BookChapter (13)济南黄河济泺路隧道工程

隧道透明地下工程应用需要多学科跨学科协同技术，主要包括以下几个方面：

过江隧道

长江早就有了过江隧道，如武汉长江隧道、上海长江隧道、南京长江隧道等等，至今已共有17条隧道穿过长江底部，另外芜湖、南京、重庆还有4条在建。济南黄河隧道的特殊之处就在于，它不仅国内直径最大的公轨合建隧道，还是黄河流域最大直径的隧道，最关键的是首次穿越地上悬河黄河。这代表国人渡黄河的方式转变，由水上跨越到水下穿越。

济南黄河济泺路隧道工程

济南黄河济泺路隧道工程，被誉为“万里黄河第一隧”，全景如图 ‎9.21所示。2017年11月28日工程奠基，2021年9月29日正式通车，整个工程历时三年半。整个隧道工程全长4760米，其中隧道长3890米，有2519.2米是采用盾构隧道形式从黄河下面54米深处穿越黄河。隧道为双管双层，外径15.2米，大约相当于4-5层楼那么高。上层跑汽车，双向六车道，最快5分钟可过黄河；下层预留给轨道交通，以后跑地铁。从2019年9月开始，“黄河号”和“泰山号”两台超大直径泥水平衡盾构机先后始发掘进，首次开启对地上“悬河”的穿越。2020年10月30日东线隧道率先贯通，此次西线隧道也顺利贯通。根据有效掘进时间统计，平均每天掘进10.8米，创造了超大直径盾构隧道施工新纪录。济南黄河济泺路隧道具有长距离、浅覆土、高水压、超大直径、超深基坑等特点，施工风险极大。攻克了钙质结核地层，粉质黏土等造成的管道磨损、卡泵、吸口堵塞等一系列世界级难题，在历经511天掘进后，两条隧道相继贯通。针对工程水文和地质条件，中铁十四局与建设单位联合研制两台开挖直径15.76米的泥水平衡盾构机施工。期间，技术创新团队攻克了卡泵、吸口堵塞等诸多世界级难题，取得了19项科研成果和88项专利，进一步提升了我国盾构隧道建造能力和技术水平。中国工程院院士钱七虎认为，济南黄河济泺路隧道为建设黄河中下游通道提供了有力依据，形成的超大直径盾构适应性选型配置等关键技术达到国际领先水平。将带动黄河两岸经济高效、一体化发展。钱七虎院士评价：“这是一条以科技创新为支撑的高质量隧道。” 根据上面这段话，详细阐述济南黄河济泺路隧道基本情况、相关技术、建设难点、建设意义以及对隧道地下工程应用的发展影响

管片生产研发了中国国内第一条15米以上的自动化管片生产线，研发了管片抹面机器人、管片3D智能检测系统，开展20余项技术创新，系统性地研发了超大直径盾构管片生产线设计及生产创新技术。形成了针对黄河地质特点的盾构掘进参数控制、姿态控制、注浆控制及拼装工艺等一系列施工工艺工法。盾构管片预制及拼装实现了信息化施工。管片预制采用国内领先水平的盾构管片智能化生产管理信息系统，每块管片均有信息芯片，实现了管片预制信息化及可追溯性;通过安装盾构数据监控系统，实现盾构数据实时监控、分析、报警，最终实现了盾构施工信息化管理。基于倾斜摄影的用地红线复核。南岸施工区域地处济泺路主干道，按照项目整体规划，需要阶段性进行拆迁工作，通过无人采集地面构筑物信息，并将施工红线与地面坐标匹配，精确定位拆迁位置，并标注区域内重要建筑分布（如黄河医院、加油站、派出所）。合理制定拆迁方案，减少对周围居民生活的影响。三维交底。对建立盾构段的全专业模型整合，进行进行多截面剖切，可直观查看给排水、电气、箱涵、管片等结构形式相互关系，全面查看多专业设计效果，为隧道内部优化设计提供模型参考，并满足施工三维可视化的交底需求。在北岸明挖敞开段图纸上预留孔没有直接给定细节数据，而是给出了大概的位置和间距。利用BIM模型将所涉及其他专业的预留孔洞和预埋件在模型上进行定位，是将设计的意图进行细化的过程，可以将设备及其预留孔排布在模型上表达出来；施工时通过查看图纸和模型，能够更有效的进行定位，提高施工效率。质量安全管理。利用BIM技术进行现场质量、安全问题整改闭环管理。技术员发起质量、安全问题协作，关联模型和相关资料，利用手机对问题位置拍照上传，系统通知相关负责人进行整改，并对问题持续跟踪留底，增强问题的过程监控，为项目质量安全管理的作出辅助。安全方面需重点观察现场施工围栏是否合格、工人施工防护措施是否到位、起降吊装是否规范等，质量方面涉及钢筋绑扎间距、模板接缝、混泥土振捣等。BIM技术为质量安全管理提供信息化手段。构件信息管理。BIM作为信息在建筑物全生命周期当中流转的技术，信息是BIM的关注点。模型上传平台含有设计标高、尺寸等信息，可以实现设计信息有效的传递给施工单位，施工过程记录现场施工信息（包括测量数据、进度信息、施工资料、影像照片等）有效的传递给运营单位，提升工程信息的共享率。资料管理。通过资料管理模块，可将施工管理中、项目竣工和运维阶段需要的资料档案（包括施工班组成员信息、验收单、合格证、检验报告、工作清单、设计变更单等）等上传到鲁班BIM平台，实现资料的可追溯性。一旦发生问题，可以在鲁班BIM平台上调取与该构件相关的设计、施工、验收、运维等相关资料，及时定位问题发生的位置、分析问题原因，实现问题的可追溯性。济南黄河隧道智慧工程指挥中心，由盾构机监测系统、“BIM+GIS+IOT”系统、视频监控系统构成。“BIM+GIS+IOT”系统由鲁班软件定制开发，具有模型信息展示、协同管理、物联网系统集成等功能。指挥中心以BIM技术为核心，集成GSD和IoT，是项目施工阶段和运维阶段的数字底板，将工程主体与周边环境1：1数字化还原，可查看工程信息、构件信息、地理信息，横纵剖切实时获取项目主体与周边环境关系。

