曾 昊

(中铁二院工程集团有限责任公司，四川 成都 610031)

1 概述

近年来，全国基础建设进程加快，城市轨道交通工程建设范围也逐渐由一线城市扩展到二、三线城市。虽然全国部分城市项目叫停，但2018年，中国城市轨道交通在建线路仍有202条，分布全国46座城市，总里程达5 520.904 km。随着国内城市轨道交通工程进入大发展时代，事前设计、事中管理、事后监测必须跟上建设的步伐。一些项目因为“抢工期”，或多或少放松了现场安全监测管理，为事故的发生埋下了隐患。为了降低重大安全事故的发生，减少人员伤亡及财产损失，在工程项目建设期间必须贯彻“安全第一”的观念，杜绝“四边工程”[1-2]，做好实时监测管理工作，及时分析发现问题，提高项目建设周期的安全性。

在常规的铁路隧道、公路隧道、地铁车站及区间、建筑物深基坑、高边坡等典型地下工程的施工监控量测作业中，由于技术及管理手段的限制，普遍存在着信息化程度不高、远程监管手段缺乏的情况，这是导致不能及时发现并有效处理现场安全风险或隐患、规避安全事故的重要原因[3-5]，集中体现在三个方面：

1)真实性、准确性、效率：监控量测工作从测量、数据分析、超限识别到处置几乎全由人工填报，不仅效率较低，且人为因素影响较大，数据的真实性及准确性无法保证，甚至连是否如实按设计要求开展了监控量测工作也无法确保。

2)及时性：现场测量后，需回到办公室对数据进行计算后才能得出监测结论、发现超限情况。而施工现场的管理人员或公司管理人员，更要在经过层层上报后才能了解到该情况并安排处置工作，这存在较长时间的延迟，使得现场风险不能得到及时妥善处置。

3)统一数据管理、追溯、挖掘：监测数据是施工过程的重要资产，妥善的保存与挖掘利用将为整个铁路建设生命周期提供巨大价值。但目前监控量测资料主要以大量纸质和电子档的形式存在，零散且易丢失，未进行系统整理归纳，难以追溯历史数据的情况，更谈不上对数据进行有效的挖掘与分析利用。

针对以上问题，建立一套基于施工单位现场作业人员及项目部管理人员、监理单位及建设单位管理人员等不同层级参与方对管理项目监测信息的不同关切需求的平台级智能监测系统成为必然。

得益于物联网技术、无线通信技术及微电子技术的快速发展，各种智能监控系统在重大施工项目和环境工程中得到了广泛应用。郝传才[6]利用计算机技术对地铁施工监测工作所产生的监测动态数据和基础信息进行分析，反馈指导设计与施工，并在广州市轨道交通五号线建设期内应用；李鹏等[7]通过徕卡 ADMS 测量机器人对地铁线盾构隧道进行了自动化监测并制定三级预警制度进行管理，验证了自动化监测在地铁测量中的应用价值和前景；张成平等[8]在北京地铁5号线崇文门站下穿既有地铁隧道施工中应用远程自动监测系统，在保障既有线安全运营中起到了至关重要的作用。任高峰等[9]基于 LabVIEW 虚拟仪器技术、多传感器技术、无线网桥及GPRS传输技术，提出近接既有地铁线施工防护的实时智能监测系统，实现对近接既有地铁线及隧道结构变化的实时监测，及时预警。

虽然前期智能监测已做出许多重要的实践应用，在监控设备及传输手段上不断革新，但在可视化展示及监测数据分析应用方面研究较少。针对以上问题，依托广州市轨道交通十一号线施工项目，通过将智能监测系统与BIM及GIS技术相结合，开发了一套平台级的施工管理系统，在确保监测数据的及时、有效、准确性的同时，通过BIM及GIS可视化的优点辅助现场人员完成监测数据的分析挖掘。

2 应用项目概况

广州市轨道交通十一号线线路全长44.2 km，全部采用地下敷设方式，全线共设车站32座，作为广州首条环形地铁，串联广州五大中心城区，连接广州火车站、广州东站等大型交通枢纽，具有重要的交通战略意义，是广州市在建地铁重点工程和标志性工程。

该项目与广州市中心城区地下管廊项目同步实施，近接关系复杂。同时，该项目穿过广州五大中心城区，具有周边环境复杂、建设难度大技术含量高、后期运营管理压力大等问题，利用数字化技术及信息化手段在全线部署智能监测系统确保工程安全性具有重要意义。

