的減少，所帶來的另一個問題便是需要從后期工程建設中成本縮減。在信息技術及其他信息化設備儀器等高費用支出項目中，隧道工程建設單位很難做到高資金投入和高技術引進，尤其在隧道工程建設后期，更沒有足夠的資金進行信息化設備添置和更新[3]。

2.3 在隧道工程建設中，信息化具體應用問題頻出

在實際的隧道工程建設施工中，雖然部分建設單位，已經認識到信息化技術應用價值和效益。然而，由于受到技術人員限制，使信息化技術和儀器設備，無法真正的發(fā)揮出其核心價值和意義。甚至還會出現(xiàn)由于不懂信息技術，導致信息化儀器設備出現(xiàn)損壞的現(xiàn)象發(fā)生。與此同時，部分建設單位管理人員，對于信息化管理也是一知半解，工程施工信息化建設認知極為有限，也會直接導致隧道工程建設中，信息化技術應用出現(xiàn)偏差，各種錯誤問題頻出，反而影響施工進度。

3 隧道施工管理中信息化技術的具體應用

3.1 隧道施工管理中，有害氣體監(jiān)控系統(tǒng)應用

隧道工程內部的施工環(huán)境，是極為復雜和多變的。隧道工程內部環(huán)境的特殊性，加上施工時周邊地質結構損壞，會產生瓦斯氣體，一旦被人體吸入，則直接會對施工人員身體健康帶來極大的危害[4]。與此同時，在隧道工程內部施工時，機械設備的作業(yè)和運轉，也會排放出大量的有毒氣體，如果濃度過高的話，則會直接導致施工人員窒息，甚至會出現(xiàn)隧道內部爆炸事故發(fā)生。在隧道內部狹小空間里，各種有毒氣體和有害氣體匯聚，通過有害氣體監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控，可以實現(xiàn)實時化采集。通過有害氣體監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測的數(shù)據(jù)和信息，對氣體成分和含量進行分析，及時向數(shù)據(jù)監(jiān)控中心進行反饋，會第一時間得到氣體基本信息。在有害氣體監(jiān)控系統(tǒng)幫助下，報警系統(tǒng)會根據(jù)人為操作進行報警，進而給隧道工程內部人員以警惕。

3.2 隧道施工管理中，信息化定位技術應用

在日常隧道工程建設與施工過程中，對現(xiàn)場施工人員與施工作業(yè)管理中，比較常見的管理系統(tǒng)，便是信息化定位技術系統(tǒng)。通過信息化定位技術植入，可以保障隧道工程內部現(xiàn)場施工人員安全化作業(yè)，保障施工進展和施工效益。即便是隧道工程內部發(fā)生安全事故，也會第一時間得知消息。為此，隧道工程施工與管理人員，往往需要配備定位卡，出現(xiàn)任何意外時，可以第一時間進行報警，進而有效預防危險事故發(fā)生[5]。除此以外，通過信息化定位技術應用，尤其是隧道內部安裝基站定位系統(tǒng)，可以通過定位軟件，實時化監(jiān)控施工人員位置和動態(tài)。如果隧道內施工人員出現(xiàn)問題，也可以利用定位卡傳送人員位置，隨時進行語言溝通。通過安裝基站定位系統(tǒng)，可以長期保存數(shù)據(jù)信息，如考勤信息、短信消息、位置共享信息等，可以隨時進行相關數(shù)據(jù)信息查詢和搜索。建立在安裝基站定位系統(tǒng)基礎上，隧道外管理人員可以通過主機監(jiān)控機器，通過信息畫面把控隧道內人員動態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)安全隱患提高施工作業(yè)效率。隧道施工管理中信息化監(jiān)控效果展示如圖2所示。

