曾 昊

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 成都 610031)

1 概述

近年來，全國基礎(chǔ)建設(shè)進(jìn)程加快，城市軌道交通工程建設(shè)范圍也逐漸由一線城市擴(kuò)展到二、三線城市。雖然全國部分城市項目叫停，但2018年，中國城市軌道交通在建線路仍有202條，分布全國46座城市，總里程達(dá)5 520.904 km。隨著國內(nèi)城市軌道交通工程進(jìn)入大發(fā)展時代，事前設(shè)計、事中管理、事后監(jiān)測必須跟上建設(shè)的步伐。一些項目因為“搶工期”，或多或少放松了現(xiàn)場安全監(jiān)測管理，為事故的發(fā)生埋下了隱患。為了降低重大安全事故的發(fā)生，減少人員傷亡及財產(chǎn)損失，在工程項目建設(shè)期間必須貫徹“安全第一”的觀念，杜絕“四邊工程”[1-2]，做好實時監(jiān)測管理工作，及時分析發(fā)現(xiàn)問題，提高項目建設(shè)周期的安全性。

在常規(guī)的鐵路隧道、公路隧道、地鐵車站及區(qū)間、建筑物深基坑、高邊坡等典型地下工程的施工監(jiān)控量測作業(yè)中，由于技術(shù)及管理手段的限制，普遍存在著信息化程度不高、遠(yuǎn)程監(jiān)管手段缺乏的情況，這是導(dǎo)致不能及時發(fā)現(xiàn)并有效處理現(xiàn)場安全風(fēng)險或隱患、規(guī)避安全事故的重要原因[3-5]，集中體現(xiàn)在三個方面：

1)真實性、準(zhǔn)確性、效率：監(jiān)控量測工作從測量、數(shù)據(jù)分析、超限識別到處置幾乎全由人工填報，不僅效率較低，且人為因素影響較大，數(shù)據(jù)的真實性及準(zhǔn)確性無法保證，甚至連是否如實按設(shè)計要求開展了監(jiān)控量測工作也無法確保。

2)及時性：現(xiàn)場測量后，需回到辦公室對數(shù)據(jù)進(jìn)行計算后才能得出監(jiān)測結(jié)論、發(fā)現(xiàn)超限情況。而施工現(xiàn)場的管理人員或公司管理人員，更要在經(jīng)過層層上報后才能了解到該情況并安排處置工作，這存在較長時間的延遲，使得現(xiàn)場風(fēng)險不能得到及時妥善處置。

3)統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理、追溯、挖掘：監(jiān)測數(shù)據(jù)是施工過程的重要資產(chǎn)，妥善的保存與挖掘利用將為整個鐵路建設(shè)生命周期提供巨大價值。但目前監(jiān)控量測資料主要以大量紙質(zhì)和電子檔的形式存在，零散且易丟失，未進(jìn)行系統(tǒng)整理歸納，難以追溯歷史數(shù)據(jù)的情況，更談不上對數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的挖掘與分析利用。

針對以上問題，建立一套基于施工單位現(xiàn)場作業(yè)人員及項目部管理人員、監(jiān)理單位及建設(shè)單位管理人員等不同層級參與方對管理項目監(jiān)測信息的不同關(guān)切需求的平臺級智能監(jiān)測系統(tǒng)成為必然。

得益于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、無線通信技術(shù)及微電子技術(shù)的快速發(fā)展，各種智能監(jiān)控系統(tǒng)在重大施工項目和環(huán)境工程中得到了廣泛應(yīng)用。郝傳才[6]利用計算機(jī)技術(shù)對地鐵施工監(jiān)測工作所產(chǎn)生的監(jiān)測動態(tài)數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)信息進(jìn)行分析，反饋指導(dǎo)設(shè)計與施工，并在廣州市軌道交通五號線建設(shè)期內(nèi)應(yīng)用；李鵬等[7]通過徠卡 ADMS 測量機(jī)器人對地鐵線盾構(gòu)隧道進(jìn)行了自動化監(jiān)測并制定三級預(yù)警制度進(jìn)行管理，驗證了自動化監(jiān)測在地鐵測量中的應(yīng)用價值和前景；張成平等[8]在北京地鐵5號線崇文門站下穿既有地鐵隧道施工中應(yīng)用遠(yuǎn)程自動監(jiān)測系統(tǒng)，在保障既有線安全運營中起到了至關(guān)重要的作用。任高峰等[9]基于 LabVIEW 虛擬儀器技術(shù)、多傳感器技術(shù)、無線網(wǎng)橋及GPRS傳輸技術(shù)，提出近接既有地鐵線施工防護(hù)的實時智能監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對近接既有地鐵線及隧道結(jié)構(gòu)變化的實時監(jiān)測，及時預(yù)警。

