鐵路隧道施工建設的信息化管理

李景朝

鐵路隧道工程施工建設的信息化管理是實現施工過程的全方位管理、提高工程建設安全性的有效管理模式。本文以某隧道為例，針對工程施工難點，分析信息化管理平臺建設的主要模塊應用，以及基于BIM技術應用實施方案。旨在為類似工程管理提供參考。

一、引言

鐵路施工的信息化建設發展已然成為現代鐵路發展的主要趨勢，強化信息技術的應用對于鐵路工程建設質量提升具有重要意義。

隨著我國鐵路建設工程規模的不斷擴大，隧道工程項目也隨之增多，而施工過程中面臨的不良地質條件、有害氣體威脅等施工難點也隨之增多。隧道施工存在各種潛在的自然災害隱患，為此，為合理控制隧道工程質量和安全控制，信息化管理成為必然選擇。當前新奧法施工工藝已然成為隧道應對不良地質體等施工難點的一種有效施工方法，是集設計、施工和監測三位一體的動態施工模式，而信息化施工管理是新奧法設計施工過程中的一個必不可少的部分，通過對隧道施工各階段監控量測，對圍巖應力條件等進行信息監測，并基于此對施工工藝進行優化調整，進而達到隧道施工質量控制的目的。

二、工程概況

某隧道全長4373m，進口海拔約956m，出口海拔約908m。平行導坑位于隧道線路前進方向左側，平導與線路左線線間距為30m。平導起始里程PD97+980=正洞DK97+980，終點里程為PDK98+826，全長846m。該隧道設置1平導的輔助坑道方案，按進口、出口平導2個工區2個工作面組織平行施工。隧道穿越地層為粉砂質頁巖、凝灰質砂巖、炭質頁巖等。地質構造復雜，不良地質為重力不良地質（危巖落石、巖堆、滑坡、巖爆、邊坡順層），且為低微瓦斯隧道，安全風險高，施工難度大，是本標段的重難點工程。為了保證隧道施工的安全穩定，設計采用新奧法組織施工，將超前的地質預測預報工作作為工藝施工的首個環節，并堅持以地質探測和預報為前提、新奧法施工為主、強化現場監測監控為依據的施工原則，并基于此構建科學完善的信息化施工管理體系，通過對信息、數據的綜合分析和處理，實行動態管理信息化施工。

三、信息化管理平臺的主要模塊應用

信息化管理平臺的信息化模塊，主要部署綜合管理、現場管理、過程管理三個板塊進行建設。以“先進、實用、簡便、全覆蓋”為原則，依托先進的管理理念，通過在現代信息技術中植入先進的管理模式，實現全過程、全方位掌控鐵路工程建設的進度、質量、安全、投資等建設情況。

（一）資料管理系統，建立涵蓋建設管理資料、施工過程資料、驗收資料、竣工驗收資料等電子文件信息，實現資料的安全儲存、高效共享、規范管理，實現OA辦公系統、電子施工日志、檢驗批數據實時自動存儲到資料管理系統的功能，實現竣工資料的實時整理功能。

（二）勞務用工管理系統，系統的主要作用是為了輔助施工單位對項目施工人員進行日常管理，管理系統內設置的施工人員相關電子檔案、工資薪酬、人員日常考勤統計，以及外委勞務的公司管理等行為管理體系，可以為施工單位及施工人員提供更為全面的勞務管理報表，為日常人員管理、勞務監督檢查、勞務糾紛等提供更為科學完善的信息憑證，同時保障勞務人員的合法權益，穩定施工隊伍。

（三）施工組織管理系統，對接鐵路工程管理平臺，通過自動關聯電子施工日志和圖形化周報的進度數據，推演出工期斜率圖，自動比對實施性施工組織設計確定的進度計劃，實現工程進度預警分析，強化施工組的“紅線”管理。進場后，應立即組織開展機構信息初始化、EBS分解等工作，在工程實施階段，根據預警分析情況，及時調整資源配置，確保落實施工組節點工期。

