第07期基于BIM技术的隧道数字化建造及实时监测技术

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第07期基于BIM技术的隧道数字化建造及实时监测技术

2019-1-9 09:28

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52监测网专家报告分享-第07期《基于BIM技术的隧道数字化建造及实时监测技术》宋占平西安建筑科技大学岩土与地下工程实验室主任人物介绍西安建筑科技大学岩土与地下工程实验室主任，西安建筑科技大学土木工程学院教授 ...

52监测网专家报告分享-第07期

《基于BIM技术的隧道数字化建造及实时监测技术》

宋战平 西安建筑科技大学岩土与地下工程实验室主任

人物介绍

宋战平，西安建筑科技大学岩土与地下工程实验室主任，西安建筑科技大学土木工程学院教授，2006年3月西安理工大学水利水电学院岩土工程专业博士毕业，研究领域有城市地下空间与地下工程、智能岩土工程、隧道工程，主持和参与众多项目，包括陕西省科技统筹创新工程计划项目《城市地下综合管廊建造与应用示范工程建设》，陕西省自然科学基础研究计划项目《黄土隧道冻融、降雨致灾机理及工程应对措施研究》，“十二五”国家科技支撑计划项目《煤矸石高性能混凝土技术研究与应用》，交通部西部交通科技项目《公路隧道单层衬砌结构关键技术研究》，陕西省教育厅自然科学基础研究计划项目《西部地区大断面土质隧道灾害机理及防治对策研究》等等。主编《岩溶隧道施工关键技术及工程应用研究》一书。

内容简介

一、数字化隧道概念的提出

同济大学朱合华教授在2006年隧道年会上提出了数字化隧道的概念，将数字化隧道工程定义为以三维数字地层为依托，以信息化手段对隧道建设过程中的勘察、设计、施工和监测等数据进行集中高效地管理，为隧道的建设、管理、运营、维护与防灾提供信息共享平台。工程建设完成后建成一个隧道的“数字化博物馆”，最终实现对隧道全生命周期的数字化。

二、数字化阶段及内容

数字化隧道可应用于隧道勘察、设计、施工、运营管理全寿命期的数字化管理。一般来讲，我们将数字化隧道管理体系分为建设期与运营期。

建设期

勘察、设计数据管理：记录勘察期间的区域地质、钻探信息、勘察结果等，记录设计期间的隧道结构、支护参数、设计图纸等数据。

三维可视化隧道模型：根据地形图形成三维数字地形模型；根据地质测绘及钻孔资料，初步构建数字地质模型；根据施工图，初步构建三维隧道模型；实现模型的融合、展示。

隧道施工信息动态数据库：以隧道三维模型为载体，采集与展现施工过程信息（地质、开挖、支护、监控量测、质量、进度、突发事件等）。

运营期

利用运营期间的隧道动态检测、监测信息，对隧道衬砌结构、限界、通风、防火等信息进行数字化管理，并综合利用设计、施工过程中的档案信息，为隧道运营、维护提供服务。

三、基本原理

基于数字化技术，记录勘察期间的区域地质、钻探信息、勘察结果等，设计期间的隧道结构、支护参数、设计图纸等数据，实现勘察、设计数据管理；根据地形图形成三维数字地形模型；根据地质测绘及钻孔资料，初步构建数字地质模型；根据施工图，初步构建三维隧道模型；实现模型的融合、展示；以隧道三维模型为载体，采集与展现施工过程信息（地质、开挖、支护、监控量测、质量、进度、突发事件等），建立隧道施工信息动态数据库；建立统一的数字化信息管理平台，利用运营期间的隧道动态检测、监测信息，对隧道衬砌结构、限界、通风、防火等信息进行数字化管理，并综合利用设计、施工过程中的档案信息，为隧道运营、维护提供服务。

四、关键实施流程

本技术基于隧道建造施工的全过程，对施工前的勘察、设计数据管理，施工时的综合超前地质预报以及施工中的动态信息管理进行全流程的数字化、信息化，建立隧道信息管理平台，对隧道施工产生的数据信息进行统一的科学化管理，通过分析得出并生成成果报告，指导实际施工。

五、实施流程

施工前

根据地形图形成三维数字地形模型；根据地质测绘及钻孔资料，初步构建数字地质模型；根据施工图，初步构建三维隧道模型；实现模型的融合、展示。初步确定不良地质及重点。

对于工程所处的地形地貌特征，以及工程设计施工重难点的信息采集，我们根据三维数字化平台，利用软件进行地形地貌的三维呈现。

施工时

在隧道施工期间，为确保隧道安全快速掘进，需对隧道掌子面前方地质体进行了及时有效的预报，将地质预报纳入施工动态管理环节，这样可以有效的避免的地质灾害的发生，从而节省工程费用，取得很好的预期效果。

六、效益分析

1、对于施工前勘察、设计阶段的数据管理，勘察设计阶段完成了信息化，基于数字化平台可对相关信息进行实时可视化查询，弥补了原本资料查找错、漏等弊端，有利于后续施工。

2、对于施工时的综合超前地质预报，信息化的融入可对隧道掌子面前方的地质信息有了更加全面准确的掌握，确保隧道施工安全。

3、对于施工中的隧道动态信息管理，通过多元信息化监测，实时监测隧道监测点处的应力、变形，并进行及时预警，避免意外情况发生。

4、通过本技术的实施，可完成开挖方案的最优化，降低了施工难度，提高了施工效率，又保证了施工质量。

5、隧道信息化建造施工，可避免不必要的浪费，减少了施工材料投入，节约成本。

6、通过本技术的成功实施，各施工工序协调有序，节约工期，为工程总体工期的实现创造了有利的条件。

七、工程案例

环县一号隧道位于甘肃省环县东山，进、出口附近均有公路，可供工程车辆通行，交通便利；洞身各浅埋沟谷无道路通行，交通困难。隧道起止里DK370+386.31DK374+717.655，全长4331.345m，为一座单洞双线隧道。隧道通过地段位于环江东岸黄土残塬区，地形起伏较大，地面高程12501440m，地表“V”型冲沟发育，冲沟两侧地形破碎，沟内普通分布有大小不一的黄土陷穴、黄土桥等。进口位于七里桥北岸，边坡较陡，自然坡度约30°；出口位于城东沟南岸，边坡较缓，自然坡度约20°。隧址区地表多为苗木，主要为油松和柏树等针叶树，植被覆盖较好。