城市轨道交通工程相较于其他工程建设项目而言, 有以下特点: (1) 城市隧道多位于地层浅部, 线路长, 地质条件复杂; (2) 城市隧道大多位于城市市区, 工程周边环境复杂, 不可避免地要临近或穿越城市建筑、道路、立交桥及地下管线等; (3) 为符合城市发展与本身建设资金需要, 城市轨道交通工程, 除采用地下隧道以外, 还会采用地面高架的形式等。

目前, 对于大多数城市的轨道交通建设, 地下线路一般采用盾构隧道, 在盾构机每推进部分距离的同时进行管片的拼装;对于地上线路, 则采用高架的形式, 沿地铁线路先修建支柱, 再搭建U形梁或者节段梁。管片、U形梁及节段梁是一种预制构件, 其一般不在施工现场制作, 而是在相应的预制构件厂, 按照严格的规范标准与生产流程进行批量生产, 然后运输到施工现场进行拼装与装配。地铁在建设过程中有以下几个问题: (1) 管片、U形梁及节段梁均属于一次性构件, 其一旦拼装或者装配完成, 即成为永久性构件, 不具有拆卸性;地铁线路因为其线路长, 工程量大, 为同一条地铁提供管片、U形梁及节段梁的生产基地众多, 鉴于此, 在地铁预制构件生产过程中以及今后地铁的运行过程中, 为保证地铁的安全性, 如何做到预制构件某一生产细节质量的控制与以后质量的追溯是问题1; (2) 隧道在推进的同时, 要进行管片的拼装, 而输送到施工现场的管片, 怎样做到对管片的数量、类型、进场检查等进行监测控制是问题2; (3) 施工进度一直是各建设参与方关注的重点, 随着BIM技术的发展, 如何以3D或者4D的形式准确展示施工的进度及某一过程的详细情况是问题3。鉴于此, 基于上海轨道交通17号线重大建设项目, 设计并实现了一套面向预制构件的全生命周期管理系统平台。

面向地铁预制构件的全生命周期信息管理系统包含2部分: (1) 面向地铁预制构件生产阶段的信息管理系统; (2) 面向地铁预制构件施工阶段的信息管理系统。能体现对地铁预制构件的整个生命周期进行管理, 对地铁预制构件在生产和施工阶段产生的庞大数据进行分类存储, 充分体现出对每一块预制构件的生产细节与施工细节进行控制。在功能的体现方面如图1, 2所示。

二维码在本平台中起着“龙骨”的作用, 它贯穿于该系统平台的整个始末与轨道交通预制构件的整个生命周期。由于轨道交通对预制构件的需求量巨大, 为了使对每一块管片或者U形梁进行全生命周期管理, 做到不出错、不重复、不遗漏, 尤其在预制构件的不同阶段, 例如:某A管片从某生产基地出厂, 然后运往某施工标段, 最后拼装在盾构隧道中的某一环、某一块, 对其进行追踪, 保证在对该预制构件的不同阶段进行信息采集时不出纰漏与错误, 确保其唯一性。需要对每一块管片进行编码, 通过此编码形式, 使每块管片具有唯一性。

BIM技术在该平台中的作用主要是以4D的形式展示轨道交通的建设进度。对该平台开发相关接口, 把通过Revit建立的管片衬砌模型及高架U形梁模型导入到该信息平台。3D模型能够充分展示盾构隧道及高架桥梁的模型, 4D则是指展示每一块管片或者U形梁携带的生产信息及在施工过程中被给予的施工监控信息和巡检信息等。

轨道交通预制构件不同于其他预制构件, 盾构隧道管片及轨道交通高架U形梁、节段梁均属于永久性构件, 并且, 其制造质量直接决定着轨道交通建成后的运行质量。为保证盾构隧道管片、高架U形梁和节段梁的制造质量, 必须对预制构件生产过程中的每一细节问题进行控制。通过对轨交17号线预制构件生产基地的实际调研, 以盾构隧道衬砌———管片为例。为保证管片的生产质量以及符合施工中的要求, 对质量的控制因素如下: (1) 隐蔽工程对隐蔽工程的控制方面包含:钢筋骨架的制作, 钢筋骨架的入模安装以及预埋件的控制; (2) 模具检测包含对每环管片衬底块、标准块、邻接块及封顶块模具的检测; (3) 外观检测包含管片的几何尺寸及表面是否有裂缝、孔洞、麻面、蜂窝、夹渣等现象; (4) 迷流检测包含单块管片的迷流检测以及环与环的迷流检测; (5) 管片检漏在置水状态下, 对管片施加递增压力, 检测渗水状况; (6) 拼接缝检测对生产的管片进行3环试拼装, 对纵缝与环缝的内外间隙点进行检测。

