数字化管控平台在过海隧道项目的应用.pdf
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1、第 卷第 期 年 月 山 东 建 筑 大 学 学 报 .收稿日期:基金项目:中国中铁股份有限公司重点科研项目()作者简介:王学楷()男高级工程师学士主要从事安全质量管理等方面的研究:.通讯作者:冯慧君()男正高级工程师博士主要从事地铁施工管理和技术等方面的研究:.:./.工程智能建造专栏数字化管控平台在过海隧道项目的应用王学楷冯慧君(中铁(上海)投资有限公司上海)摘要:青岛市地铁 号线工程是山东省新旧动能转换重点项目其中大洋站青岛北站区间海底隧道是国内第一条同时采用泥水盾构、矿山法全断面隧道掘进机 施工的海底隧道最大埋深为 其地质条件和建筑结构复杂、施工作业面多、施工工法多样、安全风险大 在项
2、目管理中需要对现场施工内容、资源配置、进度计划、人员安排、安全隐患等诸多方面进行大量的沟通协调但因人员配置不完善、信息沟通不及时、设备监控不严格等原因极易引发项目进度、安全和质量问题 文章基于自主研发的“三维地理信息系统 建筑信息模型”项目信息管控平台结合青岛地铁 号线施工中的工程管理数据利用数据集成、实时监控、模拟分析、虚拟建造等模式以数字化、信息化和可视化的方式提升了项目建设管理水平顺应了工程信息化发展的需要革新了施工管理行为模式和管理模式可为类似工程的信息化应用提供借鉴关键词:过海隧道 平台研发信息化应用中图分类号:.文献标识码:文章编号:()().):.“()()”.:第 期 王学楷等
3、:数字化管控平台在过海隧道项目的应用 引言城市轨道交通项目由于规模大、施工跨度长、技术标准高、涉及专业多、建设周期较长、参建人员多等原因容易产生工程项目管理难度大及效率低等问题 为了减少地铁施工的安全事故有必要建立一个更加高效的高科技集成管理系统全面、系统、现代 化 地 管 理 地 铁 项 目 即 以 建 筑 信 息 模 型()作为核心的安全管理模式 在建筑、水电等行业的应用较为成熟而在轨道交通行业的应用尚处起步阶段 在轨道交通工程中通过三维地理信息系统()再现和管理区域内三维场景实现地铁全线路的项目统筹、综合规划和决策辅助 由于 系统基于的是空间地理数据库具有管理和显示海量地理信息的先天优势
4、但对建构筑物细节的显示却存在不足而 技术则具有管理和显示建构筑物细节信息的特点充分利用和集成 和 的各自优势使轨道交通建设管理更加数字化、可视化和精细化基于 和 数字化管理平台国内已经研究开发了一些工程项目管理的信息化平台和系统:范登科等利用国际互操作性联盟()组织制定的 框架核 心 工 业 基 础 类 标 准()、开放地理空间协会()组织制定的 框架核心三维模型数 据 存 储 标 准 架 构()和 应 用 领 域 扩 展()机制实现以数据格式转换为核心的 模型跨 平台集成方法并在哈尔滨北站、杭州南站新建站等铁路工程 设计项目中开展了应用吕慧玲等分析了 数据模型与 模型中所有的建筑构件类型及其
5、关联的语义信息分别建立 数据模型到 各层级的映射模型提出了一种从 模型到多层次细节 模型的完整转换方法宋学峰提出以 和 的深度集成应用技术为核心解决不同系统之间的数据信息格式的相互转换问题实现数据交互与信息共享信息管理模式是保障智慧城市地下管网科学、高效、安全运行的有效模式张敏杰提出建立基于 和 的动态总体规划管理平台形成涵盖建筑建设全过程主要决策信息的动态管理系统为实现在多元投资主体、多主体设计、设计、监督管理及超大型项目群体环境下高品质的建设管理奠定基础基于上述研究文章利用日益成熟的 技术基于 的数据基础结合青岛地铁 号线施工中的工程管理数据利用数据集成、实时监控、模拟分析、虚拟建造等模式
6、以数字化、信息化和可视化的方式提升项目建设管理水平达到现场规范化施工、风险管理可控及安全施工的目的为类似工程的信息化应用提供借鉴 工程概况青岛市地铁 号线是青岛市轨道交通建设的重点工程是山东省新旧动能转换首批重点项目其关键控制性工程大洋站青岛北站区间(以下简称过海隧道项目)线路全长约为.穿越胶州湾海域宽度约为.设有施工斜井 座、通风竖井 座、泵站 处是目前国内最长的过海地铁隧道由于地质极其复杂经反复论证确定采用“盾构法矿山法”两端相向施工东侧过海段.处采用泥水盾构法施工西侧过海段.处采用矿山法双模式 平导辅助施工 以加快施工进度 海底隧道项目地质条件复杂安全风险高 项目管理中需要对施工内容、计
7、划进度、人员设备安排、安全隐患等诸多方面进行大量的沟通联系可能会造成因为人员配置不完善、信息沟通不及时、设备监控不严格等原因发生进度、安全与质量问题 通过“项目信息管控平台”的研发逐步实现“远程管理、规范管理”的目标提高现场施工进度和规范安全质量管理 施工数字化管控.数字化管控目标传统项目信息管理存在的问题有:()项目管理体系以 循环为基础未将各管理对象的数据相互利用作为关注点往往导致数据之间互用性差()缺少以三维为主的数据展示方式无法满足不同专业不同层次管理者的应用需求()管控实施的数据基础薄弱常由于数据错漏导致决策失误因此以、技术为主的数字化管控应实现以下目标:()实现项目信息管理 通过智
