新兴信息技术手段在隧道工程施工中的应用

发表时间：2020-06-09T02:00:28.133Z 来源：《防护工程》2020年6期 作者： 刘金鑫

[导读] 随着我国建筑工程的发展，隧道工程也呈现增加的趋势，其施工安全一直是社会及建设领域关注的问题。中国华冶科工集团有限公司 北京 100176

摘要：随着我国建筑工程的发展，隧道工程也呈现增加的趋势，其施工安全一直是社会及建设领域关注的问题。因此，有必要将信息技术手段应用到隧道施工中，以保证隧道工程的顺利、安全进行。本文首先阐述了BIM技术的相关概述，分析了GIS信息处理系统的概念及其特点，并探讨了隧道工程的分类标准及信息技术手段在隧道工程施工中的应用。 关键词：信息技术；隧道施工；应用

隧道工程是一项特殊的工程，其涉及的科学领域较复杂。现代信息技术的发展，为隧道施工提供了明确的技术支持。在隧道施工中，信息技术的合理应用及数据的科学处理，对施工与防害有着积极的作用。 一、BIM技术简介

BIM（建筑信息模型）技术是一种应用于工程设计、施工和管理的数据化工具，通过整合建筑的数字化和信息化模型，在项目规划、运行及维护的整个生命周期中进行共享及传递，使工程师和技术人员能正确理解和有效地对不同施工信息作出反应，为设计组和施工作业单位等各施工主体的协同工作提供依据，在提高生产效率、降低成本及缩短工期方面发挥了重要作用。

BIM项目的核心是利用数字化技术开发建筑工程的三维虚拟模型，为模型提供完整、与实际情况相符的建筑工程数据库。该数据库不但包含描述建筑构件的几何信息、专业属性和状态信息，它还包含关于非构件对象的状态（如空间、运动行为）信息。利用包含施工信息的三维模型，极大地提高了施工信息的集成程度，进而为参与建设项目的利益相关者提供了一个交流及共享工程信息的平台。

BIM具有以下特征：既可在设计中使用，也能在建筑项目的整个生命周期中使用；BIM设计属于一种数字化设计；BIM数据库是动态的，在应用过程中不断更新和丰富，它为项目参与者提供了一个协同工作平台。 二、GIS信息处理系统

1、概念。在计算机软硬件支持下，GIS信息处理技术主要采集隧道土层和岩层的信息，再经计算机软硬件计算和分析，得出最佳的施工方法。此外，通过在计算机上建立隧道施工模型，在计算机上进行初步的模拟施工，以收集分析所出现的数据。

2、特点。①公共的地理定位基础；②能采集、管理、分析和输出多种地理空间信息；③基于分析模型的系统，具有很强的空间综合分析及动态预测能力，能产生高水平的地理信息；④这是一个人机交互的空间决策辅助系统，用于地理研究及地理决策。

3、GIS信息处理技术对隧道施工的影响。①GIS技术可适应隧道施工的具体环境，不但提高了施工效率，而且监测人员的数据管理工作也得到了简化，进而为隧道后续施工提供了可靠的施工参数。②GIS信息处理技术允许在隧道监测范围内处理所有数据，不论数据维度是否相等，经GIS处理后，所有这些信息都可集成到监测数据库中，进而实现真正统一的数据管理。 三、隧道工程的分类标准

隧道建在地下、水下或山体中，为车辆铺设铁路或修建公路通行的建筑物。根据它们的位置，可分为三大类：即山岭隧道、水下隧道及城市隧道。山岭隧道是指通过山岭、丘陵，为缩短距离及避开大坡道的下穿隧道；水下隧道是指为穿越河流或海峡而在河流或海底通过的隧道；而城市隧道是为满足铁路通过大城市的需要，而在城市地下穿越的隧道。 1、根据隧道所处的地质条件进行分类：包括土质、石质隧道。

2、根据隧道长度可分为：短隧道（铁路隧道L≤500m；公路隧道L≤500m）、中长隧道（铁路隧道50010000m；公路隧道L>3000m）。

3、根据国际隧道协会（ITA）对隧道横截面积的标准分类：极小断面隧道（2～3㎡）、小断面隧道（3～10㎡）、中断面隧道（10～50㎡）、大断面隧道（50～100㎡）、特大断面隧道（>100㎡）。 4、根据隧道位置分类：山岭隧道、水下隧道、城市隧道。 5、根据隧道埋深分类：浅隧道、深隧道。

6、根据隧道用途分类：交通隧道、水工隧道、市政隧道、矿山隧道。 四、信息技术手段的应用

近年来，信息技术经历了一波新的发展浪潮，许多新产品出现并应用于社会生产生活的各个领域。交通土建行业作为我国传统的体量巨大的支柱型行业，在信息技术的推动下，将实现产业的进步与升级。