3 系统基本架构

本系统在工点现场，通过外业智能采集终端及配套软、硬件，建立与测量仪器(如水准仪、全站仪等)和传感器的无线连接，自动采集原始数据，并实时进行分析计算，现场给出超限提示。测量完成后，成果数据将通过无线网络实时上传到数据服务器。回到办公室后，现场测量人员可通过内业数据数据平台导出对应的原始数据和成果报表，以便现场应用。整个过程人工无法对数据做出任何编辑。记录完成的监测数据接入基于BIM技术的施工管理平台中，基于GIS和BIM综合展示监测信息，辅助完成对监测数据的分析与决策。同时，与平台其他功能如安全管理、视频监控、风险管理等业务模块进行整合与联动最大限度满足各方需求(见图1)。

为满足移动办公的需求，系统提供安卓和苹果移动APP，可对所有项目的监控量测总体情况、报警统计情况等进行查看，并可按需点击查看详细数据、针对报警处置进行批示等。

4 系统主要功能

4.1 数据智能采集处理

本项目外业数据采集采用智能采集终端，该终端采用最高防护等级的安卓硬件及APP应用，通过与数字化监测仪器建立无线蓝牙连接实现监控量测数据的自动采集，涵盖包括水平位移及收敛、沉降、应力、水位变化等在内的所有监控量测项次。在实时采集过程中对数据进行初步分析，一旦发现监测数据超过阈值，立即提示现场测量人员，要求对测量数据的正确性进行确认并采取对应措施，当智能采集终端检测到网络信号时，将会提示测量人员，以便将采集到的数据即时、自动上传至服务器平台。

针对内业数据分析，系统为施工现场测量人员提供电脑桌面工作成果处理软件，依行业规范、根据不同项目的管理要求定制生成各种类型的报表，如实测曲线、回归分析、工作统计报告等，便于进行现场三方确认，内业数据处理软件。

4.2 数据交互平台

内业数据处理软件主要针对现场测量人员对数据的处理及分析，用于报表生成，但并不适用于工程管理人员。本系统针对工程参建各方提供数据完整、功能丰富的信息交互及数据共享平台，满足参建各方对监测数据的应用需求，如图2所示。平台采用分级管理根据机构、项目、人员的组织关系，就不同组织机构级别下、不同项目、不同人员的账户及权限进行分级管理，确保所有用户在恰当的权限下进行平台应用，主要功能包括：

1)工程管理：提供设计信息、工程信息、施工进度等信息查询辅助功能模块，方便管理人员将监控量测与工程实际情况相结合。2)原始数据查看及数据分析：查询监测原始数据及数据预测曲线。3)报警管理：当监测数据超过阈值触发报警时，即时向授权人员推送短信，经过原因分析、妥善处置、验证确认后方可由授权人员闭环关闭。4)监测项目管理：对监控量测的项次、基点、测点、报警阈值、报警短信接收人员、量测人员、监控量测日报等进行管理，确保现场工作的开展是基于正确项目授权的。5)监测记录报警管理：对不符合监控频次要求的进行报警处置。

4.3 GIS场景展示

为了更直观、整体地查看现场监测情况，本系统通过二维GIS以及倾斜摄影模型在BS端对全线及工点监测数据进行综合展示(见图3)，根据参建各方的不同需求，显示其最为关注的信息。在二维GIS场景中，包含以下几个功能：

1)通过颜色区分各个工点的监测报警情况，可快速进行定位直接切换至数据交互平台查看该工点的监测数据。

2)按照报警类型实时分类统计，掌握工点报警分布情况，协助完成报警情况分析。

3)按照预警点数进行实时排名，帮助管理人员找出需要关注的重点。

4.4 BIM模型综合分析

通过本系统三维图形引擎，将BIM模型进行轻量化处理后导入并与监测点信息绑定，如图4所示。在BIM展示场景中，现场管理人员可准确定位报警数据位置，通过综合分析多个报警数据，可快速有效地分析报警原因。同时，针对每个监测点，提供历史数据查看及曲线分析，帮助现场管理人员完成问题追溯。

4.5 移动端APP

移动端APP，通过监控量测日报对所有授权项目监控量测情况进行快速管理，并可按需查看详细的量测数据及关注其变化趋势、对报警处置措施进行批示等，如图5所示。

5 结论

1)基于BIM和GIS的城市轨道交通施工智能监测系统在广州市轨道交通11号线工程中得到广泛应用，解决了传统监测手段的诸多问题，在提高现场作业效率的同时，保障数据的真实性、准确性、及时性，达成施工过程规范管理、安全风险预警管控、数据信息智能共享的目的。

2)通过将BIM及GIS技术与施工监测数据相结合，大幅提高施工现场安全信息的共享和利用效率，利用BIM可视化、参数化的优势，精确定位异常数据，实现安全风险快速识别。

3)利用平台将监测数据与其他子系统如现场视频监控、安全管理、风险管理整合联动，扩大了监测数据的应用范围，提高了施工管理信息化水平，为智慧工地以及未来智慧城市的建设打下了基础。