基于微信小程序的高速公路隧道施工信息管理系统开发与应用

罗忠祥 阿迪力·如苏力 奎永才 赵卫华 王旭

（1.云南保泸高速公路有限公司，云南 昆明 650041；2.同济大学地下建筑与工程系，上海 200092；3.云南交投公路建设第四工程有限公司，云南 昆明 650041）

一、隧道施工信息管理的研究现状

隧道工程由于施工地质条件的不确定性、复杂性较高，基础信息缺失的隧道工程中，施工风险更大、更难管理。加强隧道施工管理的信息化，能够提高隧道施工管理的力度和隧道施工管理的效率。

近些年来，国内外学者针对隧道工程设计和施工过程中的信息管理进行了一系列研究。在监控量测数据管理方面，兰州交通大学张文等对隧道信息化监控量测技术进行了全面的概括，研发了隧道监控量测数据分析与信息管理系统。成都理工大学姜锡痕、北京交通大学方昱等运用网络技术，建立隧道施工信息化管理系统，实现围岩分级和监控量测信息的综合管理。长安大学甘培生等运用物联网的传输技术建立多平台、多系统下的统一管理平台分析数据，实现隧道施工人员定位、对有害气体监控、对隧道施工特殊点位结构变形监控。

随着BIM在隧道工程中的应用不断深入，中铁隧道股份有限公司王辉、上海大学悉尼工商学院喻钢等研究盾构隧道信息化建模方法，实现隧道施工全过程数字化安全管理和隧道施工数字化施工质量管理。山东交通职业学院邓小军、辽宁省交通高等专科学校王亮、华东交通大学陈艳亭等研究隧道工程BIM模型的建模方法和应用，将工程资料与模型关联，在施工信息平台上实现集成化管理。在BIM隧道模型数据库的建立方面，上海隧道工程有限公司魏林春等建立基于BIM的盾构施工信息管理系统，提出了建立基于BIM的盾构隧道施工信息基础数据库的思路与方法。招商局重庆交通科研设计院有限公司丁浩等将隧道施工全过程中的大量数据整合，实现各类数据的结构化、关联和可视化展示，形成BIM模型数据库。

综上所述，现有的隧道信息化管理系统在以下几个方面有待继续完善：一是隧道工程的施工现场条件苛刻，对于现场图片、视频的上传、现场信息（例如掌子面信息、结构面信息、开挖与支护信息等）的管理不方便；二是这些系统基于桌面端来实现，对于施工现场环境有一定的要求，不能保证随时随地查看；三是施工信息的聚合展示能力有待提高。

鉴于此，本文研究基于微信小程序的高速公路隧道施工信息管理系统，利用微信小程序方便数据查看、数据上传等适用于条件苛刻施工现场的优势，将隧道施工全过程中形成的大量信息汇集整合，实现各类数据的结构化存储，关联与可视化展示。通过该系统提高对隧道全过程施工信息管理的科学性、高效性。

二、高速公路隧道施工信息管理系统开发

（一）系统总体框架

为实现高速公路隧道施工数据的信息化管理，本文基于微信小程序开发了高速公路隧道施工信息管理系统。系统以微信开发者工具为集成开发环境，以Java Script为主要开发语言，并选择SQL Server为数据库。

微信小程序运行依赖于基础设施智慧服务系统与云服务器。基础设施智慧服务系统为基础设施全寿命期的数据采集、处理、表达、分析和服务的一体化决策系统。小程序通过HTTPS协议来向iS3服务器请求服务，如请求数据、上传数据等，iS3平台服务器向小程序打开业务逻辑，业务逻辑通过组件API访问数据库，从数据库中获取所需数据，反馈给小程序应用或展示。云服务器主要负责存储用户信息，当用户通过微信登录小程序时，通过openID和手机号码核对用户信息，通过不同用户的权限进入到程序数据查看或者数据录入的页面。系统总体框架如图1所示。

图1 系统总体框架

基于微信小程序的高速公路隧道施工信息管理系统是为隧道施工提供信息管理和技术服务，管理范围为云南保山至泸水高速公路老营隧道工程的各标段施工数据。系统的功能主要包括施工数据录入、施工数据查看、施工进度图、风险分析等，如图2所示。

