铁路隧道施工建设的信息化管理

李景朝

铁路隧道工程施工建设的信息化管理是实现施工过程的全方位管理、提高工程建设安全性的有效管理模式。本文以某隧道为例，针对工程施工难点，分析信息化管理平台建设的主要模块应用，以及基于BIM技术应用实施方案。旨在为类似工程管理提供参考。

一、引言

铁路施工的信息化建设发展已然成为现代铁路发展的主要趋势，强化信息技术的应用对于铁路工程建设质量提升具有重要意义。

随着我国铁路建设工程规模的不断扩大，隧道工程项目也随之增多，而施工过程中面临的不良地质条件、有害气体威胁等施工难点也随之增多。隧道施工存在各种潜在的自然灾害隐患，为此，为合理控制隧道工程质量和安全控制，信息化管理成为必然选择。当前新奥法施工工艺已然成为隧道应对不良地质体等施工难点的一种有效施工方法，是集設计、施工和监测三位一体的动态施工模式，而信息化施工管理是新奥法设计施工过程中的一个必不可少的部分，通过对隧道施工各阶段监控量测，对围岩应力条件等进行信息监测，并基于此对施工工艺进行优化调整，进而达到隧道施工质量控制的目的。

二、工程概况

某隧道全长4373m，进口海拔约956m，出口海拔约908m。平行导坑位于隧道线路前进方向左侧，平导与线路左线线间距为30m。平导起始里程PD97+980=正洞DK97+980，终点里程为PDK98+826，全长846m。该隧道设置1平导的辅助坑道方案，按进口、出口平导2个工区2个工作面组织平行施工。隧道穿越地层为粉砂质页岩、凝灰质砂岩、炭质页岩等。地质构造复杂，不良地质为重力不良地质（危岩落石、岩堆、滑坡、岩爆、边坡顺层），且为低微瓦斯隧道，安全风险高，施工难度大，是本标段的重难点工程。为了保证隧道施工的安全稳定，设计采用新奥法组织施工，将超前的地质预测预报工作作为工艺施工的首个环节，并坚持以地质探测和预报为前提、新奥法施工为主、强化现场监测监控为依据的施工原则，并基于此构建科学完善的信息化施工管理体系，通过对信息、数据的综合分析和处理，实行动态管理信息化施工。

三、信息化管理平台的主要模块应用

信息化管理平台的信息化模块，主要部署综合管理、现场管理、过程管理三个板块进行建设。以“先进、实用、简便、全覆盖”为原则，依托先进的管理理念，通过在现代信息技术中植入先进的管理模式，实现全过程、全方位掌控铁路工程建设的进度、质量、安全、投资等建设情况。

（一）资料管理系统，建立涵盖建设管理资料、施工过程资料、验收资料、竣工验收资料等电子文件信息，实现资料的安全储存、高效共享、规范管理，实现OA办公系统、电子施工日志、检验批数据实时自动存储到资料管理系统的功能，实现竣工资料的实时整理功能。

（二）劳务用工管理系统，系统的主要作用是为了辅助施工单位对项目施工人员进行日常管理，管理系统内设置的施工人员相关电子档案、工资薪酬、人员日常考勤统计，以及外委劳务的公司管理等行为管理体系，可以为施工单位及施工人员提供更为全面的劳务管理报表，为日常人员管理、劳务监督检查、劳务纠纷等提供更为科学完善的信息凭证，同时保障劳务人员的合法权益，稳定施工队伍。

（三）施工组织管理系统，对接铁路工程管理平台，通过自动关联电子施工日志和图形化周报的进度数据，推演出工期斜率图，自动比对实施性施工组织设计确定的进度计划，实现工程进度预警分析，强化施工组的“红线”管理。进场后，应立即组织开展机构信息初始化、EBS分解等工作，在工程实施阶段，根据预警分析情况，及时调整资源配置，确保落实施工组节点工期。

