沙特NEOM隧道项目TDMS系统创新应用研究*

李轶凡

(中国铁建国际集团有限公司,北京 100039)

0 引言

隧道数据管理系统(tunnel data management system,TDMS)在国内外的发展都比较快,尤其是近年来,随着数字化技术的快速发展和工程管理的需要,TDMS系统得到了广泛应用和推广。国内越来越多的隧道工程开始应用TDMS系统,如北京、广州等城市地铁工程已经开始应用TDMS系统,提高了施工效率和管理水平。此外,国内多家高校和科研机构也在研究TDMS系统的应用,探索数字化隧道工程管理的新方法。在国际上,TDMS系统已经得到广泛应用,如德国、英国、美国、加拿大等国家的地铁和隧道工程已经开始应用TDMS系统,为数字化隧道工程管理提供了宝贵的经验。一些国际组织和标准化机构也开始制定相关标准和规范,推动TDMS系统的国际化发展。隧道TDMS系统的应用范围和功能还需要进一步扩展和完善,以满足不同类型、不同需求的隧道监测需求,实时监测和预警能力还需要进一步提高,尤其是应对突发事件时的能力。

沙特NEOM隧道支洞项目包括6条支洞,总长度8 415m,如图1所示,设计为马蹄形断面,断面尺寸为11.69m×8.62m,采用挪威法工艺,钻爆法施工,隧道埋深约20～380m,施工面多、任务重,TDMS系统可以为隧道工程提供全生命周期的数字化管理服务,包括设计、施工、监测、维护等多个环节,有效提高隧道工程的设计水平和施工质量,保证工程的安全运行。

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

1 TDMS系统概述

1.1 用户登录

TDMS系统允许用户通过多种平台进行网页访问,其优点如下:①便利性 网页访问系统可以随时随地使用,只需具备网络连接和相应的设备。②跨平台兼容性 网页访问不受操作系统的限制,可以在不同操作系统上使用。③简化部署和更新 通过网页访问可以避免用户在用户端安装和配置复杂软件,系统部署和更新只需要在服务器上进行。用户登录是系统安全保障,通过验证登录人员信息,系统管理人员可以对不同登录人员操作权限进行判断,不同用户对系统功能模块的操作权限不同,提高使用便捷度和系统安全性。

1.2 系统主界面

系统主界面展示施工区域关键信息,提供快捷的导航和操作,通过找到相应施工板块,更新和上传文件数据,也可以根据需要在系统中选择下载内容,网页登入不仅为用户提高办公效率,还可以根据业主需要或者施工方自身需求,提供用户定制和配置选项,为用户提供方便、直观和个性化的体验。

1.3 施工日志

使用网页制作施工日志具有及时性、多媒体支持、数据存储备份和集成性好等优点。施工人员可以实时更新日志内容,记录最新进展和问题,现场人员可以使用多个设备同时进行施工日志制作,将数据储存在服务器,确保数据的安全性和可靠性,可以随时下载任意时段的施工报告,分析处理施工问题,提高施工效率,如图2所示。

图2 施工日志报告Fig.2 Report of construction diary

1.4 地质素描导入和生成报告

在TDMS中可以将地质素描报告导入系统中,提高工作效率、方便数据管理和分析。地质工程师可以及时导入数据,现场施工人员可以登录系统查看最新地质报告,用户可以导出地质数据进行分析,评估土壤和岩石的工程特性,有助于确保工程安全和可持续性。

1.5 超前探孔

隧道超前探孔是在进行隧道开挖时,提前在隧道掘进面前进行地质勘察和岩层探测的一种方法,主要目的是获取隧道前方地质信息,以便进行合理设计和施工,确保隧道安全和稳定。超前探孔导入系统的优点在于提高效率、提升准确性、数据整合和一致性、数据可视化和分析、数据共享和协作以及数据备份和安全性。在TDMS超前探孔界面中,可以根据选项依次导入数据,对后续围岩情况进行分析时可以导出数据,有助于优化探孔数据的处理和应用。

1.6 3D模型加载

TDMS中的3D模型是在网页中对数据进行分析建模,如图3所示,不需要AutoCAD,Revit,SketchUp等软件,用户界面操作简便、直观。初学者能够较快上手,提高工作效率。

图3 3D模型Fig.3 3D Model

2 TDMS系统数据集成分析

2.1 TDMS系统信息收集

TDMS可以直接通过网页访问,允许用户通过多种平台访问监测数据,提高办公效率,加强各部门信息交流。通过收集项目基本数据,将其链接在一个强大的数据资源中,对各项基础数据进行集成化管理分析。全方位的数据集成能够及时反馈施工面情况变化,提供信息解决方案和咨询服务,提供隧道施工安全和进度信息,降低隧道施工经营成本,提高施工效率。

2.2 TDMS系统资源配置管理

TDMS系统可以有效分析出现场施工对资源配置的利用情况。根据现场反馈的施工日志,将人、材、机、施工内容等基础数据输入系统中,系统数据化的分析统计可以将施工日志整合成图形和表单,按照需求可以分析施工中任意时间段的施工内容。分析循环时间、统计施工资源、对每个工序人、材、机进行分析对比,找出施工进度薄弱点,反馈施工情况变化。TDMS的灵活性和自动化可以大幅减少数据化管理的人员配置,为项目降本增效。