8、慧工地建设与 山 东 建 筑 大 学 学 报 年信息化技术应用等手段收集、处理、存储、传递、应用、移交项目实施过程中涉及的各种情报、资料为决策提供科学依据将施工过程的重要管理资料、竣工验收资料、重要设备数据与各阶段 模型相关联通过统一的数据分类、编码体系、存储标准实现施工项目过程数字资产移交同时维护项目安全、质量、进度关键信息保证信息的真实、及时和有效()提升管理沟通效率 利用三维数据集成和展示形成用于各参与单位沟通交流的可视化工具有效提升沟通效率和决策质量建立全生命周期 并集成整个建设阶段进度质量、工程变更、安全责任、作业人员、质检报告以及施工过程等资料提高管理效率降低管理难度()减少变更优
9、化成本 通过地质模型、周边环境、工程 的集成提前发现潜在的设计缺陷、施工风险、管控难点减少施工变更实现不同变更方案的成本变化估算提高变更决策效率节约建设投资和施工成本有效控制投资风险()实现目标动态控制 施工项目实施过程是涉及目标分解、确定计划、执行跟踪、实际检查、偏差分析与目标调整的工作循环 用项目信息管理中收集的项目管控信息数据(包括现场采集数据)进行施工质量、进度、安全、成本的监控及时发现并解决相关问题保证工程项目目标实现 结合现场数据进行施工模拟提前预知工程情况可有效发现存在问题改进设计质量优化施工组织方案()避免信息重复录入 通过开放接口、数据抓取等方式实现与已有信息系统之间的数据传
10、递减少施工现场日常数据多次填报、重复录入的情况开发相应的数据采集与录入工具优化数据录入模式简化录入操作增强录入数据的可用性.施工信息要素施工与管理人员的施工活动需要大量的施工信息支持这些信息在被加工处理后形成特定形式的数据成为建筑施工管控要素的呈现载体项目管控要素包括项目的组织结构、业务职能、资金流、物资流以及外在环境相互关联形成整体为决策者控制项目实施过程提供依据 根据建筑施工项目主要生产要素和实际管理需求借鉴质量管理五要素体系可将项目管控要素信息划分为测量信息、环境信息、人员信息、物料信息、机具信息、技术信息与拟建物信息如图 所示图 施工信息要素分类.管控平台研发及关键技术.管控平台研发基
11、于施工信息要素搭建项目信息管控平台大致可分为数据集成、平台搭建、管控实施 个方面()数据集成 以 数据与倾斜摄影模拟周边环境建立地质模型反应地勘情况根据场地布置图建立施工场地 模型根据施工图设计并建立 模型通过上述数据的集成与融合以及在构件中附加设计资料、技术文档、施工照片等数据共同形成标准统一的三维施工信息模型通过录入进度填报记录、抓取施工监测数据、导入项目管理资料、设定超前地质预报与施工危险源等形成施工基础数据库再集成海底隧道项目中已接入的视频监控系统、人员定位系统、盾构机监测系统数据补充实时的施工动态数据最终建立供各参与方共享的施工信息数据库以达到数据的交互应用 第 期 王学楷等:数字化
12、管控平台在过海隧道项目的应用 ()平台开发 在施工信息数据库的基础上梳理数据相互应用关系解决各数据间分析与展示的问题基于成熟的三维显示引擎开发基于 技术的施工信息管控系统平台从信息快速查看、数据整合分析、多维度信息呈现等方面为项目管控提供平台与工具支撑()管控实施 基于 项目信息管控平台进行项目管控即利用信息技术辅助项目数据收集、处理和展示过程主要目的为减少沟通难度增加数据获取效率具体功能如图 所示图 信息管控平台功能分类图.技术路线基于“一条管理线、一张监管网、一个数据库”指导原则构建 数字化项目管控平台以 和 数据为基础利用底层引擎的三维显示和数据承载能力以轨道交通工程施工总包管理需求为例
13、建立数字孪生模型与应用平台 利用物联网传感器等信息技术实现对施工现场人员、机械、物料运转过程的实时掌控通过对数据相互关系的整合应用建立多源异构数据集合进行工程管理过程的模拟与仿真指导管理决策减少管理人员现场查看投入时间 管控平台研发的技术路线如图 所示图 管控平台研究技术路线图 山 东 建 筑 大 学 学 报 年.三维模型轻量化轨道交通工程项目的 模型对象具有特殊性、复杂性、异面多等特点满足应用需求的 模型信息数据量大内存占用比较大因此需要对三维模型进行轻量化处理平衡显示效果与加载速度文章模型轻量化的整体技术路线如图 所示分为数据提取、压缩传递、模型渲染几个部分其中模型几何数据提取主要基于导出
14、插件实现采用三角面优化对 模型与三维场景轻量化通过减面处理来降低 模型的数据量利用三维引擎的瓦片化工具处理 数据数据传递通过 压缩保障效率实现优化后的模型及时向服务器数据库传递渲染采用多细节层次()技术优化 数据并根据工程项目的工作分解结构 拆分 模型将原来的 模型按照工作分解结构()中的节点进行拆分减少平台在不需要加载整体 模型时根据选择的 节点加载对应的模型减少内存与加载时间消耗图 模型轻量化技术路线图 管控平台应用实施项目建立了青岛地铁 号线大洋站、大青区间、青岛北站车站、区间隧道及场地设施模型包括附属设施与临时设施模型达到施工图精度 同时采集车站与区间周边 数据建立地质数据模型区间地理
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