隧道施工智能化管理的实现与应用-以柞木台隧道为例

隧道施工智能化管理的实现与应用-以柞木台隧道为例

申宝稳郭心想

中交路桥南方工程有限公司北京101121

摘要：本文以柞木台隧道为依托工程，阐述隧道智能化管理的实现与应用。简要介绍了隧道管理系统总体设计、门禁考勤系统设置与优化、隧道内监控系统的架构和传输、安全监控预警系统以及各个单兵模块的应用和综合管理。

关键词：隧道施工；智能化；管理；系统优化

1.概述

近些年，我国交通基础设施不断建设、发展和完善，在发展的过程中我们遇到同时也解决了许多管理技术上的问题，而在公路之中隧道是其中的重要环节，也同时是施工过程中的安全隐患较多的问题，因此，国内外对都对隧道施工监控与监控系统的研发方面进行了研究，也取得了许多喜人的成果

国外对监测自动化的研发起步很早，早在20世纪60年代，这种自动化监测已进入实用阶段。在80年代来临，施工监测技术随着电子信息技术的发展而不断完善，受到了深远的影响。同时也带动了在隧道施工监测自动化的革命式变革，是远程监控施工进度及人员安全成为可能。科学技术是第一生产力，不懂更新和变革就要被淘汰，做人如此，对一个国家更是如此，而在我们技术领域同样适用。分布式监控系统也就应运而成，其基本设想是基于在隧道施工过程中，建立不同单元，各个单元监控系统对施工过程进行监控，并有数据总线传输给后台控制处理中心。如意大利的ISMES研发的微机辅助施工监测系统，通过施工现场传来的施工技术与管理指标，并对其进行在线的判断和预警，第一时间对现场进行处理，最大可能的提高后来技术管理的效率。

面对我国巨大的交通基础设施建设市场，为解决业主和施工单位的广大需求，在应用RFID射频识别技术并伴随远程视频监控技术，将隧道内预采集信息通过远距离传感技术进行信息整合，通过多媒体、3D技术集中显示在管理平台，建立物联网的信息采集和处理同步的隧道智能化施工管理APP。针对于传统的“工作人员管理”，经常由于管理和工作人员的疏漏，导致信息的丢失，并且传统方式只能统计总人数，无法识别人员实时具体位置等缺点，本系统应用先进技术对人员管理系统进行革新，实现人员管理、定位的智能化和自动化，这样既节约了人工成本，又提高了工作效率。本系统合理利用各项资源，对现有资源进行优化整合，满足用户需求，既保证现有管理系统的正常运转的前提下，利用新技术对系统进行优化设计，包括无线手机APP、LED管理屏幕，保证信息实时准确的传输到用户位置，这样就提高了工作效率和管理效率，节约时间成本，实现远程管理和信息共享管理，对于隧道施工的决策有不可估量的作用。

图1系统总体架构图

2.智能化管理系统架构

面对环境复杂的隧道系统施工，建立智能化管理系统平台，首先需遵循合理科学的系统设计原则，本系统设计总图如图1所示，该系统设计原则如下：

（1）先进性设计原则

在经济性的前提下，系统应不断尝试新的技术的应用，这样不但可以将系统的技术水平提高，还可以同时改善管理系统的管理水平。同时先进的技术和设备有保证了该系统的实时更新性，保证了技术不断进步过程中，系统的不断完善，这就显著提高了管理系统的先进水平，保证在技术不断进步的现今，管理系统可以保证生机和活力，与技术发展相适应，做到与时俱进，这样才是有潜力的管理系统。

（2）系统的可靠性高

系统保证信息的可靠度，剔除错误信息。在人员佩戴3G有源射频卡，经过系统的人员培训后，保证佩戴无误，既可保证系统的识别率无误，正确信息占比100%，在隧道内部有等距分布的识别器，可对3G有源射频卡进行信息摄取。信息卡识别距离最大可达到五十米。每个工作人员所佩戴的射频卡都有不同的信息，不同读卡器在读取信息之后，进行信息的快速整合，

在隧道中，最小的可识别距离已达100米，在100米的距离范围内标签卡发出的信号都可以被检测，高级抗冲突性。每个检测点每次，同时识别出的工作人员信息可达50个；稳定的识别能力。无漏项，无误码，误码的概率低于十万分之一；敏锐的识别度。能够高速识别置于动态或者静态的标签卡，识别的速度不低于200公里每小时；双向警报发现控制。发生危险时，只要施工者触动了源头射频卡，射频卡立即发出报警信息，及时报警，安全保障员立即处理危险；在设计系统的时候，完善产品的技术指标，尽可能地提升系统的可靠度。

（3）具有广泛的应用前景

在该系统中，系统信息传输采用不同的传输设备，其中包括光纤传输、以太网架设等多种传输方式相结合，相比较选取最有解决方案，满足复杂的施工要求和施工环境。并保证了整套系统的先进水平，防止单种传输方式的不适用性，保证应对不同环境系统的适应能力。在考虑到现今计算机和视频技术飞速发展的今天，要提高系统的适应能力，就必须为系统留有足够的预留空间和更新换代余地，可保证系统在长时间内的先进水平和自我革新能力。