圖2 隧道施工管理中信息化監(jiān)控效果展示

3.3 隧道施工管理中，TSP、超期鉆及地質預報系統(tǒng)應用

地質預報、TSP 及超期鉆系統(tǒng)，是近年來在隧道工程建設施工中逐漸普及而來的新型信息技術形態(tài)。通過地質預報、TSP 及超期鉆系統(tǒng)應用，可以對隧道內部巖體結構、巖體性質、隧道內部瓦斯情況、地下水蔓延情況等進行實時和精準化監(jiān)測。甚至對于隧道內部地質預應力情況，可以有明確的指示和監(jiān)控[6]。例如，在隧道工程建設時，利用TSP 系統(tǒng)需要結合設計藍圖對施工測量控制網點進行布置，通過網點設置后利用施工放樣技術，待報規(guī)審核通過后，可以進行正常的隧道工程施工。與此同時，借助TSP 系統(tǒng)，還可以利用地震波發(fā)射，探測出隧道內部施工深度。如果遇到不良隧道施工狀況時，還可以利用地震波進行超前探測預報設計，最大程度減少隧道工程安全施工事故發(fā)生。隧道施工超期鉆及地質預報系統(tǒng)應用如圖3 所示。

圖3 隧道施工超期鉆及地質預報系統(tǒng)應用

3.4 隧道施工管理中，語言雙對講系統(tǒng)應用

在全國各地區(qū)隧道工程建設與施工中，語言雙對講系統(tǒng)，也是比較普及的信息技術形態(tài)。語言雙對講系統(tǒng)是實現(xiàn)隧道工程安全施工的必要條件，通過語言雙對講系統(tǒng)，隧道內外人員都可以保持良好的溝通。比如，可以通過發(fā)布遠程操控，告知隧道內部人員隧道中的流程安全。如果發(fā)現(xiàn)各種安全隱患，可以第一時間進行告知，讓施工隊伍可以及時得到疏散，這樣可以保障施工人員疏散秩序。于此可見，語言雙對講系統(tǒng)的應用，是隧道工程施工安全化管理的重要工具[7]。隧道工程管理中語言雙對講系統(tǒng)應用如圖4 所示。

圖4 隧道工程管理中語言雙對講系統(tǒng)應用

3.5 隧道施工管理中，BIM 技術系統(tǒng)應用

BIM 技術是新時代背景下，伴隨著計算機技術以及信息技術的不斷更新，逐漸興起和發(fā)展起來的新型隧道工程施工模擬技術。通過BIM 三維模擬的構建，使得隧道工程的全部信息，可以實現(xiàn)集成和共享，使得各個隧道工程主體，都可以參與到模型演繹中，根據(jù)BIM 技術的施工模擬結果，各自開展相關隧道工程施工作業(yè)。

首先，要科學構建隧道施工信息建筑模型。BIM 技術可以通過Tekla 建筑建模工具，實現(xiàn)對安全規(guī)則標準以及實踐經驗仿真的合理設置，為不同環(huán)境下隧道工程安全規(guī)則進行設置。通過進度績效測量節(jié)點科學合理設置，可以運用BIM 技術，完成對整個隧道工程的全面相關信息展示[8]。隧道工程管理中BIM 技術系統(tǒng)特點如圖5 所示。

圖5 隧道工程管理中BIM 技術系統(tǒng)特點

其次，科學構建隧道工程施工評估相關指標。在BIM 技術評估模型構建過程中，要科學合理劃分人、設備、環(huán)境、管理這4 個要素的關系，根據(jù)輕、重、緩、急對四要素進行區(qū)分。對于隧道工程重點部位和重點環(huán)節(jié)，BIM 技術同樣可以實現(xiàn)可視化模擬操作施工，尤其在模擬隧道施工過程中，可能出現(xiàn)各種碰撞事故。最后，識別危險因素、劃分危險區(qū)域。通過BIM 模型技術的可視化功能，實現(xiàn)對隧道工程風險事故的全方位模擬。BIM 模型技術的可視化與施工模擬功能，可以使得施工單位快速地識別危險因素、劃分危險區(qū)域，從而提前提出有效的、科學的安全管理措施。

4 結語

綜上所述，基于現(xiàn)代化隧道工程建設的復雜性和特殊性，傳統(tǒng)的施工管理模式，已經不再適應與時俱進的現(xiàn)場施工管理需求。新時期的隧道工程施工現(xiàn)場管理，要積極迎合新技術和新思路，尤其要深化計算機技術與信息化技術植入。要根據(jù)隧道工程建設實際需要，選擇合適的信息技術形態(tài)，進而提高隧道工程建設品質和效率，保證隧道工程建設人員安全，減少施工現(xiàn)場安全事故發(fā)生。新時期的隧道工程建設，要堅持“以人為本”基本原則，積極進行信息技術迭代和更新，要提高隧道工程信息化應用重視程度，全面提升隧道工程建設水平和建設效益。