沙特NEOM隧道項目TDMS系統創新應用研究*

李軼凡

(中國鐵建國際集團有限公司,北京 100039)

0 引言

隧道數據管理系統(tunnel data management system,TDMS)在國內外的發展都比較快,尤其是近年來,隨著數字化技術的快速發展和工程管理的需要,TDMS系統得到了廣泛應用和推廣。國內越來越多的隧道工程開始應用TDMS系統,如北京、廣州等城市地鐵工程已經開始應用TDMS系統,提高了施工效率和管理水平。此外,國內多家高校和科研機構也在研究TDMS系統的應用,探索數字化隧道工程管理的新方法。在國際上,TDMS系統已經得到廣泛應用,如德國、英國、美國、加拿大等國家的地鐵和隧道工程已經開始應用TDMS系統,為數字化隧道工程管理提供了寶貴的經驗。一些國際組織和標準化機構也開始制定相關標準和規范,推動TDMS系統的國際化發展。隧道TDMS系統的應用范圍和功能還需要進一步擴展和完善,以滿足不同類型、不同需求的隧道監測需求,實時監測和預警能力還需要進一步提高,尤其是應對突發事件時的能力。

沙特NEOM隧道支洞項目包括6條支洞,總長度8 415m,如圖1所示,設計為馬蹄形斷面,斷面尺寸為11.69m×8.62m,采用挪威法工藝,鉆爆法施工,隧道埋深約20～380m,施工面多、任務重,TDMS系統可以為隧道工程提供全生命周期的數字化管理服務,包括設計、施工、監測、維護等多個環節,有效提高隧道工程的設計水平和施工質量,保證工程的安全運行。

圖1 NEOM隧道支洞分布Fig.1 Distribution of NEOM tunnel branches

1 TDMS系統概述

1.1 用戶登錄

TDMS系統允許用戶通過多種平臺進行網頁訪問,其優點如下:①便利性 網頁訪問系統可以隨時隨地使用,只需具備網絡連接和相應的設備。②跨平臺兼容性 網頁訪問不受操作系統的限制,可以在不同操作系統上使用。③簡化部署和更新 通過網頁訪問可以避免用戶在用戶端安裝和配置復雜軟件,系統部署和更新只需要在服務器上進行。用戶登錄是系統安全保障,通過驗證登錄人員信息,系統管理人員可以對不同登錄人員操作權限進行判斷,不同用戶對系統功能模塊的操作權限不同,提高使用便捷度和系統安全性。

1.2 系統主界面

系統主界面展示施工區域關鍵信息,提供快捷的導航和操作,通過找到相應施工板塊,更新和上傳文件數據,也可以根據需要在系統中選擇下載內容,網頁登入不僅為用戶提高辦公效率,還可以根據業主需要或者施工方自身需求,提供用戶定制和配置選項,為用戶提供方便、直觀和個性化的體驗。

1.3 施工日志

使用網頁制作施工日志具有及時性、多媒體支持、數據存儲備份和集成性好等優點。施工人員可以實時更新日志內容,記錄最新進展和問題,現場人員可以使用多個設備同時進行施工日志制作,將數據儲存在服務器,確保數據的安全性和可靠性,可以隨時下載任意時段的施工報告,分析處理施工問題,提高施工效率,如圖2所示。

圖2 施工日志報告Fig.2 Report of construction diary

1.4 地質素描導入和生成報告

在TDMS中可以將地質素描報告導入系統中,提高工作效率、方便數據管理和分析。地質工程師可以及時導入數據,現場施工人員可以登錄系統查看最新地質報告,用戶可以導出地質數據進行分析,評估土壤和巖石的工程特性,有助于確保工程安全和可持續性。

1.5 超前探孔

隧道超前探孔是在進行隧道開挖時,提前在隧道掘進面前進行地質勘察和巖層探測的一種方法,主要目的是獲取隧道前方地質信息,以便進行合理設計和施工,確保隧道安全和穩定。超前探孔導入系統的優點在于提高效率、提升準確性、數據整合和一致性、數據可視化和分析、數據共享和協作以及數據備份和安全性。在TDMS超前探孔界面中,可以根據選項依次導入數據,對后續圍巖情況進行分析時可以導出數據,有助于優化探孔數據的處理和應用。

1.6 3D模型加載

TDMS中的3D模型是在網頁中對數據進行分析建模,如圖3所示,不需要AutoCAD,Revit,SketchUp等軟件,用戶界面操作簡便、直觀。初學者能夠較快上手,提高工作效率。

圖3 3D模型Fig.3 3D Model

2 TDMS系統數據集成分析

2.1 TDMS系統信息收集

TDMS可以直接通過網頁訪問,允許用戶通過多種平臺訪問監測數據,提高辦公效率,加強各部門信息交流。通過收集項目基本數據,將其鏈接在一個強大的數據資源中,對各項基礎數據進行集成化管理分析。全方位的數據集成能夠及時反饋施工面情況變化,提供信息解決方案和咨詢服務,提供隧道施工安全和進度信息,降低隧道施工經營成本,提高施工效率。

2.2 TDMS系統資源配置管理

TDMS系統可以有效分析出現場施工對資源配置的利用情況。根據現場反饋的施工日志,將人、材、機、施工內容等基礎數據輸入系統中,系統數據化的分析統計可以將施工日志整合成圖形和表單,按照需求可以分析施工中任意時間段的施工內容。分析循環時間、統計施工資源、對每個工序人、材、機進行分析對比,找出施工進度薄弱點,反饋施工情況變化。TDMS的靈活性和自動化可以大幅減少數據化管理的人員配置,為項目降本增效。