（四）试验室系统，万能试验机、压力机需全部纳入信息化监管，包含钢筋原材料、焊接试验、混凝土试件、水泥试件以及钢绞（丝）等材料的力学试验。按照验标规定的试验频次进行试验，实现自动采集数据和分析，实现试验报告、记录自动生成，试验数据的实时上传功能，报警闭环管理功能。进场后即组织实施，在试验室验收前完成信息系统的建设。人员配置不满足要求，未安装试验信息化终端软件，或不能成功向工程管理平台上传输数据的试验室均不得验收通过。

（五）混凝土拌和站全部应用信息化系统，对混凝土拌和时间、材料配比偏差等数据自动采集、上传、分析、报警。进场后即组织实施，在拌和站验收前完成信息系统的建设。人员配置不满足要求，未安装试验信息化终端软件，或不能成功向工程管理平台上传输数据的试验室均不得验收通过。

（六）沉降变形观测系统，沉降变形观测工作均需应用该系统。利用手持终端或手机APP软件通过蓝牙连接电子水准仪进行测量及平差计算，实现外业测量数据实时采集、完整加密发送、测点变形实时预警。进场后，应结合工程特点编制详细的沉降变形观测专项实施细则，经审批后，随工程项目推进逐步实施。

（七）视频监控系统，对接铁路工程管理平台，可以实现对施工现场的重点环节、重点区域、重点部位等进行全覆盖全天候的实时监控，并对环节的把控实现远程盯控和错误纠正，可视化、无死角、全天候的监控系统，有效降低了现场路途和费用成本，提高了重点工作安排执行的实效性，省人、省时、省力、省钱，即时掌握人员生产、活动及周围环境等图像信息，远程诊断和应急指挥。

（八）电子施工日志系统，对接铁路工程管理平台，实现工程建设进度、质量、安全等电子施工日志的即时填报。施工单位进场后应立即组织开展机构信息初始化、EBS分解等工作，工程开工前具备电子施工日志的实时上报功能。

（九）检验批管理系统，依据铁路工程施工质量验收标准，提供检验批收集、分析及跟踪功能，实现施工过程质量控制、质量验收和资料管理。

（十）验工计价系统，铁路工程建设项目验工计价系统面向建设单位、监理单位、施工单位用户，以信息化手段和云存储实现验工计价数据的填报、审批和管理，可实现实时查询进度、自动汇总形成报表，实现网上审批流程，加快计价审批。

四、BIM技术应用实施方案

建筑信息化模型（BIM）是一种数字信息的应用，支持信息化管理体系下工程施工的信息化集成管理体系环境，目的是提升项目工程各个施工环节效率和消除隐患风险，进一步提高施工质量。依据某隧道施工理念及面临的难点问题，通过采用BIM技术，构建全生命周期管理系统，对隧道从设计、施工、竣工的整个流程进行全方位的诊断和管理，采用多兼容的强大体系内构兼容制图软件、可视化监控体系、参数化数据诊断、GIS地理信息系统、互联网、移动通信等多种数字技术方法对隧道施工的全生命周期建设、施工运营、管理决策等进行管理指导，从而实现提升施工效率、降低施工风险、保障施工稳定、控制工程成本等多项目标。除此之外，针对强大的数据能力，为施工建设单位提供更为直观的理解性设计意图、各环节施工分析的相关模型构建、工程材料统计等信息。

（一）施工方案模拟优化

通过BIM模型进行工程量计算，直观地体现成本偏差，为工程施工工艺的选择提供理论依据。通过实时监测和数据分析，对施工设计成本投入与实际成本投入进行对比分析和动态管理，当计划工程量与实际工程量发生的偏差达到或超过阈值，及时发出成本预警，查找原因并加以改进，防患于未然。在BIM模型中利用软件自动生成工程量，通过材料统计，自动生成材料清单。通过模型碰撞检查，实现对施工设计方案中存在的关于工程结构、设备管线、施工环节等相关问题和漏洞进行查缺，并可以实时导出相关检查报告，为设计优化提出有效建议，从设计层面为施工质量的把控，以及后期施工过程中可能存在的影响施工质量和成本损耗的问题进行纠正和消除。