盾构机掘进管控系统对接鲁班BIM平台，实现管片从管片场、运输、拼装在盾构掘进过程中的管控，承接管片从生产到使用的数据流通，做到最管片全生命的精细化管理，在盾构机掘进过程中智能管控。经济效益。项目施工阶段碰撞检查会结合施工方案、结构偏差及深化设计方案查找碰撞点，可以发现影响实际施工的碰撞点，避免工期的延误等问题。在项目工程中碰撞检查检查出的问题并提前解决，发现项目19处碰撞、30个图纸问题，节省工期约30天，综合效益评估900余万。社会效益。自BIM平台指挥中心发版以来，作为项目智慧指挥中心大屏的板块组成部分，是项目参观观摩活动中的展示部分之一，累计参观人数多达2000余人次，其中在2019年8月份在项目上举办“中铁十四局大盾构公司安全生产大会”、“济南市项目经理大会”中，真切体现项目智慧化、数字化、信息化的生产管理方法，受到行业领导及业内同行的关注。BIM技术在隧道工程施工中的应用具有非常重要的现实意义，济南黄河隧道项目通过集成运用BIM技术、云计算、大数据，将采集到的隧道工程施工数据上传至平台分析和存储，将施工现场进行三维全真模拟，实现了隧道工程建设项目的全程管理，使得整个施工过程可视化、智慧化、科学化，提升项目管理的精细化水平，促进我国隧道工程施工项目稳步发展。

IM是信息化发展的产物,它作为一种先进的技术正在悄然推动着建筑行业的生产方式、管理和技术变革。近年来，BIM技术在房建领域已积累了大量的实践经验，BIM也逐步在基建市政领域落地应用。由中铁十四局集团大盾构工程有限公司承建的济南黄河隧道项目，率先引入鲁班BIM技术，通过BIM技术的深入应用，在项目的成本管控、质量安全管理、进度管理等方面取得了显著成效，成为隧道BIM应用实践的典范。

1、项目概况

济南黄河隧道位于济南城市中部，北接鹊山片区、济北次中心，南接中心城区主干道济泺路，距建邦黄河大桥和济南黄河大桥的水平距离分别约6.5km、5.1km。其中穿黄隧道3850m、接线道路910m及相关的附属工程，其中盾构段全长2519m，开挖直径15.76m。隧道为双管双层管片外径15.2米，内径13.9米，采用泥水平衡盾构机施工，开挖直径15.72米，上层为双向6车道，下层分为四部舱，分别是轨道交通M2线、烟道、纵向逃生通道、管廊，是目前国内在建的最大盾构隧道之一全长4760m，主要包括穿黄隧道3850m、接线道路910m及相关的附属工程。