2.3 TDMS系統信息監控

隨著測量技術的不斷發展,隧道監控量測也在不斷演進和改進,傳感器技術的不斷進步,出現了精度更高和多功能的傳感器,計算能力和數據處理算法的改進,對于大量監測數據的處理和分析變得更加高效和精確。

監控量測是觀察隧道沉降的重要技術手段,通常連續監控超過某個閾值會產生大量數據,TDMS對監控量測數據進行預處理,將數據轉化序列,按時間間隔保存詳細記錄,每個區間總結統計數據,如圖4所示。TDMS系統提供全面的數據支持和決策依據,使得隧道監控量測變得更加全面、高效和精確,確保隧道結構的安全性、穩定性和可持續性,并提高施工質量和效率。

圖4 監控量測報告Fig.4 Report of monitoring measurement

3 TDMS系統數據可視化管理

3.1 施工進度

TDMS系統可以依據施工日志和衛星地理圖形相結合,將施工進度示意圖形象生動、清晰直觀地展示在具體地理位置上,使各方對施工進度有共同認知,如圖5所示。

圖5 施工進度示意Fig.5 Construction progress

3.2 地質素描可視化

地質素描在隧道施工中的重要性體現在地質風險評估、施工方案制定、施工進度控制和施工安全保障等方面。地質素描的數據導入TDMS系統,可以將巖石強度和圍巖等級繪制為水平柱狀圖,將單個地質素描數據匯總成圖形和表單,如圖6所示。記錄隧道施工中的地質情況對于變更索賠具有重要意義。TDMS系統的信息收集和可視化保證了后續施工的可靠性和安全性。

圖6 地質素描可視化Fig.6 Geological sketch visualization

3.3 超前探孔3D模型

超前探孔提供的地質信息可以用于預測潛在的地質風險,最大程度保證施工順利進行。TDMS不僅可以保存和處理超前探孔數據,還可以和地質素描中Q值等數據源結合起來提供一個地下結構的立體視圖,如圖7所示,相對于傳統的超前探孔數據處理,TDMS可以提供一個更加直觀、全面的地下信息。

圖7 超前探孔3D模型Fig.7 3D model of advanced exploration hole

3.4 TDMS系統3D模型

TDMS系統能夠直接將隧道施工中的數字化對象進行數字化處理,并導入各類數據以創建模型。隧道施工中涉及的數據包括超前探孔、錨桿支護、地質素描、斷面掃描等,將這些基本施工數據導入系統后,可以與強大的數據源相連,進行可視化分析,并建立一個3D模型,其中包含了隧道施工的相關信息。使用3D模型能夠以更直觀的方式展示隧道的形狀、結構和細節。用戶可以通過旋轉、縮放和移動模型,更好地理解隧道的設計和布局。3D模型具有出色的可視化效果,可用于進行可視化分析,從而提高施工效率。在項目收尾階段,3D模型還可以取代BIM模型,進行數字化交付,進一步提升效率。

4 TDMS系統的實際應用

TDMS系統允許用戶通過多種平臺進行網頁訪問,極大增強了協同共享工作、線上報表的實時性,易于搜索和過濾,實現了信息共享和協作、可視化展示、環保和成本控制。對于天氣和其他因素導致工期延后可以在日報中進行體現,高效的匯總統計可以幫助商務部門進行取證和索賠。在內部使用中可以對每個工序的時間消耗進行比對,優化資源配置,找出施工延誤的影響因素,提高施工效率,有效監控項目進度,有助于管理層做出決策和規劃。

在隧道施工中地質素描和超前探孔的各項數據多、影響因素廣,對于分析地質原因和巖層數據變化有著較大的困難。TDMS的應用可以通過電子版的報告進行數字化存儲和備份,避免紙質報告的丟失和破損風險,可以實時更新和編輯、具有可交互性,易于分享和傳播,數據采集精準,將影響地質因素的各項數據進行自動化分析,提高數據的實時性、精準性和可操作性,為隧道爆破設計、提高圍巖質量、對比分析招標文件中的地質勘察報告提供基礎數據支撐,為地質索賠提供強有力的證據。

在實際施工中,TDMS也對隧道監控量測提供更加精準的數據分析,測量員利用PC端通過遠程訪問將監控量測點數據實時傳輸到TDMS中,系統可以根據測量數據對監測點沉降進行分析,將每個監測點的數據按照日、周、月進行分析匯總,現場施工人員可以通過沉降數據判斷隧道施工中的風險情況。系統也可以根據沉降規范要求設置風險提示線,一旦沉降超過規定數值系統進行安全警示,保障安全生產。TDMS在3D模型交付中也有著廣泛運用,傳統的3D模型需要通過專業的軟件進行建模,操作人員還需要有一定的專業知識,使用TDMS只需將3D模型所需測量數據導入系統中即可生成3D模型,廠家也可根據不同項目交付模型的要求定制不同的系統數據,簡單方便、可操作性強。

5 結語

NEOM隧道項目中TDMS的成功應用證明了其在隧道施工實踐方面的有效性和潛力。允許用戶通過多種平臺直接訪問網頁TDMS系統,提高用戶的使用體驗,加強各部門信息交流。對人、材、機、施工內容等基礎數據進行系統化分析統計,通過可視化的方式呈現,直觀展示了數據之間的邏輯關系,及時反饋施工面情況,提高施工效率。

將基本施工數據如超前探孔、錨桿支護、地質素描、斷面掃描等導入系統,通過數字化處理和可視化分析,建立3D模型,更直觀展示隧道的形狀、結構和復雜細節。在項目結束階段數字化交付3D模型的能力進一步簡化了整個項目的工作流程。