公路桥梁隧道工程智能化建设管理要点分析

摘要：随着信息技术的快速发展，智能化管理在公路桥梁隧道工程建设中的应用日益广泛。本文基于现有研究成果，系统梳理了智能化技术在公路桥梁隧道工程管理中的关键应用，包括智能化管理体系构建、BIM技术辅助设计、预制构件智能化运输管理、施工质量智能监控及安全管理智能化等方面。研究表明，通过整合BIM、GIS、5G、物联网（IoT）等技术，可显著提升工程建设的精细化、协同化水平，优化施工流程，提高工程质量和安全管理效率。未来，智能化管理将进一步推动公路桥梁隧道工程的高效、精准建设。

关键词：公路桥梁隧道；智能化管理；BIM技术；物联网；施工监控

近年来，我国交通基础设施建设规模持续扩大，公路桥梁隧道工程的建设要求不断提高。传统的管理模式已难以满足复杂工程的高效管理需求，而智能化技术的引入为工程管理提供了新的解决方案[1]。BIM（建筑信息模型）、GIS（地理信息系统）、5G通信、物联网（IoT）等技术的融合应用，使得工程管理从经验驱动向数据驱动转变，实现了施工过程的动态监测、智能分析和精准决策。本文结合现有研究，重点探讨公路桥梁隧道工程智能化建设管理的核心要点，以期为行业实践提供参考。

一、智能化管理体系的构建

智能化管理体系的建立是公路桥梁隧道工程高效运行的基础。公路桥梁隧道工程的智能化管理体系以数据驱动为核心，通过整合BIM（建筑信息模型）、物联网（IoT）、云计算和边缘计算等技术，构建起覆盖工程设计、施工、运维全生命周期的协同管理平台[2]。该体系的关键在于建立统一的数据标准与接口协议，实现不同系统间的无缝对接，从而打破传统工程管理中“信息孤岛”的局限。以某公路桥梁工程为例，项目团队搭建了基于BIM+GIS的工程数字底座，将地质勘探数据、结构设计模型、施工进度计划等多元信息集成到统一平台，管理人员可通过三维可视化界面实时查看墩台浇筑进度、钢箱梁吊装偏差等关键指标，系统自动对比计划与实际数据，当偏差超过阈值时触发预警机制。这种数据融合管理模式使项目工期缩短12%，材料浪费减少8%。在预制构件管理方面，中交建开发的“智慧梁场管理系统”颇具代表性，该系统为每片预制梁赋予唯一RFID电子标签，结合5G网络实现从钢筋绑扎到混凝土养护的全过程追溯，通过安装在振捣设备上的传感器采集工艺参数，AI算法自动分析振捣密实度与设计值的匹配度，不合格构件即时拦截返工。

智能化管理体系的运行效能取决于其数据分析能力，这需要建立专业的工程数据中心。中铁大桥局在公路桥梁建设中，部署了基于工业互联网的“建管云平台”，接入各类施工机械的CAN总线数据、环境监测站的气象水文数据、应力应变传感器的结构健康数据等，日处理数据量超过2TB。平台采用“云-边-端”协同架构，边缘计算节点负责实时处理高频率振动监测等时效性要求高的数据，云端则进行大数据挖掘和长期趋势分析[3]。例如通过机器学习算法建立的缆索吊装安全评估模型，可综合风速、索力、偏角等12项参数预测吊装风险等级，指导现场作业调整。在质量管控环节，基于深度学习的图像识别技术已得到规模化应用，中国交建在深中通道沉管隧道施工中，开发了混凝土外观质量智能检测系统，无人机采集的高清影像经ResNet50卷积神经网络分析，可自动识别裂缝、蜂窝麻面等缺陷，检测精度达到95%以上，较传统人工检测效率提升20倍。

安全管理智能化是体系建设的重点突破方向。在某公路工程项目创新应用“人员-机械-环境”三位一体监控系统，作业人员佩戴集成UWB定位芯片的智能安全帽，系统实时追踪其活动轨迹并与机械作业区域电子围栏比对，当存在交叉作业风险时自动推送警报。针对隧道施工的特殊环境，利用“智能通风调控系统”布设CO、粉尘、温湿度等多参数传感器，结合计算流体力学（CFD）仿真动态调整风机转速，使掌子面空气质量始终控制在职业接触限值以下。这些实践表明，现代智能化管理体系已从单点技术应用发展到系统级集成，正在重塑传统工程管理的范式。

二、BIM技术在工程设计中的应用

BIM技术在公路桥梁隧道工程设计阶段的应用，显著提升了设计的精准性和协同性。在公路桥梁隧道工程领域，BIM技术已从传统的三维可视化工具发展为支撑全生命周期管理的核心平台，其应用深度和广度不断拓展[4]。以某公路桥梁为例，设计团队创新性地采用参数化建模技术，将主跨1092米的斜拉桥分解为1874个参数化构件单元，每个单元包含几何参数、材料属性、施工工艺等32类信息。当调整索塔位置时，系统自动更新桩基坐标、斜拉索角度等186项关联参数，并通过有限元分析引擎实时校核结构安全性。这种参数化驱动设计模式使设计变更响应时间从传统方式的72小时缩短至4小时，设计错误率降低75%。特别值得注意的是，项目团队开发的“BIM+GIS”融合平台整合了航道、水文地质等环境数据，通过空间分析算法自动优化了桥墩布置方案，避免了3处潜在的通航安全隐患。