本信息管理系统是基于Web端的管理系统, 它以网页端的形式, 向工程的各参与方展示轨道交通建设过程中出现的制造和施工数据与施工情况。但是, 在轨道交通预制构件生产和施工工程中, 其生产数据与施工数据均来源于制造现场与施工现场, 为保证数据的真实性, 必须对现场的数据加以采集。为解决该问题, 开发了相应的数据采集端软件包, 安装在手持Pad上, 以便于现场负责人迅速采集最新数据, 将其上传至网页端, 使保留在网页的数据做到真实、可靠。例如:检测人员在对预制构件模具进行检测时, 以往通常是1人检测、1人在记录表上进行记录, 这可能会导致存档的数据被二次修改, 不能保证检测数据的真实性, 而现在通过采集端, 可以将现场的数据录入到采集端, 然后上传至信息管理平台, 保证现场实测数据的可靠性。

对于施工进度的控制, 一直是工程投资方与建设方关注的重点。随着BIM技术的发展, 以三维或者多维的形式展示施工进度这一技术开始变得可行。在建设过程中, 对于盾构隧道管片的需求量达到数万块。以动态的形式展示隧道施工中管片的拼装进度和高架U形梁的搭接进度, 这极大地满足了工程参与方的需要。并且, 我们对模型中的每一块管片和U形梁, 都融合了其在生产和施工过程中属性, 真正做到了以4D动态的形式展示轨道交通中隧道的建设及高架的建设。例如:在上海轨交17号线中的5标, 从淀山湖开往漕盈路盾构上行段, 对管片的需求达到约3 800环, 而按照盾构机正常掘进速度, 每天的管片拼装进度为8~10环, 通过模型的建立, 并给模型中每一块管片添加生产和施工属性, 以4D形式展示了施工进度。

对工程项目管理方式进行优化, 能够加快项目建设进度, 提升建设质量。在传统建设项目的管理中, 通常以纸质形式对项目建设情况进行存档管理。这种管理方式缺点明显: (1) 需要耗费大量人力与物力; (2) 容易出现资料遗失; (3) 调阅资料档案时权限问题复杂; (4) 工程质量日后追溯复杂。以上缺点在大型基础建设中更加明显。而基于信息管理的模式正好能解决上述问题, 对于在大型工程建设中需要存档的文件以图片、表格、模型等形式存储在数据库中, 在日后的管理中只需以访问的形式, 便可查阅。通过设置相关权限, 方便不同的调阅人员访问相关信息。实现了使工程参与各方对工程建设进行协同管理。如图3所示。

上海轨道交通17号线, 东起虹桥火车站, 沿崧泽大道南侧平行西行跨越G15沈海高速公路后接转沿盈港东路、盈港路西进青浦城区、淀山湖新城, 进入朱家角地区后走向沿318国道南侧平行至东方绿舟, 全程35.30km, 共设13站。本轨道交通路线分为9个标段, 其中1, 4, 5, 6, 10标段采用高架U形梁和节段梁的形式;3, 7, 8, 9标段采用盾构隧道管片的形式。为控制好对该轨道交通预制构件的全生命周期管理, 将该系统平台应用到了该工程预制构件的管理当中, 对该工程预制构件的整个建设管理起到了很大的促进作用。如图4所示。

本文从上海轨道交通工程建设的实际需求出发, 针对轨道交通工程预制构件管理需求, 运用数据库技术、BIM技术、物联网技术等现代信息技术, 实现了轨道交通工程17号线的全生命周期管理的信息平台。该平台在功能体现上面, 紧扣工程建设中的实际要点。该信息平台在工程中的实际应用, 更表明了该信息平台的可行性和实用性。在实现工程参与各方的协同管理、提高工程建设的信息化水平等方面取得了显著水平。该平台融合了当前快速发展的BIM技术, 为BIM在工程中的实际应用提供了新的思路, 对实现工程建设的全生命周期管理提供新的创新点。