王恰恰
中铁十七局集团第四工程有限公司 ?400000
摘要：随着我国综合国力的提升，我国隧道的建设日趋现代化，信息化，基于BIM技术融合智能化、信息化等手段，可实现隧道项目的全生命周期管理，提高管理水平和工作效率。根据BIM技术特点，基于AutodeskRevit建立隧道线路三维信息平台，为隧道项目信息化管理提供参考。首先，利用PowerCivil并根据线路平、纵断面等资料，生成线路中心线三维线形，为后续线路三维信息模型建立提供基础条件。随后，将线路中心线三维线形导入Revit平台，利用二维构筑物图纸创建各种构筑物族，再通过Dynamo编写命令将各种构筑物族沿线路里程布置，从而完成线路三维信息平台的构建。本文主要对隧道工程三维智能控制方法做论述，详情如下。
关键词：隧道工程；三维智能；控制方法
引言
改革开放以来，我国将交通运输列为国民经济发展的战略重点之一，高速公路在运输能力、速度和安全性方面具有突出优势，因此受到重视，得到快速发展。我国是一个多山岭的国家，随着高速公路的发展，隧道工程建设也将越来越多。高速公路隧道工程施工区段位于山区，通常埋深大，由于地形地貌、地质条件本身的特点，可能穿越松散地层、可溶地段和断层破碎带，可能遭遇岩溶、瓦斯等不良地质，再加上隧道施工的隐蔽性，无法进行准确的勘察和检测，工程实施风险和控制难度大。高速公路隧道施工水文地质条件复杂，存在很多不确定因素，施工工期会受到影响，发生突发事件的概率也较大。隧道施工工作内容包括超前支护、爆破、开挖、初级支护、二次衬砌、仰拱填充、路面工程等多工种、多专业工程，协同、交叉、平行、立体作业多、干扰大，其施工组织较为复杂。因此，应该运用科学、先进系统控制理论和方法，来解决和管理这些复杂的问题，从而确保控制目标的顺利实现。
1隧道工程分解
隧道施工主要包括开挖初级支护、衬砌、机电安装以及其附属项目等。结合大道梁隧道施工特点，运用WBS工作分解方法将其划分为施工前期准备工作、洞口开挖及明洞施工、超前支护、开挖、初期支护、仰拱填充和衬砌施工7个阶段，26个具体工序，给合工序间先后衔接关系绘制出网络计划图，用以计算出隧道施工最优方案。
2隧道线路三维信息平台开发
隧道线路设计平、纵断面是隧道建造的基础资料，其决定了各种构筑物的具体空间位置。目前隧道线路设计成果大多采用二维成果，同时以邮件、会议等形式来完成与各专业的协同工作。从理论上讲，单纯采用二维图纸来描述隧道三维空间位置并不合理，无法实现所见即所得，同时还带来各专业间信息沟通不畅。BIM技术可应用于线路空间信息、工程结构实体、功能特征信息等的数字化表达，为勘察、设计、施工、运营和维护等多部门提供有效的数据基础平台，进而完成设计、建造及运维的可追溯闭环管理。通过搭建隧道线路三维信息平台，既可提升线路设计效率和质量，还可为建造及后期运维等提供信息平台。
3隧道工程三维智能控制方法
3.1隧道维护自动检测系统
隧道维护自动检测系统主要由4个部分组成：1）智能巡检机器人，其携带多种检测传感器，包括CO/VI检测器、能见度检测器、风速风向检测器、火灾探测器、声光报警器等，对隧道内温度、湿度、氧气、易燃易爆及有毒有害气体、火灾、交通事件等进行实时检测。2）滑行轨道，智能巡检机器人沿轨道深入现场巡检，收集相关信息和数据；3）通信网络，通过无线通信模块，将现场数据传至后端管理平台；4）后端管理平台，对现场数据进行智能分析，根据数据分析结果进行决策指导；基于智能巡检机器人的隧道维护自动检测系统。智能巡检机器人一般分为履带式巡检机器人和轨道式巡检机器人。
根据高速公路隧道的实际情况，并确保机器人巡检过程中不影响道路交通。
3.2三维激光扫描仪
