隧道工程中的机电施工信息化管理

杨晓波

（河北交通投资集团有限公司，石家庄 050091）

1 引言

机电设备安装施工是隧道工程建设与实施中的重要环节，由于隧道工程相较于其他工程而言具有鲜明的特殊性，例如，整个工程建设位于地下，深受隧道途经区域工程地质条件与水文条件的影响，施工作业面较窄、运行环境复杂且恶劣，隧道工程有赖于完善的机电设备系统为隧道的实施与后续投运发挥通风、通行、照明、防渗透等功能与效用，保障隧道工程的有序建设与安全投运[1]。 当前计算机技术、现代通信技术以及自动化控制技术等的发展催生出了大量的机电设备， 隧道工程建设时需对各类用于照明、通风、防渗、消防预警等功能的机电设备加以集成与管理， 依托信息化技术动态管控机电设备的运行参数、工况与运行状态，对机电设备运行过程中存在的故障信号进行及时的捕捉与运维养护， 充分发挥机电设备的各项功能，为隧道通行提供安全、可靠的行驶环境。

2 隧道工程中的机电施工概述

2.1 隧道工程中的机电施工内容

机电工程是隧道工程的一项子工程， 包含了保障隧道安全通行的各个机电设备及其综合监管平台， 利用综合监管平台统筹管理、 动态管控同一通信网络下各机电设备的运行状况，切实发挥机电工程系统照明、通风、预警等作用。 从系统构成来看，机电工程包括综合监管平台、通风系统、消防系统、照明系统等，其中，通风系统用于加速隧道内的空气流通以及隧道内外的气流交换， 以免相对封闭的隧道环境内空气流通不畅、空气质量不高，危及隧道通行人员的健康。 通风系统的安装是在隧道相关位置安装风机， 通过风机的大功率运行将隧道内的烟雾、灰尘等有害气体排到隧道以外，并将隧道外的新鲜空气引流到隧道内， 保持隧道内的空气流通与质量稳定[2]；消防系统用于对隧道内的火灾情况进行预警与灭除， 消防系统施工是在隧道内安装烟感器、温度传感器、红外传感器等设备， 对隧道相对封闭空间内的烟雾浓度、 温度等进行动态感知，利用消防预警算法科学分析与研判隧道内的火情信息，并控制隧道顶部的供水设备与消防设施及时开启、喷水、灭火[3]；照明系统用于为隧道通行提供适宜的光照与亮度， 隧道照明系统需根据不同的照明需求选择适宜的照明设备， 保障车辆的通行照明；综合监控平台则是对所有子系统布设、安装的机电设备以及隧道内的车辆、人员、环境等进行全面监管的平台，其高度集成网络管理、有线广播、紧急电话、交通监控等，为隧道管理人员提供一体化的监管渠道[4]。 隧道工程中机电施工时需利用高压线将电源引至隧道洞口或洞内变电站， 再进行二次布线，为各类机电设备的运行以及设备动态监管应用供电。

2.2 隧道工程中的机电施工特点

隧道工程中的机电施工相较于其他工程（如土建工程）而言，具有更加显著的复杂性、专业性、投资大、工期紧凑等特点。 （1）隧道内环境封闭且完全位于地下，有赖于众多的机电设备照明、通风、消防预警等，需要在同一通信网络环境下完成众多专业性机电设备的安装、 调试以及集成管理， 科学布线、合理配置网络资源与电力资源，工程实施标准较高。 （2）机电设备的费用通常较高，安装、调试以及后续的维修保养工作耗时耗力，尤其是机电设备出现故障后，隧道管理方将投入大量的资金进行维修或更换，是隧道工程中典型的资金密集型子工程。（3）隧道工程中的机电设备众多，每个机电设备的安装调试均需要大量的时间， 机电设备还需通过通信网络连接到综合监控平台中，各个子系统、设备之间的连接与控制关系复杂、机电控件众多，给机电工程施工与调试带来诸多挑战[5]。 尤其在信息化与智能化技术日益发达的现代社会，高精尖的机电设备安装调试以及运维养护过程对人员的专业素养要求更高。

2.3 隧道工程中的机电施工现状

机电工程施工质量是保证隧道工程投运安全性与可靠性的关键要素， 当前机电工程领域对于施工技术与验收标准有相对成熟的标准与规范。（1）机电工程中涉及的机电设备众多，专业性与复杂性各异，且在设备智能化升级的大潮流下，机电设备的安装调试以及后期运维养护的难度更高，不少标准与规范未能及时跟进与更新，导致一些机电设备安装调试与运维养护时缺乏相关参照依据。 （2）机电设备的更新换代速度较快，而安装调试与运维管养的工作人员在专业技能与综合素养方面提升不够，未能与时俱进地融入机电设备升级步骤中，导致安装过程中某些工艺或细节把握不到位， 机电设备后期运行存在质量隐患， 在一定程度上增加了机电设备的后期返工与返修率。 （3）机电工程是隧道工程的一个子工程，在施工时与其他工程，如土建工程等，同步实施，在相对狭窄的作业面内交叉作业，也在一定程度上增加了机电工程施工的难度。