1、监控量测。监控量测是利用专用仪器及工具，观测隧道施工过程中围岩与支护结构的变形、受力和相互关系，并评价其稳定性和安全性。监控量测是保证隧道施工安全和结构长期稳定的重要预警手，可及时获得围岩和支护结构的动态响应，从而为优化施工方法、调整支护参数、确定关键工序开展时间提供了有力的依据。通过对隧道进行有效的监控量测，建立和完善相应的预警机制，能最大限度地降低隧道开挖的安全风险，减少坍塌和冒顶等造成的施工损失。在监控量测过程中，如何准确识别、定位和量化隧道围岩和支护结构的变形是施工的难点之一，监控量测的目的是提出准确可靠的监控量测方法，以便及时掌握隧道的变形状态，进而为采取合理有效的防护加固措施提供了科学依据。信息技术的不断深入应用为隧道施工监控量测提供了物联网等新兴技术手段。在某隧道监控量测中基于BIM和GIS平台开展了隧道信息化施工技术研究，技术方法是充分发挥物联网在监控量测环节全方位采集信息的能力，并将信息导入BIM平台实现动态预警和协同管理，依托GIS平台实现人员、设备的定位追踪，以提高项目管理水平。与人工采集数据相比，物联网具有明显的优势，它实现了数据采集的连续性和可靠性，降低了施工成本和风险。随着科技的发展和信息时代的来临，利用智能平台进行工程管理也是大势所趋。 2、全过程管理。BIM技术能构建一个虚拟的环境，创建一个方便实时通信的平台，共享信息，优化施工过程的控制及管理，以提高效益。在该隧道施工过程中，采用BIM技术对整个施工过程进行管理，主要完成以下工作：隧道主体结构三维可视化查看与技术交底（不同围岩等级主体结构等）、施工工艺模拟（CRD法、CD法及台阶法等）、施工进度模拟及控制、基于模型的施工资料与信息集成平台（质量标准、主体结构信息、二维图纸等）、隧道主体质量安全标准样板（大管棚、各围岩等级主体结构、配筋构造等）、工程量统计（开挖工程量、工程量自动计算等）、移动端模型信息查看与注释（隧道主体结构、质量安全标准样板等）、施工协同平台（基于云平台的PC端、网页端、移动端模型）、VR审阅与查看（隧道主体区、虚拟样板区、进度和工艺模拟区）。本隧道施工协同平台的搭建整合了隧道施工的全部工程信息（如设计参数、生产安装、养护管理、工序验收等），协同平台归纳研判，移动终端一线贯穿，共同实现隧道施工全过程的智慧管控和质量追溯，有效解决现有施工过程调度管控不力、信息沟通不畅、责任界定不明确、补救措施不到位等现状。

3、通风分析。隧道的施工过程和运营阶段都对通风性能提出了更高的要求。近日，交通运输部先后颁布了《公路瓦斯隧道设计与施工技术规范》（JTG/T 3374）和《公路工程节能规范》（JTG/T 2340）两项重要规范，均对通风指标提出了相关要求。由于隧道施工中瓦斯涌出的不可预测性及突发性，从而使公路瓦斯隧道的勘测难度与施工风险增大，因此，在施工过程和正常运营中应考虑瓦斯浓度的影响，这就决定了公路瓦斯隧道的防控和检测不可能一劳永逸。公路瓦斯隧道在施工运营期间，通风所需风量的计算有其特殊性。一方面要满足普通隧道正常通风的要求，另一方面要考虑瓦斯积聚的特殊工况，所以标准要求风速不应小于1.0m/s。施工通风能合理控制洞内的瓦斯浓度，保证施工安全及为工人提供新鲜空气的基本手段。因此，有必要对有害气体浓度进行动态监测，及时调整通风系统参数，避免通风盲区的发生，保证通风能力满足各用风地点的风量要求，即隧道内瓦斯浓度越高，对风速要求也就越高。在隧道运营阶段，通风和照明是运营能耗的主要组成部分，通风系统的规模最终不是由隧道的通车决定的，而是与隧道选址和结构方案的选择等密切相关。《公路工程节能规范》指出，隧道通风设计应选择经济、节能的通风方案及运营通风控制策略，综合考虑公路技术等级、工程特点、设计交通量、自然条件等因素，并充分利用自然通风。因此，应采用相应的信息技术手段对隧道通风需求进行模拟和预测，从而为工程设计和通风方案的优化调整提供建议。

综上所述，随着我国隧道工程的不断增加，隧道工程的安全问题也受到了越来越多的关注。隧道施工中，为保证其施工质量和安全，必须将现代信息技术应用于其中，以确保隧道安全。现代信息技术的发展为隧道建设提供了坚实的技术保障，进而使隧道建设更加准确、高效。 参考文献：

[1]交通运输部.JTG/T 3374-2020.公路瓦斯隧道设计与施工技术规范[S].人民交通出版社，2020. [2]交通运输部.JTG/T 2340-2020.公路工程节能规范[S].人民交通出版社，2020. [3]吴昆.新兴信息技术手段在隧道工程施工中的应用[J].江西建材，2020（02）.