在输送管道上安装流量传感器，记录混凝土浇筑的方量和传输数据，保证混凝土的浇筑饱满度。在台车拱顶部位合理设置溢浆孔，排出压缩气体，解决因气体压力产生的浇筑空洞，并通过溢浆孔进行补浆输注处理。在铺挂好的拱顶防水板上安装红外线夜视内窥镜，观察拱顶混凝土浇筑情况。还可以在台车上安装视频摄像头，监控各个窗口、振捣器和挡头模等关键部位的作业情况，以便发现异常情况能够及时处理，有效保证施工的安全和质量。智能台车更是专门研发的用于后台进行智能控制的自动化信息系统。分系统把各施工工序的数据进行自动采集分析后，启动自动控制程序完成对关键施工工序的控制操作，确保二衬浇筑施工质量。
3.3BIM模型辅助施工管理优化
首先是施工前辅助施工方案的确定。(1)通过构建的4D模型，可视化隧道施工进度各个施工工序的复杂关系，直观、准确地模拟整个施工过程并形象展示进度，辅助制定合理的施工计划。(2)首先通过漫游功能，能够清楚直观地看到隧道的细节部分，发现其中可能出现的问题与施工重点控制工序，分析潜在的安全隐患，提前制定安全预防措施。其次是施工过程中进度管理的动态优化。在Navisworks软件“Timeline”窗口中可实时浏览施工进度管理数据，包括施工工序的计划日期、实际日期和横道图；施工工序完成的百分比；施工工序的提前、延后情况；动态模拟已完隧道和正建的进度提前、延后情况。施工中，随时获取进度的施工管理信息，并输入BIM模型，借助模型，对数据进行分析，对于出现的问题，根据建立预警体系和原因对策数据库，及时采取相应的预警体系，分析出现的原因，采取相应对策，使进度目标顺利实现。最后是施工过程中安全管理的动态优化。通过三维漫游技术，对复杂环境下隧道中的移动目标实时跟踪，针对容易发生事故风险的部位，提前做好预控措施。利用手机、iPad等移动终端对现场进行可视化指导、可视化交底、可视化检查。如果施工中出现问题，根据提前建立的预警体系和原因对策数据库，及时采取预警体系，分析发生事故苗头、征兆或事故的原因，快速采取相应解决措施，确保隧道施工安全。
3.4智能巡检机器人
1）智能巡视，基于轨道式巡检机器人定位信息，设计机器人行走及巡视路径：管理者可通过后端管理平台实时查看巡检机器人位置信息及视频信息，亦可手工操作巡检机器人巡视，实现机器人集群管理：当某一区域发生预警信息时，监控中心立即获得其位置信息，并查看视频监控画面实时查看异常区域的现场情况；2）红外热成像检测，出现火情时，轨道式巡检机器人能够迅速到达火情位置，并根据区域温度特征快速定位着火点位置，为精准救援提供依据；3）隧道交通事件检测，根据视频采集信息对隧道的交通情况进行判别，对拥堵、停车、行人、抛洒物、逆行等交通事件进行检测，及时发现和定位事件发生的位置；4）设备发热与故障预警，通过获取设备表面温度，分析温升曲线；通过与历史数据对比，判断设备运行是否正常；对温升异常设备预警，并提供可见光照片和红外温度影像进行判别.
结语
综上所述，应用智能化工装设备虽然需要投入资金购买和更新施工设备，表面上看是增加了施工的成本投入，但缩短隧道工程项目的工期，大大提高施工的工效，减少了大量人员的投入，降低人工作业的劳动强度，消除传统隧道施工中工作人员高空作业的危险系数，节约大量的人工成本，并且可以大幅提升隧道施工的质量。可以说，智能化工装应用可以改善传统隧道施工中存在的质量通病，起到提升隧道施工的工效，降低施工成本的效果。
参考文献
[1]何璐佳,杨墨,毛杰勇,等.隧道机器人巡检系统的关键技术应用[J].电子技术与软件工程,2020(2):94-95.
[2]王志锦.机器人技术在高速公路运营中的应用[J].河南科技,2020(19):98-100.