（4）系统便于维护和安全性能

考虑到隧道中复杂的施工条件，设计系统必须保证安全可靠性高，即系统运行简洁明了，通电开关即可进行系统监测管理，在保证系统较高的可靠性条件下，即使系统出现问题，在施工现场就可进行简单常规的维修工作，保证系统以最快的速度重新工作。由于隧道内部环境恶劣，保证系统对灰尘和瓦斯爆炸具有较高的安全作用和预警作用。保证隧道内部的系统环境适应度，即不需要避开较大的干扰信息，可适用隧道恶劣的环境特点。系统的电路具有较高的敏感性，这就容易导致系统出现错误和纰漏，在系统设计中保证整个系统电路的安全性，避免发生系统故障和系统差错引起的安全事故，保证系统顺利运行的前提下，提高安全性能。

（5）软件便于操作

软件APP具有全中文的目录，进入界面分条设置界面操作信息，一键式查询相关信息，剔除无用信息，保障了实用信息的快速和完整性，又节省了内存，还可以设置预警值和推送设置，随时随地的进行隧道施工管理，这就成功的解放了管理人员，这也为企业提高工作效率提供软硬件支持。

3.系统关键技术措施及方案

3.1隧道内监控系统的设计及传输方式

图2隧道内外系统视频监控设备架设图

上图所示隧道内外系统视频设备假设图，假设原则是保证关键位置无死角全天候监控，保证出现事故及时处理。所有视频监控的电力供应设施为普通居民城市电压，保障设施的方便使用。辅助视频监控设备的有视频无线传输装置，避免复杂隧道条件的线路铺设，既节约成本又提高效率。建立集中的服务器，保证网络的顺畅和信息的实时传输的可靠性。隧道内外所有的视频通讯终端收集信息，将信息不间断的传送到服务器，传输手段为无线传输技术，在通过服务器的整合将信息传送到现场监控平台和办公指挥中心。按照这样的流程，施工方和业主方都可以同步的接收讯息，保证信息的实时可靠性，方便多方汇总集中处理问题。整体系统设计遵循的原则是“高技术、高可靠度、高经济性、高度集成、高效率”，根据以上原则进行设计系统和管理信息。

施工现场采取先进的视频监控设备和传输技术，保障了设计的完整性，采取科学的设计原则，来进行系统的智能化设计和管理，该系统在同类系统中处于先进水平，最为优异的是系统的适用性强，可适应各种复杂环境下的施工管理，这开拓了系统应用的广泛前景。

图3系统供电图

作为隧道施工的电力供应，因隧道中复杂多变的环境，所以对整个智能化监控系统电力供应的要求不断提高。具有高可靠度和安全性的电源设备和电缆传输设备可保障整个系统正常的运转。对瓦斯具有较高的防护和预防措施，可避免隧道安全事故的发生。同时由于电缆设备在隧道内恶劣的施工环境下，容易出现漏电，引起人员安全事故，所以电缆设备的耐磨性也提出较高的要求。系统供电图如图3所示。

该系统均属于电子设备，然而电子设备经常会有静电吸附，在高浓度的瓦斯通道内，这种静电的存在就更是一种巨大的安全隐患，当瓦斯浓度达到一定数值时，静电与瓦斯产生爆炸，所造成的危险不可想象。所以在隧道内所有设备通过接地线来去除静电，防止安全事故的发生。

图4隧道施工智能化监控监控台

视频监控系统由中端服务器、前端视频摄录设备、信号转换器以及通讯传输设备。

服务器通过对前端信息的整合，将视频、音频、数据等信息通过通讯传输到移动终端APP，通过终端的信息调用提取有用信息，以便查看相关数据和视频信息。

前段视频监控通过角度的改变，实施施工现场的全方位监控，通过云数据平台，进行数据的实时传送，提供视频、音频、数据的全方位监控体系。

系统将前端的视频接收装置和音频收集装置收集的图像和声音信号，转化为电信号，数据不断地传输到服务器，在通过信息整合，传输到终端服务器的视频监控和信息管理平台。

系统通过与借口相适应的转换器来对收集信号进行转化，将不同监测内容和警戒规范，转化为统一类型数据，方便数据的快速处理，提高工作效率。

通讯传输：主要是一些RVVP线缆和网线构成，实现视频信号的及时传输。3.2单兵模块应用及综合管理

根据需求，首先，各个子模块之间需要通讯，其次，各个模块跟现场监控主机进行通讯。（单兵模块及综合管理系统图，见图5）最后。现场和总指挥办需要移动网络进行通讯，其详细需求表格如下（表1）

图5单兵模块及综合管理系统图

由于隧道施工中，有不同隧道共同施工，在隧道口将该隧道的收集信息，包括人员信息和定位信息，确保第一时间输送到人员调动中心，方便在指挥中心进行大现场的整体调动和协调，保证工作效率。

表1通信接口需求

4.结论

通过对该工程隧道智能化安全管理系统的研发，解决了本工程在施工管理上的难题，并且极大提高了管理效率，实现业主监管，也提高了业主满意率，实现对施工的共同监管，小则提高公司业内竞争力，大可促进传统的工程业的智能化变革。一方面，在我国西部交通基础设施的进一步发展和我国又一次大力度推进基础设施建设，在我国实行的“一带一路”的政策方针下，我国西部山区将会出现越来越多的（公路、铁路）隧道的情形，技术成果拥有广阔的应用前景。另一方面，随着经济的大力发展和现有自媒体的发达程度，社会必将在重视经济发展的前提下，越来越关注工程质量和人员安全的两大问题，该套系统的研发成功解决了这两大关键问题，试想未来在一线工作的隧道工程人员，他们的领导和家人以及关心他们的社会每一位都可随时随地的看见他们的身影，远在天涯、近在咫尺更加体现了社会主义的人文关怀。

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