雖然前期智能監(jiān)測已做出許多重要的實踐應(yīng)用，在監(jiān)控設(shè)備及傳輸手段上不斷革新，但在可視化展示及監(jiān)測數(shù)據(jù)分析應(yīng)用方面研究較少。針對以上問題，依托廣州市軌道交通十一號線施工項目，通過將智能監(jiān)測系統(tǒng)與BIM及GIS技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)了一套平臺級的施工管理系統(tǒng)，在確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的及時、有效、準(zhǔn)確性的同時，通過BIM及GIS可視化的優(yōu)點輔助現(xiàn)場人員完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析挖掘。

2 應(yīng)用項目概況

廣州市軌道交通十一號線線路全長44.2 km，全部采用地下敷設(shè)方式，全線共設(shè)車站32座，作為廣州首條環(huán)形地鐵，串聯(lián)廣州五大中心城區(qū)，連接廣州火車站、廣州東站等大型交通樞紐，具有重要的交通戰(zhàn)略意義，是廣州市在建地鐵重點工程和標(biāo)志性工程。

該項目與廣州市中心城區(qū)地下管廊項目同步實施，近接關(guān)系復(fù)雜。同時，該項目穿過廣州五大中心城區(qū)，具有周邊環(huán)境復(fù)雜、建設(shè)難度大技術(shù)含量高、后期運營管理壓力大等問題，利用數(shù)字化技術(shù)及信息化手段在全線部署智能監(jiān)測系統(tǒng)確保工程安全性具有重要意義。

3 系統(tǒng)基本架構(gòu)

本系統(tǒng)在工點現(xiàn)場，通過外業(yè)智能采集終端及配套軟、硬件，建立與測量儀器(如水準(zhǔn)儀、全站儀等)和傳感器的無線連接，自動采集原始數(shù)據(jù)，并實時進(jìn)行分析計算，現(xiàn)場給出超限提示。測量完成后，成果數(shù)據(jù)將通過無線網(wǎng)絡(luò)實時上傳到數(shù)據(jù)服務(wù)器?；氐睫k公室后，現(xiàn)場測量人員可通過內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)平臺導(dǎo)出對應(yīng)的原始數(shù)據(jù)和成果報表，以便現(xiàn)場應(yīng)用。整個過程人工無法對數(shù)據(jù)做出任何編輯。記錄完成的監(jiān)測數(shù)據(jù)接入基于BIM技術(shù)的施工管理平臺中，基于GIS和BIM綜合展示監(jiān)測信息，輔助完成對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析與決策。同時，與平臺其他功能如安全管理、視頻監(jiān)控、風(fēng)險管理等業(yè)務(wù)模塊進(jìn)行整合與聯(lián)動最大限度滿足各方需求(見圖1)。

為滿足移動辦公的需求，系統(tǒng)提供安卓和蘋果移動APP，可對所有項目的監(jiān)控量測總體情況、報警統(tǒng)計情況等進(jìn)行查看，并可按需點擊查看詳細(xì)數(shù)據(jù)、針對報警處置進(jìn)行批示等。

4 系統(tǒng)主要功能

4.1 數(shù)據(jù)智能采集處理

本項目外業(yè)數(shù)據(jù)采集采用智能采集終端，該終端采用最高防護(hù)等級的安卓硬件及APP應(yīng)用，通過與數(shù)字化監(jiān)測儀器建立無線藍(lán)牙連接實現(xiàn)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)的自動采集，涵蓋包括水平位移及收斂、沉降、應(yīng)力、水位變化等在內(nèi)的所有監(jiān)控量測項次。在實時采集過程中對數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析，一旦發(fā)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)超過閾值，立即提示現(xiàn)場測量人員，要求對測量數(shù)據(jù)的正確性進(jìn)行確認(rèn)并采取對應(yīng)措施，當(dāng)智能采集終端檢測到網(wǎng)絡(luò)信號時，將會提示測量人員，以便將采集到的數(shù)據(jù)即時、自動上傳至服務(wù)器平臺。

針對內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)分析，系統(tǒng)為施工現(xiàn)場測量人員提供電腦桌面工作成果處理軟件，依行業(yè)規(guī)范、根據(jù)不同項目的管理要求定制生成各種類型的報表，如實測曲線、回歸分析、工作統(tǒng)計報告等，便于進(jìn)行現(xiàn)場三方確認(rèn)，內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件。

