BIM和物联网技术在隧道工程运维阶段的应用分析①

随着BIM技术的发展，其在隧道工程建设领域的应用也越来越广泛，目前BIM在隧道工程设计和施工阶段已有大量应用，但在隧道运维阶段中的应用案例尚少，有待深入开发。近年来由于物联网的高速发展，BIM技术在运维阶段的应用也迎来了重要契机。基于BIM核心的物联网技术应用，将为隧道工程的运维管理提供强有力的技术支撑，使传统的隧道运维走向可视化、智能化和集成化的智慧运维。

1 隧道运维管理的内容

运维管理是一项复杂的系统工程，文献[1]认为运维管理是整合人员、设施、环境和技术，对工作、生活空间进行规划、整合和维护的管理。隧道工程运维管理的对象包括隧道主体、设备设施等硬件和人、环境、安全等软件，其内容主要包括以下5个方面：设备管理、安防管理、健康监测、应急管理、能耗管理[2]。隧道工程运维阶段的信息包含前期接管信息、工程信息、环境信息、交通信息、公共信息、设备信息、维护信息、资产信息、安保信息、能耗信息等，信息量大且管理工作复杂。

2 传统隧道运维管理面临的问题

目前的隧道工程运维管理方法还较为原始，在很大程度上还依赖于人工，其弊端主要有以下方面。

2.1 信息管理问题

目前隧道工程的信息建档主要依赖于二维图纸、维修手册及厂商数据，信息表达不够直观，查询、管理和使用过程繁琐，且效率较低；纸质资料的保存、信息沟通、传递也存在困难，另外各参建方的信息分散，后期需要修改或变更时，容易造成信息遗漏、丢失和信息不对应。

崇拜总是首先表现为祭祀，在良渚的莫角山遗址发现有巨大的土台，考古学家认为它就是良渚人的祭台。良渚人就是在这里祭祀天地的。具体的祭祀情景我们已是不可知了，但是，它们留下了两种重要的祭器，这就是玉璧与玉琮。玉璧是用来祭天的，而玉琮是用来祭地的。

2.2 人力成本问题

管理人员在调试、预防和故障检查时，需知道建筑构件、设备设施在空间中的位置，而且能查询到相关的数据信息。传统的信息管理模式，是基于大量二维图纸和各种机电设备的操作手册，查找、使用过程繁琐且费时费力。而利用BIM三维可视化模型，可以迅速确定通风系统、电力设施、管道等设备设施在整个隧道中的位置，通过模型直接查询、调用所需的数据和信息，并且还能显示和传递运维管理的相关信息。

F1断裂：近南北向分布，贯穿整个勘查区，长大于3 km，宽1.05～1.54 m，产状265°～272°∠80°～85°，属压扭性断裂；温泉出露于该断裂破碎带中，岩性为碎裂岩、弱硅化碎裂砂质砾岩；勘查区外围南、北部断裂中见下降泉出露。

2.3 能源消耗问题

近年来，低碳、节能、环保等成为社会关注热点，中国的建筑使用能耗约占全社会总能耗28%。为了可持续发展，如何通过技术创新、管理创新等手段减少能耗，将成为企业的重要发展方向。

2.4 维护时效问题

隧道工程涉及到照明系统、通风系统、监控系统、疏散系统、通讯系统等，其中包含大量的设备和管线，如果出现故障再处理，不仅影响正常运行，甚至引发安全事故。若能在有效时间内及时保养、更换，提前发现、避免此类隐患，可以减少大量损失。

2.5 应急处理问题

设施设备的运行监控也是运维管理中非常关键的部分，通过BIM模型与所有的设备进行数据联动，可实现远程实时查看设备的运行状态，部分实现远程控制，避免了人工的浪费。把原来独立运行并操作的各设备，通过射频识别(RFID)等技术汇总到统一的平台上进行管理和控制。例如：通过RFID获取各项设备的运行状态，是否正常运行，通过控制远程打开或关闭隧道内照明、通风系统。

  

