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第07期基于BIM技術(shù)的隧道數(shù)字化建造及實時監(jiān)測技術(shù)

2019-1-9 09:28

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52監(jiān)測網(wǎng)專家報告分享-第07期《基于BIM技術(shù)的隧道數(shù)字化建造及實時監(jiān)測技術(shù)》宋占平西安建筑科技大學巖土與地下工程實驗室主任人物介紹西安建筑科技大學巖土與地下工程實驗室主任，西安建筑科技大學土木工程學院教授 ...

52監(jiān)測網(wǎng)專家報告分享-第07期

《基于BIM技術(shù)的隧道數(shù)字化建造及實時監(jiān)測技術(shù)》

宋戰(zhàn)平 西安建筑科技大學巖土與地下工程實驗室主任

人物介紹

宋戰(zhàn)平，西安建筑科技大學巖土與地下工程實驗室主任，西安建筑科技大學土木工程學院教授，2006年3月西安理工大學水利水電學院巖土工程專業(yè)博士畢業(yè)，研究領(lǐng)域有城市地下空間與地下工程、智能巖土工程、隧道工程，主持和參與眾多項目，包括陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計劃項目《城市地下綜合管廊建造與應(yīng)用示范工程建設(shè)》，陜西省自然科學基礎(chǔ)研究計劃項目《黃土隧道凍融、降雨致災(zāi)機理及工程應(yīng)對措施研究》，“十二五”國家科技支撐計劃項目《煤矸石高性能混凝土技術(shù)研究與應(yīng)用》，交通部西部交通科技項目《公路隧道單層襯砌結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)研究》，陜西省教育廳自然科學基礎(chǔ)研究計劃項目《西部地區(qū)大斷面土質(zhì)隧道災(zāi)害機理及防治對策研究》等等。主編《巖溶隧道施工關(guān)鍵技術(shù)及工程應(yīng)用研究》一書。

內(nèi)容簡介

一、數(shù)字化隧道概念的提出

同濟大學朱合華教授在2006年隧道年會上提出了數(shù)字化隧道的概念，將數(shù)字化隧道工程定義為以三維數(shù)字地層為依托，以信息化手段對隧道建設(shè)過程中的勘察、設(shè)計、施工和監(jiān)測等數(shù)據(jù)進行集中高效地管理，為隧道的建設(shè)、管理、運營、維護與防災(zāi)提供信息共享平臺。工程建設(shè)完成后建成一個隧道的“數(shù)字化博物館”，最終實現(xiàn)對隧道全生命周期的數(shù)字化。

二、數(shù)字化階段及內(nèi)容

數(shù)字化隧道可應(yīng)用于隧道勘察、設(shè)計、施工、運營管理全壽命期的數(shù)字化管理。一般來講，我們將數(shù)字化隧道管理體系分為建設(shè)期與運營期。

建設(shè)期

勘察、設(shè)計數(shù)據(jù)管理：記錄勘察期間的區(qū)域地質(zhì)、鉆探信息、勘察結(jié)果等，記錄設(shè)計期間的隧道結(jié)構(gòu)、支護參數(shù)、設(shè)計圖紙等數(shù)據(jù)。

三維可視化隧道模型：根據(jù)地形圖形成三維數(shù)字地形模型；根據(jù)地質(zhì)測繪及鉆孔資料，初步構(gòu)建數(shù)字地質(zhì)模型；根據(jù)施工圖，初步構(gòu)建三維隧道模型；實現(xiàn)模型的融合、展示。

隧道施工信息動態(tài)數(shù)據(jù)庫：以隧道三維模型為載體，采集與展現(xiàn)施工過程信息（地質(zhì)、開挖、支護、監(jiān)控量測、質(zhì)量、進度、突發(fā)事件等）。

運營期

利用運營期間的隧道動態(tài)檢測、監(jiān)測信息，對隧道襯砌結(jié)構(gòu)、限界、通風、防火等信息進行數(shù)字化管理，并綜合利用設(shè)計、施工過程中的檔案信息，為隧道運營、維護提供服務(wù)。

