摘 要：盾构施工法已成为城市轨道交通隧道的主要施工方法，而工程数字化、信息化技术在盾构施工中的应用日渐广泛，成为提高施工效率、保证施工安全的重要手段之一。本文基于BIM+3DGIS技术，在线上的工程建设管理平台上集成开发了盾构施工安全管理功能，施工管理人员通过平台可以录入和查询盾构施工的基础信息、掘进进度和相关情况，对盾构施工的监测数据和安全隐患进行流程化的管理，还可通过电子沙盘的三维模型直观观察盾构施工状态。管理平台在成都市轨道交通18号线项目中进行了工程应用，有效地提高了盾构施工的管理效率和安全性，效果良好。
关键词：BIM；GIS；盾构施工；安全管理；可视化
1 引言
盾构施工法在提高施工自动化程度的基础上，可以有效提高施工效率，减少施工的劳动强度和对地上部分的干扰[1]，因此在城市轨道交通建设中得到了广泛应用，成为目前隧道施工的主流。尽管盾构施工法已经十分成熟，但在盾构掘进过程中，面对地下复杂的施工环境和各种各样的风险源，依然存在安全隐患。近年来，施工管理人员越来越多地将工程数字化、信息化技术应用到盾构施工中来，成为提高施工效率、保障施工安全的重要手段之一。
2 盾构管理
盾构机参数直接影响施工质量，而盾构机往往分布分散，管理和维护较难[9]。在数字化平台上进行盾构管理可以很大程度上解决这一难题，具体的功能为：在盾构施工过程中，管理人员填写盾构施工基础信息，各标段人员每日填写盾构掘进进度和相关情况，平台根据每日数据开展相关计算，输出日报、周报和月报，并展示各标段区间掘进形象进度。
平台还配备了电子沙盘功能，直观显示包括盾构、车站等在内的工程状态，有助于盾构管理。电子沙盘基于BIM+3DGIS技术，实现卷帘、标记、飞行漫游、数据统计、盾构模拟等功能，工作界面如图1所示。界面左上角可以选择对象，拉近视角来近距离观察三维模型。右上角有底图、图层、工具和数据四个按钮。
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图1 电子沙盘
1）底图按钮用来切换沙盘不同的底图样式，现有：谷歌卫星、ArcGIS卫星、微软卫星和天地图可供选择。
2）图层按钮用来选择是否在电子沙盘中显示相应的模型、底图或者图例。
3）工具按钮中包含常用按钮，有图上量算、横向卷帘、纵向卷帘、透明度、模型裁剪。图上量算用来从电子沙盘中获得某些数据，比如距离、面积或者高度；横向卷帘将屏幕切割成上下两部分，上方显示普通沙盘图，下方显示被屏蔽倾斜摄影后的模型；纵向卷帘效果类似，将屏幕垂直方向分为两部分，左侧显示正常沙盘，右侧显示屏蔽倾斜摄影后的纯模型；透明度来调整倾斜摄影和BIM模型的透明程度；裁剪功能可以将模型切割，有平面裁剪，BOX裁剪和Cross裁剪三种裁剪形式。
4）数据功能现在提供进度模拟功能，用户点击开始播放按钮，可以在电子沙盘界面观看模型推演动画。
3 监测管理
（1）基础数据配置
在相应工点的树节点基础上，延伸两层，建立工点->监测项目->监测点，以录入监测数据。用户可以新增、修改、删除和导出监测项目，不同的监测项目需要配置相应的监测规则，即选择预报警级数并设置预警阈值。监测点的录入则是结合BIM三维模型来实现，根据相应的坐标或已设置的标记从而定位到具体测点位置。
（2）数据上传
在管理平台上传监测数据采用统一的Excel模块，读取测点、测斜深度的监测数据，包含监测时间、上次累计变化量、累计变化量、变化速率、备注等。数据根据Excel内的“测项/测点”、“监测时间”两列进行判断，若均相同，视为重复数据，后上传的数据覆盖先上传的数据。若取数区的数据为空，视为本次上传数据不包括该测项/测点，不进行数据录入或覆盖，并返回未入库的提示。
（3）数据查询和对比
数据在上传后也可进行查询和对比，可查询和对比的工点监测数据包括监测项目、测点总数、累计变化量预警测点数、累计变化量报警测点数、变化速率预警测点数、变化速率报警测点数等。测点状态根据阈值计算，大于黄色预警阈值即为“预警”，大于红色预警阈值即为“报警”。
（4）监测管理可视化
预报警的测点以气泡形式展示，气泡颜色与预报警级数相对应，点击气泡可以展示对应的详细信息，以统计图形式来展示该测点的历史数据。
4 隐患管理
隐患管理是对施工隐患的管控，包含隐患库建立、隐患排查、隐患上报与治理三个子模块。
（1）隐患库
隐患库模块用于导入、增加、修改项目上隐患信息。隐患库建立以后，其内部的隐患信息可用于具体工点上报隐患时引用。主要功能包括修改、追加、插入隐患。隐患库初始化阶段，大量隐患库数据不通过web端，而是由数据库直接导入。其中隐患分级为：隐患类型>>隐患大类>>隐患分项>>隐患条目（以此由大到小，包含关系）。每条隐患的属性信息中包含等级、排查频次。
（2）隐患排查
排查任务的建立与闭合和隐患上报是并行关系，互不干扰，同时也支持对不同用户角色的隐患排查频率与数量进行设置，从而有针对性地推送隐患排查任务。隐患排查的工作流程根据隐患的等级有所不同，包括一级（重大）、二级（较大）和三级（一般）隐患，且都应实现排查治理闭合全过程。
（3）隐患治理
隐患上报后，需要响应的隐患会出现在相关责任人（该责任人会在上报隐患时选择，一般为排查任务的安排人）的待办任务中，等待责任人响应。其他用户可在隐患治理界面中查看到相应的隐患治理单，点击数字可链接至相应隐患。
5 结语
盾构施工安全管理模块在成都市轨道交通18号线工程建设管理平台中集成开发及应用取得了良好的效果，用户可登陆平台网页客户端查看盾构施工的基础信息、掘进进度和相关情况，还可以实现对盾构施工的监测管理、隐患管理和风险管理，进一步确保盾构施工的安全，系统操作简易，界面友好。另外，管理平台实现了多用户远程访问，同时平台管控人员通过系统管理模块对其他用户进行授权，使得盾构施工安全管理的工作流程更加规范化。经过工程实践检验，管理平台包括盾构施工安全管理模块的各项功能运行良好，辅助管理人员进行盾构施工决策，提高了管理效率，节约了管理成本，具有良好的推广价值。
参考文献
[1] 周登峰. 盾构机的研究现状与应用实践探索[J]. 科技创新导报, 2017(6).
[2] 张合沛, 陈馈, 李凤远, 等. 盾构施工数据远程监控软件设计与应用[J]. 建筑机械化, 2015, 36(12):60-62.
[3] 祥波, 徐受天, 马强．基于互联网的盾构远程实时监控系统开发[J]. 隧道建设, 2012(2):256-260．
项目基金：本论文受中电建成都建设投资有限公司科技项目经费资助。
作者简介：颜思寒，男，硕士，研究方向：地铁盾构工程，BIM应用