4.2 數(shù)據(jù)交互平臺

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理軟件主要針對現(xiàn)場測量人員對數(shù)據(jù)的處理及分析，用于報表生成，但并不適用于工程管理人員。本系統(tǒng)針對工程參建各方提供數(shù)據(jù)完整、功能豐富的信息交互及數(shù)據(jù)共享平臺，滿足參建各方對監(jiān)測數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求，如圖2所示。平臺采用分級管理根據(jù)機(jī)構(gòu)、項目、人員的組織關(guān)系，就不同組織機(jī)構(gòu)級別下、不同項目、不同人員的賬戶及權(quán)限進(jìn)行分級管理，確保所有用戶在恰當(dāng)?shù)臋?quán)限下進(jìn)行平臺應(yīng)用，主要功能包括：

1)工程管理：提供設(shè)計信息、工程信息、施工進(jìn)度等信息查詢輔助功能模塊，方便管理人員將監(jiān)控量測與工程實際情況相結(jié)合。2)原始數(shù)據(jù)查看及數(shù)據(jù)分析：查詢監(jiān)測原始數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)預(yù)測曲線。3)報警管理：當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)超過閾值觸發(fā)報警時，即時向授權(quán)人員推送短信，經(jīng)過原因分析、妥善處置、驗證確認(rèn)后方可由授權(quán)人員閉環(huán)關(guān)閉。4)監(jiān)測項目管理：對監(jiān)控量測的項次、基點、測點、報警閾值、報警短信接收人員、量測人員、監(jiān)控量測日報等進(jìn)行管理，確?，F(xiàn)場工作的開展是基于正確項目授權(quán)的。5)監(jiān)測記錄報警管理：對不符合監(jiān)控頻次要求的進(jìn)行報警處置。

4.3 GIS場景展示

為了更直觀、整體地查看現(xiàn)場監(jiān)測情況，本系統(tǒng)通過二維GIS以及傾斜攝影模型在BS端對全線及工點監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合展示(見圖3)，根據(jù)參建各方的不同需求，顯示其最為關(guān)注的信息。在二維GIS場景中，包含以下幾個功能：

1)通過顏色區(qū)分各個工點的監(jiān)測報警情況，可快速進(jìn)行定位直接切換至數(shù)據(jù)交互平臺查看該工點的監(jiān)測數(shù)據(jù)。

2)按照報警類型實時分類統(tǒng)計，掌握工點報警分布情況，協(xié)助完成報警情況分析。

3)按照預(yù)警點數(shù)進(jìn)行實時排名，幫助管理人員找出需要關(guān)注的重點。

4.4 BIM模型綜合分析

通過本系統(tǒng)三維圖形引擎，將BIM模型進(jìn)行輕量化處理后導(dǎo)入并與監(jiān)測點信息綁定，如圖4所示。在BIM展示場景中，現(xiàn)場管理人員可準(zhǔn)確定位報警數(shù)據(jù)位置，通過綜合分析多個報警數(shù)據(jù)，可快速有效地分析報警原因。同時，針對每個監(jiān)測點，提供歷史數(shù)據(jù)查看及曲線分析，幫助現(xiàn)場管理人員完成問題追溯。

4.5 移動端APP

移動端APP，通過監(jiān)控量測日報對所有授權(quán)項目監(jiān)控量測情況進(jìn)行快速管理，并可按需查看詳細(xì)的量測數(shù)據(jù)及關(guān)注其變化趨勢、對報警處置措施進(jìn)行批示等，如圖5所示。

5 結(jié)論

1)基于BIM和GIS的城市軌道交通施工智能監(jiān)測系統(tǒng)在廣州市軌道交通11號線工程中得到廣泛應(yīng)用，解決了傳統(tǒng)監(jiān)測手段的諸多問題，在提高現(xiàn)場作業(yè)效率的同時，保障數(shù)據(jù)的真實性、準(zhǔn)確性、及時性，達(dá)成施工過程規(guī)范管理、安全風(fēng)險預(yù)警管控、數(shù)據(jù)信息智能共享的目的。

2)通過將BIM及GIS技術(shù)與施工監(jiān)測數(shù)據(jù)相結(jié)合，大幅提高施工現(xiàn)場安全信息的共享和利用效率，利用BIM可視化、參數(shù)化的優(yōu)勢，精確定位異常數(shù)據(jù)，實現(xiàn)安全風(fēng)險快速識別。

3)利用平臺將監(jiān)測數(shù)據(jù)與其他子系統(tǒng)如現(xiàn)場視頻監(jiān)控、安全管理、風(fēng)險管理整合聯(lián)動，擴(kuò)大了監(jiān)測數(shù)據(jù)的應(yīng)用范圍，提高了施工管理信息化水平，為智慧工地以及未來智慧城市的建設(shè)打下了基礎(chǔ)。