图2 系统功能

（二）微信小程序简介

微信小程序是一个基于微信平台不需要下载安装就能使用的应用，这种技术的一大优点就是它实现了应用程序“拿来就用”的想法，用户通过微信扫一扫或者搜索就能打开程序使用，不用担心安装过多应用程序带来的麻烦。微信小程序能够完成信息的实时通知，信息的实时查看，线下扫码，公众号关联等功能，方便用户使用。对于开发者来说，微信小程序的开发门槛相对较低，难度小于手机App，而且能满足用户基本需求。基于这种技术的开发，在高速公路隧道施工信息管理系统并不多见。

（三）系统功能

1.施工数据录入。在设计录入的施工数据时，考虑到对施工单位普通技术人员来说，结构面走向、间距、组数、粗糙度等专业性比较强的数据很难录入。以录入简单、客观的数据，不要人工主观判断的（比如围岩级别）、专业性强的数据（如结构面的描述信息）为原则，手机上录入界面简单，方便施工人员录入。

2.施工数据查看。程序目录分为三级目录，采用树状结构和线性结构相结合的形式。树状结构条理清晰，程序中首级目录是施工进度总览，二级目录为隧道各部分的施工进度和简要的地质信息，三级目录为详细施工数据。线性结构是“一对一”的关系，使得目录之间关系一目了然。每一级目录图形形式和表格形式可相互切换，用户可以通过不同的表现形式查看数据。

3.施工进度图。数据表现形式设计合理，可使得用户更直观、更清楚地了解施工信息。对施工进度可视化，用户可以用不同的表现形式查看施工进度，比如施工进度总览、施工进度立体图、剖面图等。

4.风险分析。在风险预警页面可以查看对应掌子面里程的突涌水风险、大变形风险、塌方风险的风险值，以及每一种风险的评估指标、指标值、打分分数、权重等详细数据。

（四）数据管理

该系统通过iS3平台服务器提供的API访问数据库，从中获取原始数据，通过小程序逻辑层处理数据后供展示。系统支持第三方软件设计创建的BIM模型，在微信小程序里嵌入H5页面，调取iS3平台提供的BIM模型。系统将BIM模型与初衬、锚杆、二衬、仰拱信息关联起来，构建隧道施工信息模型，查看构件设计信息。现场施工人员通过微信小程序数据录入功能，将掌子面、初衬、二衬、仰拱、超前支护的施工进度，不良地质等数据通过网络将录入数据发送至数据中心，写入数据库加以存储，供程序调用。个人施工数据录入状态和施工数据录入信息储存于施工日报。

（五）数据可视化

系统使用老营隧道的真实地质图，对其处理，实现开挖面的位置随着施工进度数据动态变化。详细展示开挖面前后一段距离，用立体图的形式展示掌子面开挖方式，显示初衬、二衬、仰拱的施工进度，前方地质信息等。用剖面视图展示初衬、二衬、仰拱之间位置关系和掌子面所处地层。掌子面、初衬、二衬、仰拱施工进度参数与设计图纸、BIM模型、现场视频、现场照片等文件相关联，实现相关信息记录的可视化查询。通过BIM模型选定特定部位后，即可调出和这个部位相关联的信息。在隧道工程施工中实时查看重要数据保证工程顺利推进。通过小程序不仅能查询到施工进度等信息，还可以查询设计信息、设计地质信息、TSP预报、地质雷达信息、不良地质信息等内容。

（六）数据应用

基于信息管理系统存储的数据模型，系统提供了风险分析工具，实现大变形、突涌水、塌方风险分析，辅助施工决策，完成动态风险分析，风险预判、风险计算等功能。

二、工程应用实例

（一）工程概况

保山至泸水高速公路地处云南省西北部，路线起于保山市隆阳区老营，经过隆阳区瓦房乡、怒江州泸水县上江乡，止于怒江州泸水县六库镇。地势总体上呈“一起一落”，老营特长隧道垂直横穿越怒山山脉，高差起伏大。路线穿越区出露从古生界至新生界诸多地层，地质时代跨度较大，岩石种类多，岩相较为复杂，沉积岩、变质岩、岩浆岩三大岩均有不同程度的出露。

保山至泸水高速公路特长隧道是保泸高速的控制性工程，为分离式特长超深埋隧道，最大埋深约为1270m，隧道起止里程为左幅zk1+520～zk12+980，全长11460m，右幅k1+435～k12+955，全长11520m，单洞合计22980m，如图3所示。