复杂地形条件下的路线设计是BIM技术大显身手的领域。在某公路设计中，中铁二院构建了覆盖8种地质单元的数字地形模型，利用BIM平台的空间分析模块生成了23种可能的线路方案。系统通过多目标优化算法，综合考虑施工难度（不良地质段长度）、运营安全（最大坡度）和生态影响（自然保护区穿越面积）等关键指标，最终推荐的方案较初设阶段减少隧道群长度14.6公里，节约工程投资12.3亿元。针对隧道与桥梁过渡段的设计难题，研发的“BIM-有限元”耦合分析工具能够自动识别应力集中区域，在某项目中该技术成功预测了桥隧连接部位的潜在剪切破坏风险，指导设计团队优化了配筋方案，将结构安全系数从1.8提升至2.3。

碰撞检测技术的智能化升级显著提升了设计质量。某桥隧工程应用了基于机器学习的智能碰撞检测系统，该系统通过分析5000多个历史工程案例建立的数据库，不仅能识别静态碰撞，还可预测施工过程中的动态干涉风险。在沉管隧道设计中，系统提前发现了测量塔与浮运设备的空间冲突问题，避免了可能导致的工期延误。更值得关注的是，某机场高速公路项目中采用的“BIM+激光扫描”逆向校验技术，通过将设计模型与现场扫描点云数据进行毫米级比对，发现了7处直径大于10cm的钢筋碰撞问题，均在施工前完成修正，使工程返工率控制在0.2%以下。

工程量计算的数字化转型正在重塑造价管理模式。深中通道项目开发的“BIM5D算量平台”实现了工程计量的重大突破，系统通过解析BIM模型中的构件属性，自动生成符合《建设工程工程量清单计价规范》的计量文件，并关联施工进度计划实现动态算量。在钢壳混凝土沉管预制阶段，平台计算的混凝土方量与实际消耗量偏差控制在0.5%以内，远优于传统手工计算的±3%误差水平。某地铁18号线创新应用的“BIM+区块链”工程量确认机制，将各参建方在共享模型中的数字签名实时上链存证，使计量支付周期从30天缩短至5天，显著提升了工程款支付效率。这些实践表明，BIM技术正在从辅助设计工具进化为工程决策的智能中枢，其价值创造能力持续提升。

三、预制构件智能化运输管理

预制构件的运输管理是公路桥梁隧道工程的重要环节。如今，公路桥梁隧道工程的预制构件运输管理已进入“数字孪生+物联网”的智能管控时代，通过构建运输全过程数字镜像，实现从梁场到工地的精准调度与风险预控[5]。在深中通道沉管隧道建设中，中交一航局研发的“智运系统”为每节重达8万吨的沉管建立了运输数字孪生体，集成GPS定位、吃水深度监测、系泊力传感等12类实时数据，结合珠江口潮汐模型与流体力学仿真，可提前6小时预测沉管浮运过程中的偏位风险。2023年E23管节浮运期间，系统成功预警了因突发西南风导致的缆绳受力异常，指挥中心立即启动应急拖轮介入程序，避免了可能发生的碰撞事故。该系统还创新采用“北斗三号+UWB”融合定位技术，在伶仃洋航道复杂水文条件下仍能保持厘米级定位精度，较传统GPS定位误差降低90%。

针对山区公路桥梁的T梁运输难题，四川某高速研发的“智能驮运系统”展现了技术创新价值。该系统在运梁车上安装多维姿态传感器，实时监测梁体倾斜度、振动加速度等关键参数，当车辆通过海拔落差达1500米的二郎山段时，AI算法根据历史运输数据与实时路况，动态计算每个弯道的安全通过速度阈值。特别值得关注的是其开发的“预变形”控制技术，在通过S形弯道前，液压系统会按照数字孪生模型的预测结果主动调整梁体空间姿态，补偿转弯时的离心变形，确保40米长T梁的运输安全。据统计，该系统使单次运输时间缩短35%，梁体裂缝发生率降至0.2%以下。这些创新实践表明，预制构件运输已从经验驱动转向数据驱动，智能化管理正在重塑交通工程建设的安全边界与效率极限。

四、施工质量智能监控

施工质量的智能化管理依赖于BIM、传感器网络和数据分析技术。通过构建全域感知、智能诊断的质量管控体系，实现了从被动检验向主动预防的根本性转变[6]。在深中通道沉管隧道施工中，中交四航局研发的“混凝土智能养护系统”集成了温湿度传感器、红外热成像和AI视觉识别技术，对沉管预制全过程进行数字化监控。系统通过部署在钢模板内的128个温度传感器，实时监测混凝土水化热变化，结合BIM模型预测温度应力分布，当监测到温差超过15℃时自动启动分层喷淋养护。更值得关注的是其开发的“表面缺陷AI诊断模块”，采用改进的YOLOv5算法对采集的混凝土表面图像进行分析，可识别0.2mm以上的裂缝和直径5mm以上的气孔，检测准确率达到98.7%，较传统人工检测效率提升30倍。该系统使沉管预制的一次验收合格率从92%提高到99.5%，为世界首例双向八车道海底沉管隧道建设提供了质量保障。