图1 基于BIM和物联网隧道工程运维功能模块

  

图2 隧道运营实时监控及环境监测

  

图3 隧道内设备维护管理平台界面

  

图4 隧道内火灾报警及紧急疏散模拟

3 BIM与物联网结合对运维的意义

3.1 信息管理可视化

隧道工程的运营需面临人才培养与流失问题，近年来国内劳动力成本的逐年增加，人力成本也是运维阶段需要考虑的重要因素。在信息化时代，如何减少人力成本，提高隧道工程的运营维护的效率，关键在于依靠智能化的信息管理系统，加强系统管控能力。

3.2 设备操控远程化

遇到重要事件安排、临时活动、交通事故、火灾等情况，如何做好人员疏导、交通疏解和引导、安保人员的调配、设备及消防系统的调控等，具有非常重要的意义。突发事件处置不当，造成的不仅是经济方面的损失，更有可能造成严重的社会影响。

3.3 运维管理数据化

设施设备的运行监控也是隧道运维管理中非常关键的一个部分，通过BIM模型与所有设备进行数据联动，可实现远程实时查看设备的运行状态，并可以通过智能设备进行操控，实现远程控制(如远程切断电气开关，发生火灾时打开最近的消防龙头等)，不仅节省人力，而且大大缩短操作时间。

3.4 应急管理智能化

2013年11月党的十八届三中全会提出了“建立权责发生制的政府综合财务报告制度”的重要战略部署，要求建立规范合理的中央和地方政府债务管理及风险预警机制。2014年年底新《预算法》相应地对各级政府财政部门提出了明确要求，按年度编制以权责发生制为基础的政府综合财务报告，以此分析政府整体财务状况、运行情况和财政中长期可持续性，报本级人民代表大会常务委员会备案。

隧道工程作为人流、车流聚集区域，突发事件的响应能力非常重要。传统的应急处理仅关注响应和事后救援，而基于智能运维系统[3]的应急管理还包括预防、警报和调度。该管理系统可以通过感应器，对人员进行定位和潜在的突发事件进行识别；系统可实现可视化火灾警报，并及时查询周边的疏散通道和重要设备等信息，迅速分析得出最优的疏散路线，也可以评估突发事件带来的损失。

4 隧道工程运维的BIM应用分析

相比传统的隧道运营监控方式，基于BIM和物联网技术的运营管理系统可实现以下功能：(1)将三维实景显示与视频监控相结合，在BIM模型中选择某一区域，即可立刻调用该区域的所有监控视频图像；(2)通过BIM模型与所有的设备进行数据联动，可实现远程对设备进行查找、定位，并实时查看设备的运行状态，实时监测隧道环境状态，提高隧道安全运行水平，见图2。

治疗有效率：分为三个等级：显效、有效、无效。症状消失，在治疗24 h后，心率在100次/h以下，早搏次数在10次/h以下，即为显效；治疗24 h后，症状改善，早搏次数减少，心率降低约治疗前的20%，即为有效；症状未改善甚至加重，即为无效。治疗有效率=（显效+有效）/无效*100%。

4.1 信息集成与数据共享

基于BIM和物联网技术，将项目规划、设计、施工、运维直至使用周期终结的全生命期内各种相关信息数据，全部集中于BIM数据库中，把系统内分散的、各自为政的信息化系统、物联网系统整合起来，提升为一个具有较好协同能力和调控能力的有机整体[4]，这是以前所没有的。

4.2 运维管理可视化

综合利用BIM和物联网技术，可构建隧道工程的运维信息管理平台，使模型信息与动态数据库结合，为隧道运营维护[5]提供可视化监控和智能化管理，其各功能模块和实现思路见图1。

4.3 远程智能控制

将设计、施工、运营维护等过程中所有数据信息集中于BIM数据库中，为运维管理系统提供数据信息，使得信息实现共享和协同。运营维护数据的积累，可以用来分析问题和隐患，也可用于优化和完善现行管理。例如：通过累积数据形成一定时期能源消耗情况，可用于节能分析；通过累积数据分析不同时间段设施的故障率，可对检修频率进行调整。