（二）施工信息的录入

老营隧道S2标段隧道断面zk6+137处，现场施工人员观察其掌子面并拍照，分辨出掌子面所处的不良地质环境，将掌子面、初衬、二衬、仰拱、超前支护的施工进度录入上传，如图4所示。

图3 老营隧道地理位置

图4 施工信息上报界面

（三）施工信息查看

1.施工进度。业主单位、设计单位、施工单位人员进入查看施工数据页面后，根据权限可查看S2、S3标段的实际施工进度、计划施工进度、施工已完成百分比、数据更新时间。实际施工进度是指掌子面开挖里程，计划施工进度来源为施工设计数据。有新数据更新时，在对应标段灰色区域会有红点提示。如图5所示，S1标段与S4标段已完成施工。业主单位、设计单位人员也可以通过动态图形的形式查看施工进度，开挖面位置根据施工数据的更新实时变化，如图6所示。业主单位、施工单位人员可根据实际施工进度判断施工速度是否合理，施工质量是否能保证等。

图5 各标段施工进度

图6 施工进度图

图7 S3标段施工信息查看

图8 立体图和剖面图方式查看施工信息

图9 掌子面信息

2.每个标段施工信息。业主单位、设计单位人员在S3标段施工信息页面中可查看掌子面、初衬、二衬、仰拱施工进度，以及施工进度百分比、掌子面位置地质信息、掌子面位置风险值、动态风险评估等信息，如图7所示。业主单位通过该页面来查看隧道各部分的实际施工进度和计划施工进度，监督现场施工是否按照计划实施。设计单位、施工单位查看开挖面风险评估值，根据风险值，调整施工方法和设计方案，也可通过动态风险评估功能提前获取未开挖段的风险值，进行风险管理。风险评估包括突涌水风险、塌方风险、大变形风险。业主单位可以通过立体图或者剖面图查看施工信息，立体图能更形象地表示开挖方式，前方地质信息等，剖面图能突出掌子面、初衬、二衬、仰拱之间的施工位置关系和围岩等级等信息，如图8所示。

3.掌子面详细信息。业主单位可查看掌子面图片或视频、断面设计图、掌子面施工进度、掌子面开挖方式、掌子面地质信息、不良地质等与掌子面关联的信息聚合展示，如图9所示。掌子面照片、视频优先从数据库调取掌子面施工所在位置的照片和视频，如果还没有录入所需位置掌子面的照片和视频，会从数据库中调取最近位置掌子面照片并注释该照片的拍摄位置以供参考。

4.初衬、二衬、仰拱详细信息。业主单位可查询现场照片、设计图纸、三维模型、施工进度、设计信息、施工变更等。通过使用revit根据衬砌类型对建模，通过在微信小程序插入H5页面展示BIM模型，如图10所示。隧道设计信息与其模型关联，展示隧道初衬、锚杆、二衬、仰拱的详细信息，如图11所示。

图10 隧道BIM模型

图11 隧道衬砌设计详细信息

5.地质信息。地质信息页面显示掌子面里程处的地质信息，包括TSP预报、地质雷达、设计地质信息、设计信息。设计地质信息有设计区段、围岩段长度、围岩年代、地层年代、地质构造、岩性、水文地质条件、风化程度、围岩稳定性等；设计信息有设计区段、衬砌类型等。

6.风险分析。施工单位、设计单位可在风险分析页面综合管理其风险。通过目前隧道开挖位置及未开挖段的风险预判值，校核其方案，考虑需不需要调整。如图12所示，提供了隧道开挖断面处突涌水风险、大变形风险、塌方风险的风险值，以及每一种风险的评估指标、指标值、打分分数、权重等详细数据。

图12 突涌水风险、大变形风险、塌方风险分析

三、结语

在隧道工程施工过程中，工程数据的聚合展示是有难度的。为加强项目参与各方（业主、设计、施工、检测单位及运营单位）之间的工程数据交流和沟通，推进隧道工程数据的信息化管理意义重大。因此，本文从隧道工程施工信息化管理出发，主要完成的工作包括以下方面：一是将隧道施工全过程中形成的大量信息汇集整合，实现各类数据的结构化存储，关联与可视化展示；二是在程序中嵌入BIM模型，实现了隧道三维可视化预览；三是基于老营隧道施工数据实现风险评估。