钢结构施工质量监控方面，某桥梁项目建立了基于分布式光纤传感的质量追溯体系。在钢箱梁焊接过程中，预埋的FBG光纤传感器网络实时监测焊接温度场变化，数据通过5G网络传输至云端分析平台，采用深度神经网络建立的焊接质量预测模型，可根据温度梯度曲线判断焊缝内部缺陷概率。项目累计监测焊缝长度达38.6公里，提前发现并处理了17处潜在未熔合缺陷。

隧道施工质量监控的智能化突破体现在地质超前预报与支护质量联动控制上。某公路隧道应用了“智能地质预报-支护决策系统”，将TSP地震波法、地质雷达和钻孔成像数据融合处理，采用卷积神经网络建立的围岩分级模型，预报准确率达到85%以上。系统创新性地实现了地质预报数据与支护参数的智能匹配，当探测到Ⅴ级围岩时，自动调整钢拱架间距和喷射混凝土厚度，并通过安装在湿喷机械手上的激光测距仪实时校核支护尺寸。项目还开发了“初期支护质量区块链存证系统”，将锚杆拉拔力、喷射厚度等检测数据实时上链，确保质量记录不可篡改。该技术使隧道超挖量控制在8cm以内，较传统施工降低60%。

路基施工质量监控则展现了智能压实技术的革新成果。某高速公路采用的“智能压实导航系统”集成了GNSS定位、振动传感器和机器学习算法，为每台压路机建立数字孪生模型。系统通过分析振动频率与路基回弹模量的相关性，实时生成压实度云图，当检测到薄弱区域时自动规划补压路径。其开发的“材料变异预警模块”可通过压路机振动信号频谱分析识别填料含水率异常，在雄安段施工中成功预警了3处因降雨导致的填料含水率超标问题。据统计，该系统使路基压实均匀度提高40%，工后沉降减少35%。这些实践表明，智能监控技术正在突破传统质量管理的时空限制，通过数据驱动实现施工质量的精准管控。

五、安全管理智能化

安全管理是公路桥梁隧道工程的核心环节。通过构建虚实交互、主动预警的安全管控体系，实现了从被动应对到主动预防的范式转变。在高空作业安全监控方面，某公路工程研发的“智能索塔作业系统”展现了技术集成的突破性进展。该系统为每位高空作业人员配备智能安全帽，集成心率监测、姿态传感器和AR显示功能，当检测到作业者出现疲劳体征（如心率异常、身体晃动幅度超标）时，立即启动云端协同预警机制。特别值得关注的是其开发的“虚拟防护栏”技术，通过索塔上部署的毫米波雷达阵列，构建动态安全边界，任何越过虚拟边界的动作都会触发塔吊限位装置。这些措施使这这项工程建设期间实现了零死亡事故。

隧道施工安全监控的智能化突破体现在超前地质预警与应急响应的闭环管理上。某隧道应用的“岩爆智能预警系统”融合了微震监测、地应力测量和机器学习算法，布设的128个微震传感器构成了立体监测网络，能够捕捉岩体破裂前兆信号。系统通过深度神经网络建立的预测模型，可在岩爆发生前4-6小时发出三级预警，准确率达到82%。

六、总结

综上所述，智能化管理是公路桥梁隧道工程建设的必然趋势。本文从管理体系构建、BIM技术应用、预制构件运输、施工质量监控及安全管理等方面，系统分析了智能化管理的核心要点。研究表明，通过整合BIM、物联网、5G等技术，可实现工程建设的精细化、协同化管理，显著提升施工效率和质量控制水平。未来，随着人工智能、数字孪生等技术的进一步发展，智能化管理将在公路桥梁隧道工程中发挥更大作用，推动行业向更高水平迈进。

参考文献：

[1]陈俊峰. 公路桥梁隧道工程智能化建设管理要点研究[J]. 运输经理世界，2024，2（31）：85-87.

[2]任壬，王健. 公路桥梁隧道工程项目智能化建设管理措施探究[J]. 智能建筑与智慧城市，2024，6（4）：170-172.

[3]胡恩来. 隧道智能化机械化施工关键技术应用研究[J]. 工程技术研究，2023，8（12）：79-81.

[4]黄桂华，左兴健. 浅谈隧道智能建造技术的应用[J]. 低碳世界，2024，14（7）：157-159.

[5]雷州. 公路工程质量监管内容及控制要点分析与研究[J]. 越野世界，2024，11（23）：83-85.

[6]黄丽. 基于信息化系统的数字隧道施工智能化管理[J]. 大科技，2023，9（13）：145-147.