基于 BIM 与物联网的隧道工程智能建造与全生命周期管理研究

一、引言

随着我国交通基础设施建设的快速发展，隧道工程的规模和数量不断增加。然而，隧道工程具有建设环境复杂、施工难度大、安全风险高、建设周期长等特点，传统的建造与管理模式在信息传递、资源调配、风险管控等方面存在诸多不足，难以满足现代隧道工程建设与管理的需求。BIM（建筑信息模型）技术具有三维可视化、信息集成化、协同性强等优势，物联网技术则能够实现设备与环境信息的实时采集、传输与处理。将 BIM 与物联网技术融合应用于隧道工程，为实现隧道工程的智能建造与全生命周期管理提供了新的思路和方法，有助于提高工程质量、降低成本、保障施工安全以及提升运营管理水平。

二、BIM 与物联网技术融合优势

2.1 数据集成与共享

BIM 技术能够将隧道工程的几何信息、材料信息、构件信息等进行三维数字化建模，形成包含工程全生命周期信息的数据库。物联网技术通过各类传感器，如温湿度传感器、压力传感器、位移传感器等，实时采集隧道施工现场的设备运行状态、环境参数、人员位置等数据。两者融合后，可将物联网采集的实时数据与 BIM 模型中的静态信息进行整合，实现数据的互联互通与共享，为工程各参与方提供全面、准确、及时的信息支持。

2.2 协同管理与优化

在隧道工程建设过程中，涉及设计、施工、监理等多个参与方，传统模式下各参与方之间信息沟通不畅，协同效率低下。基于 BIM 与物联网的融合，各参与方可以在统一的信息平台上进行协同工作。例如，设计方可以通过 BIM 模型将设计意图准确传达给施工方，施工方根据物联网采集的现场实际情况反馈给设计方，以便及时优化设计方案；同时，监理方也能实时获取工程进度、质量等信息，实现对工程的有效监督与管理，从而提高工程建设的协同效率和整体效益。

2.3 智能决策支持

通过对BIM 模型中存储的工程信息和物联网采集的实时数据进行分析处理，能够为工程管理提供智能决策支持。例如，利用大数据分析和人工智能算法，对隧道施工过程中的地质变化、设备故障风险、进度偏差等进行预测，并提出相应的解决方案；在运营维护阶段，根据设备运行数据和结构健康监测数据，判断隧道结构的安全性和可靠性，提前制定维护计划，实现隧道工程的智能化管理。

三、基于 BIM 与物联网的隧道工程智能建造

3.1 规划设计阶段

在隧道工程规划设计阶段，BIM 技术可以创建三维可视化的隧道模型，直观展示隧道的空间形态、结构设计、周边环境等信息，帮助设计人员进行方案比选和优化。同时，将物联网技术引入设计阶段，通过对周边环境的实时监测数据，如地形地貌变化、水文地质条件等，为设计提供更准确的基础资料。例如，利用无人机搭载传感器获取地形数据，结合 BIM 技术进行地形建模，分析隧道选线的合理性，减少因地形地质因素导致的设计变更和施工风险。

3.2 施工建造阶段

在施工建造阶段，BIM 与物联网技术的融合应用能够实现施工过程的智能化管理。通过在施工设备、材料、人员上安装传感器，实时采集设备运行状态、材料使用情况、人员工作动态等数据，并将这些数据与 BIM 模型相关联。例如，在隧道掘进机上安装传感器，实时监测设备的运行参数，如刀盘转速、推进力、扭矩等，当设备出现异常时，系统能够及时预警，并通过 BIM 模型分析故障原因，指导维修人员快速定位和解决问题；同时，利用 BIM 模型进行施工进度模拟，结合物联网采集的实际进度数据，对比分析进度偏差，及时调整施工计划，确保工程按时完成。

此外，在隧道施工质量控制方面，BIM 与物联网技术也发挥着重要作用。通过在隧道衬砌施工中布置传感器，实时监测混凝土的浇筑温度、湿度、强度等参数，将数据反馈到 BIM 模型中，与设计标准进行对比分析，及时发现质量问题并采取措施进行整改。例如，当混凝土浇筑温度过高时，系统自动提醒施工人员采取降温措施，避免因温度过高导致混凝土出现裂缝等质量问题。

3.3 施工安全管理

隧道施工环境复杂，存在坍塌、涌水、瓦斯爆炸等多种安全风险。基于 BIM 与物联网技术构建的智能安全管理系统，能够实时监测隧道施工现场的安全状况。在隧道内布置各类传感器，如瓦斯浓度传感器、位移监测传感器、水压传感器等，实时采集环境和结构安全数据，并传输到 BIM 模型中进行可视化展示。当监测数据超过安全阈值时，系统立即发出警报，并通过 BIM 模型快速定位危险区域，同时提供应急救援方案，指导现场人员进行疏散和救援，有效降低安全事故发生的概率。

四、基于 BIM 与物联网的隧道工程全生命周期管理

4.1 运营维护阶段

在隧道工程运营维护阶段，BIM 与物联网技术的融合能够实现对隧道设施的精细化管理。通过物联网传感器实时采集隧道内设备的运行状态、结构健康状况等数据，如通风设备的运行参数、照明系统的工作状态、隧道衬砌的裂缝发展情况等，并将这些数据与 BIM 模型进行关联分析。管理人员可以通过 BIM 模型直观查看设备的位置、运行状态和维护记录，及时发现设备故障和结构安全隐患，制定科学合理的维护计划。

4.2 全生命周期信息管理

基于 BIM 与物联网技术构建的隧道工程全生命周期信息管理平台，能够整合工程从规划设计、施工建造到运营维护各个阶段的信息。在规划设计阶段，将设计方案、地质勘察报告等信息录入 BIM 模型；施工建造阶段，将施工过程中的进度、质量、安全等数据与 BIM 模型关联；运营维护阶段，将设备运行数据、维护记录等信息不断补充到 BIM 模型中，形成隧道工程全生命周期的信息数据库。通过对这些信息的分析和挖掘，可以为隧道工程的优化改造、性能评估、寿命预测等提供数据支持，实现隧道工程全生命周期的高效管理。

六、结论

BIM 与物联网技术的融合为隧道工程的智能建造与全生命周期管理提供了有力的技术支持。通过数据集成与共享、协同管理与优化、智能决策支持等优势，能够有效解决隧道工程建设与管理中存在的问题，提高工程质量、施工效率和安全水平，降低成本，实现隧道工程全生命周期的高效管理。在实际工程应用中，BIM 与物联网技术在规划设计、施工建造、运营维护等阶段均取得了显著的效果，具有广阔的应用前景。

参考文献：

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[2]贾彬，辛朋泽。广渠快速路运通隧道 BIM 智能运维管理系统实践[J].城市交通设施管理，2023,28(3):34-40.

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作者简介：张双，1986 年4 月 8 日出生，男，汉族，籍贯：辽宁营口，学历：研究生，研究方向：隧道工程。