3 隧道工程中机电施工信息化管理体系

3.1 信息化管理形式

隧道工程中机电信息化管理是以通信网络为连接载体，有机关联隧道内的机电设备，并将机电设备作为下位机，实时采集隧道内的人员数据、环境数据、车辆数据等，经通信网络传输至综合监管平台后进行智能化解析，动态、自动分析当前隧道内的人员异常、车辆通行异常、空气质量异常、温度异常（火情）等，并控制下位机中的消防设施、通风设施等，及时启动做好消防灭火与通风处置。 将这一信息化管理形式引入机电工程施工过程中，充分运用隧道工程土建施工时在各个片区布设的视频监控设备，在施工现场补充、增加一些传感器设备，如温湿度传感器、扬尘监测传感器、感烟器等，对机电施工现场的空气质量、空气流通速度、温度、烟雾状况等进行全面监测，结合视频监控设备采集到的现场视频，对机电施工现场人员、环境等进行动态监管，将监管数据接入BIM 平台中，实现以人为抓手的机电施工质量与施工进度同步管理模式。 例如，通过对视频监控中的人员进行人脸识别与智能分析， 从视频监控中筛选出未佩戴安全头盔的机电施工人员，及时利用隧道内的有线广播加以通报提醒； 通过各类传感器实时监测空气质量数据，自动分析空气质量状况以及有害气体浓度，一旦浓度达到预警值，则及时利用隧道内的有线广播通知所有施工人员撤离。 上述信息化管理形式在隧道工程机电施工中的应用可以切实提高机电施工的安全性，保护施工人员的人身安全。

3.2 信息化管理的作用

信息化管理形式在隧道工程机电施工中充分利用了各类传感器设备，动态感知施工现场的人员、环境、车辆等信息，并通过通信网络实现传感器采集数据的共享， 助力机电施工的智能化分析，有效克服了传统以人工监测机电施工进度、施工质量、保障施工安全的管理模式，实现了对隧道内施工作业以及后期投运时车辆通行的全天候、全过程监管；机电施工的信息化管理也可以大幅度减少施工人员的作业成本， 依托通信网络，施工人员可远程操控隧道内的机电设备，动态抓取其历史运行数据与运行工况数据，根据机电设备运维养护的需要，实时调整机电设备的运行参数与运行状态， 实现对机电设备的远程操控； 在机电设备历史采集数据以及历史工况数据调取的基础上， 机电施工人员还可以智能化地分析机电设备在某一时期内的运行情况，尤其是在机电设备发生故障时，利用其故障前的运行情况与数据采集情况， 可以辅助施工人员科学研判机电设备故障发生的原因； 对于机电设备运行过程中采集的隧道内人员、环境、车辆等历史数据，可以利用过滤算法等对历史数据进行预处理，经由数据自动分类、智能分析，为机电施工过程提供可靠的数据源。

4 加强隧道工程机电施工信息化管理的举措

4.1 构建清晰的责任体系，做好信息资源共享

隧道工程机电施工信息化管理的成效在一定程度上取决于管理责任体系是否清晰、健全，由于隧道工程中的机电设备众多，安装施工与运维养护工作量较大，需要对机电设备的施工管理工作进行责任划分，结合隧道运管部门的工作职责，将具体的施工安装与运维养护工作落实到具体部门中，以科学、明晰的分工切实提高各专业部门在机电设备安装施工以及后期运维养护中的投入度与专注度， 保证隧道中机电设备的高效、可靠运行。 此外，隧道工程的机电施工管理以及后期的运维养护是一个系统性工程，前期的安装、调试与后期运维、养护之间存在着天然的连接关系， 部门之间应做好同一机电设备安装、调试相关数据与后期运维、养护相关数据的共建、共享工作，为机电设备的日常检修、故障维修等提供可靠的历史数据支持。 综合监管平台与各机电工程子系统之间也存在着紧密的关联关系，在同一个通信网络下，机电设备的控件多且复杂， 排查机电工程问题时需要同时关联排查相关的机电设备，因此，应做好机电设备运行工况数据的共享工作，提高机电施工与运维管理的成效。

4.2 构建完整的机电设备维护标准，实现维护工作量化

机电设备更新升级速度较快， 而隧道工程机电施工中未能及时、动态更新相关机电设备的技术规范与维护标准，不利于机电施工信息化管理的量化实施，因此，需针对隧道工程中所使用机电设备的性能参数、使用特点、技术标准等科学制订机电设备运维、养护方案，构建机电设备运维、养护工作量评价指标，对运维、养护的结果进行量化评价。 同时，在机电设备维护模式中，要充分引入预防维护与动态维护机制，充分运用信息化技术对机电设备的运行状态进行动态跟踪、 实时采集与智能分析， 预判机电设备可能存在的故障风险点并加以干预与处置，提高机电设备故障预防的精准性，减少机电设备故障给隧道通行安全带来的风险。

4.3 提升维护管理人员专业素养，保障维护持续有序

在隧道工程机电设备的维护管理过程中， 维护管理人员的专业素养发挥着关键作用， 只有不断提升维护管理人员的专业素养，强化维护管理意识，才能促使其自觉主动地投身于维护管理过程中。 因此，有必要提升维护管理人员的素养，依托科学完善的培训教育体系， 积极引入机电设备更新升级的新技术、新知识以及设备维修养护的新方法、新工具，切实提升维护人员的专业技能与综合素质。 与此同时，在对人员培训教育过程中，还应该加强对人员的考核管理，不断提升维护管理人员的准入门槛，全面加强业务考核以及绩效考核。

5 结语

隧道工程中的机电施工是依托信息化技术协同集成与动态管控照明、通风、防渗、消防预警等功能的机电设备，为隧道安全可靠投运提供全天候的监控与管理平台。 机电施工信息化管理充分利用各类传感器设备，动态感知施工现场的人员、环境、车辆等信息，并通过通信网络实现传感器采集数据的共享，助力机电施工的智能化分析。 与此同时，应积极引进新技术，根据实际情况改造和升级安全管理方式，注重隐患的排查与预判，动态抓取其历史运行数据与运行工况数据，根据机电设备运维养护的需要， 实时调整机电设备的运行参数与运行状态，实现对机电设备的远程操控，逐步建立更加完善的隧道机电施工的安全管理体系。