三、基本原理

基于數(shù)字化技術(shù)，記錄勘察期間的區(qū)域地質(zhì)、鉆探信息、勘察結(jié)果等，設(shè)計期間的隧道結(jié)構(gòu)、支護參數(shù)、設(shè)計圖紙等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)勘察、設(shè)計數(shù)據(jù)管理；根據(jù)地形圖形成三維數(shù)字地形模型；根據(jù)地質(zhì)測繪及鉆孔資料，初步構(gòu)建數(shù)字地質(zhì)模型；根據(jù)施工圖，初步構(gòu)建三維隧道模型；實現(xiàn)模型的融合、展示；以隧道三維模型為載體，采集與展現(xiàn)施工過程信息（地質(zhì)、開挖、支護、監(jiān)控量測、質(zhì)量、進度、突發(fā)事件等），建立隧道施工信息動態(tài)數(shù)據(jù)庫；建立統(tǒng)一的數(shù)字化信息管理平臺，利用運營期間的隧道動態(tài)檢測、監(jiān)測信息，對隧道襯砌結(jié)構(gòu)、限界、通風、防火等信息進行數(shù)字化管理，并綜合利用設(shè)計、施工過程中的檔案信息，為隧道運營、維護提供服務(wù)。

四、關(guān)鍵實施流程

本技術(shù)基于隧道建造施工的全過程，對施工前的勘察、設(shè)計數(shù)據(jù)管理，施工時的綜合超前地質(zhì)預(yù)報以及施工中的動態(tài)信息管理進行全流程的數(shù)字化、信息化，建立隧道信息管理平臺，對隧道施工產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息進行統(tǒng)一的科學化管理，通過分析得出并生成成果報告，指導(dǎo)實際施工。

五、實施流程

施工前

根據(jù)地形圖形成三維數(shù)字地形模型；根據(jù)地質(zhì)測繪及鉆孔資料，初步構(gòu)建數(shù)字地質(zhì)模型；根據(jù)施工圖，初步構(gòu)建三維隧道模型；實現(xiàn)模型的融合、展示。初步確定不良地質(zhì)及重點。

對于工程所處的地形地貌特征，以及工程設(shè)計施工重難點的信息采集，我們根據(jù)三維數(shù)字化平臺，利用軟件進行地形地貌的三維呈現(xiàn)。

施工時

在隧道施工期間，為確保隧道安全快速掘進，需對隧道掌子面前方地質(zhì)體進行了及時有效的預(yù)報，將地質(zhì)預(yù)報納入施工動態(tài)管理環(huán)節(jié)，這樣可以有效的避免的地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，從而節(jié)省工程費用，取得很好的預(yù)期效果。

六、效益分析

1、對于施工前勘察、設(shè)計階段的數(shù)據(jù)管理，勘察設(shè)計階段完成了信息化，基于數(shù)字化平臺可對相關(guān)信息進行實時可視化查詢，彌補了原本資料查找錯、漏等弊端，有利于后續(xù)施工。

2、對于施工時的綜合超前地質(zhì)預(yù)報，信息化的融入可對隧道掌子面前方的地質(zhì)信息有了更加全面準確的掌握，確保隧道施工安全。

3、對于施工中的隧道動態(tài)信息管理，通過多元信息化監(jiān)測，實時監(jiān)測隧道監(jiān)測點處的應(yīng)力、變形，并進行及時預(yù)警，避免意外情況發(fā)生。

4、通過本技術(shù)的實施，可完成開挖方案的最優(yōu)化，降低了施工難度，提高了施工效率，又保證了施工質(zhì)量。

5、隧道信息化建造施工，可避免不必要的浪費，減少了施工材料投入，節(jié)約成本。

6、通過本技術(shù)的成功實施，各施工工序協(xié)調(diào)有序，節(jié)約工期，為工程總體工期的實現(xiàn)創(chuàng)造了有利的條件。

七、工程案例

環(huán)縣一號隧道位于甘肅省環(huán)縣東山，進、出口附近均有公路，可供工程車輛通行，交通便利；洞身各淺埋溝谷無道路通行，交通困難。隧道起止里DK370+386.31DK374+717.655，全長4331.345m，為一座單洞雙線隧道。隧道通過地段位于環(huán)江東岸黃土殘塬區(qū)，地形起伏較大，地面高程12501440m，地表“V”型沖溝發(fā)育，沖溝兩側(cè)地形破碎，溝內(nèi)普通分布有大小不一的黃土陷穴、黃土橋等。進口位于七里橋北岸，邊坡較陡，自然坡度約30°；出口位于城東溝南岸，邊坡較緩，自然坡度約20°。隧址區(qū)地表多為苗木，主要為油松和柏樹等針葉樹，植被覆蓋較好。