一、方案概述:
近些年来,伴随高速、高铁等基础设施建设事业的快速发展,我国隧道建设工作进入了迅猛发展时期。然而,由于环境因素、设计与施工技术条件的限制,早期修建的隧道经常出现隧道拱顶开裂、边墙开裂、拱顶空洞、衬砌损坏、隧道渗漏水、碰道冻害、围岩大变形等结构损伤和安全隐患,这些损伤在初期难以通过巡检发现,等形成病害后又会严重增加维护成本。隧道本身长度较长,巡检不易,机房设施难以远程有效管控,传统的管理方式越来越无法满足现有形势下的隧道管理,国家也在大力提倡隧道智慧化运营。在此形势下,我公司针对现役营运隧道或新建隧道,提出智慧隧道信息化管理方案。
二、方案架构:
我公司将结构健康监测与物联网、云计算、局域网/通讯网等多网无缝连接等技术结合,以BIM+技术为基础,建立了一套基于BIM模型的智慧隧道信息化管理系统,为隧道结构实时监测、设备远程管理、档案数据信息化、隧道日常管理养护和突发事件应急处置提供软硬件技术支持,且具有极强的可兼容性,可以对区域性市政工程进行集群化管理,形成城市公共安全生命线设施统一监控管理。具体架构如下:
三、实施方案:
1监测内容
1.1施工期监测
监测内容 | 监测参数 | 监测方式 |
变形监测 | 净空收敛 | 激光位移传感器 |
拱顶下沉 | 激光位移传感器 | |
地表下沉 | 压差式变形测量传感器、全站仪等 | |
围岩内位移 | 多点位移计 | |
土体位移(水平、垂直) | 多点位移计 | |
应力/应变和受力监测 | 混凝土应变 | 内埋式应变计 |
钢筋应力 | 钢筋计 | |
孔隙水压力监测 | 孔隙水压计 | |
支护土压力 | 土压力盒 | |
锚杆抗拔力/锚杆轴力 | 钢筋计,锚索计 | |
钢支撑受力 | 轴力计/反力计 | |
其他 | 材料参数 | 弹性模量等 |
附近结构物的倾斜 | 盒式固定测斜仪 |
1.2运营期监测
监测内容 | 监测参数 | 监测方式 |
环境监测 | 温湿度 | 温湿度计 |
烟雾监测 | 烟雾传感器 | |
火灾监测 | 温度传感器 | |
变形监测 | 围岩倾斜 | 导轮式固定测斜仪 |
围岩内部变形 | 超声测距仪 | |
裂缝 | 裂缝计 | |
应力/应变 | 混凝土应变 | 内埋式应变计 |
其他 | 材料参数 | 弹性模量等 |
2智慧隧道综合管理云平台
我公司自主研发的智慧隧道综合管理云平台具备多项功能,可进行个性化定制,满足业主方需求,基本功能如下。
2.1 集群化管理功能
平台可对全市所有隧道进行集群化管理,通过在隧道中安装感知层设备,把监测数据纳入平台进行统一管理,可以极大提高管理效率,减少不同平台之间的管理不畅,降低重复开发带来的成本浪费
2.2 数据管理功能
云平台可将数据进行处理和初步分析,实现实时数据展示、数据变化趋势分析、数据关联对比等多项功能,为运营管理提供数据支持。
2.3 报表管理功能
云平台可根据用户需求,经过数据处理分析,自动生成日/月/季/年的报表,具备下载和邮件自动推送功能,方便用户及时掌握隧道健康状况。
2.4 预/报警功能
云平台通过对数据的采集和处理,一旦隧道监测点位数据变化超过阈值,即会自动推送预/报警信息到平台端和用户手机端,提醒用户及时排查,发现隧道隐患。
2.5 BIM管理功能
云平台提供1:1建设的隧道和感知层设备的BIM模型,通过BIM模型与数据联动功能,用户可直观掌握隧道结构预报警状态和感知层运行状态,并通过BIM模型对前端设备进行远程操控。
2.6 视频监控功能
云平台可通过隧道现场安装的高清摄像头,使用户远端查看隧道状态或发生预/报警时第一时间进行远端观察判断。
2.7 全生命周期档案管理功能
云平台可以对隧道从设计、建设到运营维护的全生命周期管理档案进行分类、存储和调阅,方便用户管理。
2.8 断网续传功能
通过前端传感器和采集设备,将采集到的数据通过光纤或无线网络模块,经过网关传输到云平台数据库进行存储和处理,如发生特殊情况导致网络传输中断,网关可暂时存储数据,待网络传输恢复后再将数据传输至云平台数据库,保障数据的连续性、完整性和稳定性。
2.9 可拓展功能
云平台具有可拓展接口,可接入新的隧道或监测内容。将区域内隧道纳入统一化管理,可极大提高用户管理效率,降低运营成本。
3 运营维护
公司聘请了清华大学、哈尔滨工业大学、吉林大学等国内知名院校专家学者和中国航天科技、上海同丰科技、长春市政工程设计研究院一线结构工程师,专门成立了专家库,并形成了行之有效的专家库运行机制。同时,公司拥有专业的运维团队,运维内容包括系统维护、专家支持、数据分析、健康状况评价和全生命周期档案归集整理。
3.1 系统维护
通过人工巡检,对现场感知层设备和服务器机房进行日常巡查,发现隐患或故障及时排除,保障系统稳定运行。通过对设备进行常态化保养,延长硬件设备使用寿命,降低硬件更换成本,同时负责云平台软件bug排除、拓展功能二次开发和升级等。
3.2 专家支持
监控中心对云平台进行7*24小时全天候管理,发现预/报警情况,第一时间通知专家团队和现场排查人员进行处理分析,让用户管理单位第一时间掌握隧道运行安全状况,并为管理决策提供专业建议和数据支撑。
3.3 数据分析
数据分析团队对隧道数据进行每日汇总,在专家的指导下对数据进行处理,为专家分析隧道健康状态变化趋势提供数据支撑。
3.4健康状况综合评价
为项目隧道提供结构定期检测,将检测结果与监测数据和人工巡检记录相结合,供专家库成员对隧道健康状况进行综合评价。
3.5全生命周期档案归集整理
运维团队将对项目隧道从设计、建设到后期运维的全生命周期隧道档案资料进行归集整理,方便管理部门随时调阅,实现资料统一化管理和信息化共享。