（二）进度优化

施工进度优化，主要是通过BIM和模拟技术，结合系统对现场施工条件、劳务人员等进行的超前预判和模拟，可以实现时间维度上的施工进度模拟，该模拟是根据现场情况不断推演重复模拟优化的过程，最终目的是达到工程施工资源的最大化优化配置。第一，从时间上可以根据项目施工进度按照天、周、月等时间节点对工程施工的进度进行推演模拟，并且结合现场实际施工情况和施工进度对模拟结果进行动态调整，并且对动态调整的原因进行分析，评判施工方案存在的不足，从而进行施工方案优化调整。第二，除了对整个施工进度进行模拟外，还实现了对重点区域、重点环节、重点时间节点等进行更为细化、更为精确的可视化推演模拟，从而实现对施工重点工序、工艺等多方面施工方案的优化调整。

（三）成本管控—多维度数据库实现短周期的多算对比及数据共享

通过BIM提供的数据空间和客户共享平台，根据设置的查询权限实现对工程施工各项环节、各类数据的多维度信息数据的实时查询和共享分析，可以满足不同管理人员不同岗位和不同专业数据需求检索要求。

（四）施工阶段BIM应用内容

施工阶段的BIM技术应用主要体现在对施工过程中的施工进度、人力物力、设备，以及施工质量、现场安全管理等多类型信息的动态优化管理，实现了对施工阶段不同时间段的施工信息的推演模拟和技术方案优化调整，切实提高工程质量和综合效益。

1.施工现场管理的应用，主要是基于系统提供的各类施工参数的可视化进行的，通过可视化的形式为施工人员提供更为直观明了的施工参数布局，施工人员可以通过参数布局对各阶段、各场景施工场地进行转换，结合施工理念对场地进行及时有效优化。

2.施工现场危险源辨识，安全负责人和安全管理人员通过BIM模型提前进行安全风险评估和措施制定，提前在模型中模拟安全防护布置。

3.施工模拟动画，通过BIM模型进行施工动画模拟，不断优化施工技术方案。

4.技术交底，通过BIM模型对复杂的，难以用口头叙述及二维平面形式交底的分部工程的技术控制要点、难点进行可视化交底。

5.深化设计的应用，在设计BIM模型基础上，对复杂的技术节点进行深化，满足施工进度模拟、三维可视化技术交底及电子施工日志进度数据采集需要。

（五）BIM模型完成施工模拟

BIM施工模型的構建以及施工模拟，通过对工程施工前的设计进行施工与模拟，对设计中可能存在的施工质量、施工成本、安全管理等多个方面的问题进行及时预警，从而为施工设计提供更为优化的建议。在工程建造阶段，对人、环、机、物等多方面的施工过程进行重复模拟试验，结合系统本身强大的模拟仿真技术，实现工程的整体评价和优化，为工程施工提供更为可控、成本低、风险低、效率高的施工方案。通过在施工过程中施工数据的不断收集和重复模拟，对施工方案进行不断优化调整，对各环节、各单元的施工信息进行分析，指导管理者对施工过程进行决策、控制和优化。

结语：

隧道施工的信息化管理建设是保证隧道施工进度控制、安全控制、质量控制、成本控制的有效途径，也是铁路信息化建设的总体要求，对于隧道施工过程中面临的不良地质构造、瓦斯等有害气体等难题，工程的信息化管理尤为重要。结合现场监控量测、超前地质预报等信息数据，通过信息化平台对工程施工的各类生产要素合理配置、工艺的不断调整优化提供决策依据，并且实现对重点工点、关键部位、关键工序的有效管控，不断提升隧道工程质量。