（四）試驗室系統，萬能試驗機、壓力機需全部納入信息化監管，包含鋼筋原材料、焊接試驗、混凝土試件、水泥試件以及鋼絞（絲）等材料的力學試驗。按照驗標規定的試驗頻次進行試驗，實現自動采集數據和分析，實現試驗報告、記錄自動生成，試驗數據的實時上傳功能，報警閉環管理功能。進場后即組織實施，在試驗室驗收前完成信息系統的建設。人員配置不滿足要求，未安裝試驗信息化終端軟件，或不能成功向工程管理平臺上傳輸數據的試驗室均不得驗收通過。

（五）混凝土拌和站全部應用信息化系統，對混凝土拌和時間、材料配比偏差等數據自動采集、上傳、分析、報警。進場后即組織實施，在拌和站驗收前完成信息系統的建設。人員配置不滿足要求，未安裝試驗信息化終端軟件，或不能成功向工程管理平臺上傳輸數據的試驗室均不得驗收通過。

（六）沉降變形觀測系統，沉降變形觀測工作均需應用該系統。利用手持終端或手機APP軟件通過藍牙連接電子水準儀進行測量及平差計算，實現外業測量數據實時采集、完整加密發送、測點變形實時預警。進場后，應結合工程特點編制詳細的沉降變形觀測專項實施細則，經審批后，隨工程項目推進逐步實施。

（七）視頻監控系統，對接鐵路工程管理平臺，可以實現對施工現場的重點環節、重點區域、重點部位等進行全覆蓋全天候的實時監控，并對環節的把控實現遠程盯控和錯誤糾正，可視化、無死角、全天候的監控系統，有效降低了現場路途和費用成本，提高了重點工作安排執行的實效性，省人、省時、省力、省錢，即時掌握人員生產、活動及周圍環境等圖像信息，遠程診斷和應急指揮。

（八）電子施工日志系統，對接鐵路工程管理平臺，實現工程建設進度、質量、安全等電子施工日志的即時填報。施工單位進場后應立即組織開展機構信息初始化、EBS分解等工作，工程開工前具備電子施工日志的實時上報功能。

（九）檢驗批管理系統，依據鐵路工程施工質量驗收標準，提供檢驗批收集、分析及跟蹤功能，實現施工過程質量控制、質量驗收和資料管理。

（十）驗工計價系統，鐵路工程建設項目驗工計價系統面向建設單位、監理單位、施工單位用戶，以信息化手段和云存儲實現驗工計價數據的填報、審批和管理，可實現實時查詢進度、自動匯總形成報表，實現網上審批流程，加快計價審批。

四、BIM技術應用實施方案

建筑信息化模型（BIM）是一種數字信息的應用，支持信息化管理體系下工程施工的信息化集成管理體系環境，目的是提升項目工程各個施工環節效率和消除隱患風險，進一步提高施工質量。依據某隧道施工理念及面臨的難點問題，通過采用BIM技術，構建全生命周期管理系統，對隧道從設計、施工、竣工的整個流程進行全方位的診斷和管理，采用多兼容的強大體系內構兼容制圖軟件、可視化監控體系、參數化數據診斷、GIS地理信息系統、互聯網、移動通信等多種數字技術方法對隧道施工的全生命周期建設、施工運營、管理決策等進行管理指導，從而實現提升施工效率、降低施工風險、保障施工穩定、控制工程成本等多項目標。除此之外，針對強大的數據能力，為施工建設單位提供更為直觀的理解性設計意圖、各環節施工分析的相關模型構建、工程材料統計等信息。

（一）施工方案模擬優化

通過BIM模型進行工程量計算，直觀地體現成本偏差，為工程施工工藝的選擇提供理論依據。通過實時監測和數據分析，對施工設計成本投入與實際成本投入進行對比分析和動態管理，當計劃工程量與實際工程量發生的偏差達到或超過閾值，及時發出成本預警，查找原因并加以改進，防患于未然。在BIM模型中利用軟件自動生成工程量，通過材料統計，自動生成材料清單。通過模型碰撞檢查，實現對施工設計方案中存在的關于工程結構、設備管線、施工環節等相關問題和漏洞進行查缺，并可以實時導出相關檢查報告，為設計優化提出有效建議，從設計層面為施工質量的把控，以及后期施工過程中可能存在的影響施工質量和成本損耗的問題進行糾正和消除。