4.4 设备管理与维护

通过BIM和物联网技术，对设备设施的各项维护、维修实现三维可视化、信息化的管理，系统可集成对建筑构件、设备的搜索、查阅、定位功能；对于照明、通风、通讯等各种设备的运行状态，可以BIM模型上直观显示；对寿命即将到期的设备及时预警和更换配件，防止事故发生；通过管理系统进行操作，可完成设备运维管理的大部分工作，节省人力、物力和财力，达到节能减耗的目的，见图3。

4.5 应急管理系统

隧道应急管理系统依托物联网包括射频识别、GPS定位、红外感应、激光扫描、视屏监控等传感核心技术手段，通过网络将应急体系建成一个具有强大的信息感知和通信能力的网络和平台，以满足应急体系中设备设施和环境的动态监控、风险管理、突发事件预警以及统一指挥调度和处理的需求，提升隧道工程的安全运行水平和应急管理能力，见图4。

可以看出当前电力系统在我国人民的日常生活中有十分重要的作用，因此很有必要增强电力系统运行的自动化和智能化程度，以更好满足当前人民的使用需求。可以通过试用各项电气工程自动化技艺和电力设施，进一步增强电力系统的运行质量和运行效果，并且也为后期的维修和检修工作提供了便利。与此同时，也极大地节省资金和人力资源的投入，对系统的发展有积极的促进作用。

通过跨平台多源信息融合，可实现风险监控、主动预警、资源调度、指挥管理、疏散模拟、应急评估的动态展示和综合分析，为应急管理决策分析提供技术支持。

4.6 智能交通

基于BIM和物联网的隧道内交通虚拟仿真，可纳入城市智能交通系统，有效提高城市交通仿真的可视化效果，为缓解隧道交通阻塞，提高隧道通行能力，减少交通事故，减轻环境污染提供帮助，从而为实现绿色智慧交通提供技术层面的支持。

4.7 能耗分析管理

BIM和物联网技术的应用，可以使日常能源管理监控更加直观、方便。通过安装具有传感功能的检测仪器后，在管理系统中可以收集所有能耗信息，并且通过开发的能源管理功能模块，对能源消耗情况进行自动统计分析，如各区域每日、每周用电报表等，并对异常能源使用情况进行警告或者标识；并且累积的能耗信息数据，可用于分析并对能源使用进行优化，达到节能减耗的目的。

5 结语

基于BIM核心的物联网技术应用，可以为隧道工程运维实现三维可视化的信息管理，并集成设施设备维护管理、综合监控、全生命周期养护决策、应急处理、能耗分析等功能，可大幅减少后期隧道的维护工作量，提高管理水平和工作效率，为隧道工程的运维管理带来一次全新的变革。

学生管理工作是一项很复杂的工作，大学生具有自主意识，管理者需要充分考虑学生的心愿，关心学生的发展，将自己的关怀和情感投入到学生管理中，才能实现双方的相互体谅，让学生感恩于辅导员的工作，修正自己的错误。社会环境是复杂的，学生自身的能力、素质不同，辅导员要想占据管理的主动地位还需要不断提升工作效率。管理学生并不是强制性的，管理人员应充分尊重学生、爱护学生，认识到学生个性发展的需求，培养学生的主动性和积极性，促进学生全面的发展。

参考文献

[1]汪再军.BIM技术在建筑运维管理中的应用[J].建筑经济，2013(9)：94-97.

[2]杨子玉.BIM技术在设施管理中的应用研究[D].重庆：重庆大学，2014.

[3]徐海长.运维管理系统在智能建筑中的应用[J].智能建筑与城市信息，2012(5)：15-18.

[4]胡振中，彭阳，田佩龙.基于BIM的运维管理研究与应用综述[J].图学学报，2015(5)：802-810.

[5]滕丽，刘艳滨，张湄.周家嘴路越江隧道BIM技术研究应用概述[J].城市道桥与防洪，2016(8)：256-259.