2.3 TDMS系统信息监控

随着测量技术的不断发展,隧道监控量测也在不断演进和改进,传感器技术的不断进步,出现了精度更高和多功能的传感器,计算能力和数据处理算法的改进,对于大量监测数据的处理和分析变得更加高效和精确。

监控量测是观察隧道沉降的重要技术手段,通常连续监控超过某个阈值会产生大量数据,TDMS对监控量测数据进行预处理,将数据转化序列,按时间间隔保存详细记录,每个区间总结统计数据,如图4所示。TDMS系统提供全面的数据支持和决策依据,使得隧道监控量测变得更加全面、高效和精确,确保隧道结构的安全性、稳定性和可持续性,并提高施工质量和效率。

图4 监控量测报告Fig.4 Report of monitoring measurement

3 TDMS系统数据可视化管理

3.1 施工进度

TDMS系统可以依据施工日志和卫星地理图形相结合,将施工进度示意图形象生动、清晰直观地展示在具体地理位置上,使各方对施工进度有共同认知,如图5所示。

图5 施工进度示意Fig.5 Construction progress

3.2 地质素描可视化

地质素描在隧道施工中的重要性体现在地质风险评估、施工方案制定、施工进度控制和施工安全保障等方面。地质素描的数据导入TDMS系统,可以将岩石强度和围岩等级绘制为水平柱状图,将单个地质素描数据汇总成图形和表单,如图6所示。记录隧道施工中的地质情况对于变更索赔具有重要意义。TDMS系统的信息收集和可视化保证了后续施工的可靠性和安全性。

图6 地质素描可视化Fig.6 Geological sketch visualization

3.3 超前探孔3D模型

超前探孔提供的地质信息可以用于预测潜在的地质风险,最大程度保证施工顺利进行。TDMS不仅可以保存和处理超前探孔数据,还可以和地质素描中Q值等数据源结合起来提供一个地下结构的立体视图,如图7所示,相对于传统的超前探孔数据处理,TDMS可以提供一个更加直观、全面的地下信息。

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

3.4 TDMS系统3D模型

TDMS系统能够直接将隧道施工中的数字化对象进行数字化处理,并导入各类数据以创建模型。隧道施工中涉及的数据包括超前探孔、锚杆支护、地质素描、断面扫描等,将这些基本施工数据导入系统后,可以与强大的数据源相连,进行可视化分析,并建立一个3D模型,其中包含了隧道施工的相关信息。使用3D模型能够以更直观的方式展示隧道的形状、结构和细节。用户可以通过旋转、缩放和移动模型,更好地理解隧道的设计和布局。3D模型具有出色的可视化效果,可用于进行可视化分析,从而提高施工效率。在项目收尾阶段,3D模型还可以取代BIM模型,进行数字化交付,进一步提升效率。

4 TDMS系统的实际应用

TDMS系统允许用户通过多种平台进行网页访问,极大增强了协同共享工作、线上报表的实时性,易于搜索和过滤,实现了信息共享和协作、可视化展示、环保和成本控制。对于天气和其他因素导致工期延后可以在日报中进行体现,高效的汇总统计可以帮助商务部门进行取证和索赔。在内部使用中可以对每个工序的时间消耗进行比对,优化资源配置,找出施工延误的影响因素,提高施工效率,有效监控项目进度,有助于管理层做出决策和规划。

在隧道施工中地质素描和超前探孔的各项数据多、影响因素广,对于分析地质原因和岩层数据变化有着较大的困难。TDMS的应用可以通过电子版的报告进行数字化存储和备份,避免纸质报告的丢失和破损风险,可以实时更新和编辑、具有可交互性,易于分享和传播,数据采集精准,将影响地质因素的各项数据进行自动化分析,提高数据的实时性、精准性和可操作性,为隧道爆破设计、提高围岩质量、对比分析招标文件中的地质勘察报告提供基础数据支撑,为地质索赔提供强有力的证据。

在实际施工中,TDMS也对隧道监控量测提供更加精准的数据分析,测量员利用PC端通过远程访问将监控量测点数据实时传输到TDMS中,系统可以根据测量数据对监测点沉降进行分析,将每个监测点的数据按照日、周、月进行分析汇总,现场施工人员可以通过沉降数据判断隧道施工中的风险情况。系统也可以根据沉降规范要求设置风险提示线,一旦沉降超过规定数值系统进行安全警示,保障安全生产。TDMS在3D模型交付中也有着广泛运用,传统的3D模型需要通过专业的软件进行建模,操作人员还需要有一定的专业知识,使用TDMS只需将3D模型所需测量数据导入系统中即可生成3D模型,厂家也可根据不同项目交付模型的要求定制不同的系统数据,简单方便、可操作性强。

5 结语

NEOM隧道项目中TDMS的成功应用证明了其在隧道施工实践方面的有效性和潜力。允许用户通过多种平台直接访问网页TDMS系统,提高用户的使用体验,加强各部门信息交流。对人、材、机、施工内容等基础数据进行系统化分析统计,通过可视化的方式呈现,直观展示了数据之间的逻辑关系,及时反馈施工面情况,提高施工效率。

将基本施工数据如超前探孔、锚杆支护、地质素描、断面扫描等导入系统,通过数字化处理和可视化分析,建立3D模型,更直观展示隧道的形状、结构和复杂细节。在项目结束阶段数字化交付3D模型的能力进一步简化了整个项目的工作流程。