（二）進度優化

施工進度優化，主要是通過BIM和模擬技術，結合系統對現場施工條件、勞務人員等進行的超前預判和模擬，可以實現時間維度上的施工進度模擬，該模擬是根據現場情況不斷推演重復模擬優化的過程，最終目的是達到工程施工資源的最大化優化配置。第一，從時間上可以根據項目施工進度按照天、周、月等時間節點對工程施工的進度進行推演模擬，并且結合現場實際施工情況和施工進度對模擬結果進行動態調整，并且對動態調整的原因進行分析，評判施工方案存在的不足，從而進行施工方案優化調整。第二，除了對整個施工進度進行模擬外，還實現了對重點區域、重點環節、重點時間節點等進行更為細化、更為精確的可視化推演模擬，從而實現對施工重點工序、工藝等多方面施工方案的優化調整。

（三）成本管控—多維度數據庫實現短周期的多算對比及數據共享

通過BIM提供的數據空間和客戶共享平臺，根據設置的查詢權限實現對工程施工各項環節、各類數據的多維度信息數據的實時查詢和共享分析，可以滿足不同管理人員不同崗位和不同專業數據需求檢索要求。

（四）施工階段BIM應用內容

施工階段的BIM技術應用主要體現在對施工過程中的施工進度、人力物力、設備，以及施工質量、現場安全管理等多類型信息的動態優化管理，實現了對施工階段不同時間段的施工信息的推演模擬和技術方案優化調整，切實提高工程質量和綜合效益。

1.施工現場管理的應用，主要是基于系統提供的各類施工參數的可視化進行的，通過可視化的形式為施工人員提供更為直觀明了的施工參數布局，施工人員可以通過參數布局對各階段、各場景施工場地進行轉換，結合施工理念對場地進行及時有效優化。

2.施工現場危險源辨識，安全負責人和安全管理人員通過BIM模型提前進行安全風險評估和措施制定，提前在模型中模擬安全防護布置。

3.施工模擬動畫，通過BIM模型進行施工動畫模擬，不斷優化施工技術方案。

4.技術交底，通過BIM模型對復雜的，難以用口頭敘述及二維平面形式交底的分部工程的技術控制要點、難點進行可視化交底。

5.深化設計的應用，在設計BIM模型基礎上，對復雜的技術節點進行深化，滿足施工進度模擬、三維可視化技術交底及電子施工日志進度數據采集需要。

（五）BIM模型完成施工模擬

BIM施工模型的構建以及施工模擬，通過對工程施工前的設計進行施工與模擬，對設計中可能存在的施工質量、施工成本、安全管理等多個方面的問題進行及時預警，從而為施工設計提供更為優化的建議。在工程建造階段，對人、環、機、物等多方面的施工過程進行重復模擬試驗，結合系統本身強大的模擬仿真技術，實現工程的整體評價和優化，為工程施工提供更為可控、成本低、風險低、效率高的施工方案。通過在施工過程中施工數據的不斷收集和重復模擬，對施工方案進行不斷優化調整，對各環節、各單元的施工信息進行分析，指導管理者對施工過程進行決策、控制和優化。

結語：

隧道施工的信息化管理建設是保證隧道施工進度控制、安全控制、質量控制、成本控制的有效途徑，也是鐵路信息化建設的總體要求，對于隧道施工過程中面臨的不良地質構造、瓦斯等有害氣體等難題，工程的信息化管理尤為重要。結合現場監控量測、超前地質預報等信息數據，通過信息化平臺對工程施工的各類生產要素合理配置、工藝的不斷調整優化提供決策依據，并且實現對重點工點、關鍵部位、關鍵工序的有效管控，不斷提升隧道工程質量。