根据上面这段话，详细阐述济南黄河济泺路隧道的透明地下工程智能化建设

BIM模型应用

图纸问题。三维模型的一个优势是有利于发现二维图纸可能隐藏的问题，通过多专业、多阶段的模型叠加可以直观的看到“错、漏、碰、缺”。到目前为止我们已经发现了30个北岸工作井图纸问题、9个明挖段图纸问题、4个盾构段机电图纸问题等。基于倾斜摄影的用地红线复核。南岸施工区域地处济泺路主干道，按照项目整体规划，需要阶段性进行拆迁工作，通过无人采集地面构筑物信息，并将施工红线与地面坐标匹配，精确定位拆迁位置，并标注区域内重要建筑分布（如黄河医院、加油站、派出所）。合理制定拆迁方案，减少对周围居民生活的影响。三维交底。对建立盾构段的全专业模型整合，进行进行多截面剖切，可直观查看给排水、电气、箱涵、管片等结构形式相互关系，全面查看多专业设计效果，为隧道内部优化设计提供模型参考，并满足施工三维可视化的交底需求。出地面结构复核。北岸盾构工作井结构复杂，存在10余处露出地面结构物。通过三维模型精确展示各个结构的位置关系，并结合完工后的设计地面验证其布置合理性。对帮助理解设计意图，优化设计方案起到巨大帮助。排布优化。废水泵房在整个隧道设计和施工是复杂的控制节点之一。因为有管道种类多、强电弱电交叉、拐角多、施工空间狭小等条件约束，在满足使用要求的同时还要留出检修空间，所以BIM模型的三维可视化、管线空间优化起到了重要作用。将隧道管片模型、废水泵房土建模型、机电模型进行整合，在模型的剖面可直观查看管线设计情况，复核设计的合理性，有些二维图纸上难以良好表达的节点可以很直观的查看模型。此外，利用模型可以进行管线的排布优化，提高空间的使用率。预留孔洞。在北岸明挖敞开段图纸上预留孔没有直接给定细节数据，而是给出了大概的位置和间距。利用BIM模型将所涉及其他专业的预留孔洞和预埋件在模型上进行定位，是将设计的意图进行细化的过程，可以将设备及其预留孔排布在模型上表达出来；施工时通过查看图纸和模型，能够更有效的进行定位，提高施工效率。

BIM平台应用

质量安全管理。利用BIM技术进行现场质量、安全问题整改闭环管理。技术员发起质量、安全问题协作，关联模型和相关资料，利用手机对问题位置拍照上传，系统通知相关负责人进行整改，并对问题持续跟踪留底，增强问题的过程监控，为项目质量安全管理的作出辅助。安全方面需重点观察现场施工围栏是否合格、工人施工防护措施是否到位、起降吊装是否规范等，质量方面涉及钢筋绑扎间距、模板接缝、混泥土振捣等。BIM技术为质量安全管理提供信息化手段。进度管理。将施工进度计划导入鲁班BIM平台，形成4D的计划模型，随着施工过程中实际进度的更新录入，可在鲁班BIM平台中看到实际进度与计划进度的提前或滞后关系，为工期调整提供直观的依据。构件信息管理。BIM作为信息在建筑物全生命周期当中流转的技术，信息是BIM的关注点。模型上传平台含有设计标高、尺寸等信息，可以实现设计信息有效的传递给施工单位，施工过程记录现场施工信息（包括测量数据、进度信息、施工资料、影像照片等）有效的传递给运营单位，提升工程信息的共享率。资料管理。通过资料管理模块，可将施工管理中、项目竣工和运维阶段需要的资料档案（包括施工班组成员信息、验收单、合格证、检验报告、工作清单、设计变更单等）等上传到鲁班BIM平台，实现资料的可追溯性。一旦发生问题，可以在鲁班BIM平台上调取与该构件相关的设计、施工、验收、运维等相关资料，及时定位问题发生的位置、分析问题原因，实现问题的可追溯性。移动端应用。项目应用Luban iWorks手机端，可轻量化查看模型，查看构件属性信息、进度信息、资料信息，并支持模型构件的数量统计、消耗量添加、节点信息查看，为项目人员快速读取信息、更新信息提供了一个便捷的移动环境，为项目BIM应用多平台整合提供了基础。

基于BIM的指挥中心

济南黄河隧道智慧工程指挥中心，由盾构机监测系统、“BIM+GIS+IOT”系统、视频监控系统构成。“BIM+GIS+IOT”系统由鲁班软件定制开发，具有模型信息展示、协同管理、物联网系统集成等功能。指挥中心以BIM技术为核心，集成GSD和IoT，是项目施工阶段和运维阶段的数字底板，将工程主体与周边环境1：1数字化还原，可查看工程信息、构件信息、地理信息，横纵剖切实时获取项目主体与周边环境关系。盾构机掘进管控系统对接鲁班BIM平台，实现管片从管片场、运输、拼装在盾构掘进过程中的管控，承接管片从生产到使用的数据流通，做到最管片全生命的精细化管理，在盾构机掘进过程中智能管控。

BIM效益

经济效益。项目施工阶段碰撞检查会结合施工方案、结构偏差及深化设计方案查找碰撞点，可以发现影响实际施工的碰撞点，避免工期的延误等问题。在项目工程中碰撞检查检查出的问题并提前解决，发现项目19处碰撞、30个图纸问题，节省工期约30天，综合效益评估900余万。

社会效益。自BIM平台指挥中心发版以来，作为项目智慧指挥中心大屏的板块组成部分，是项目参观观摩活动中的展示部分之一，累计参观人数多达2000余人次，其中在2019年8月份在项目上举办“中铁十四局大盾构公司安全生产大会”、“济南市项目经理大会”中，真切体现项目智慧化、数字化、信息化的生产管理方法，受到行业领导及业内同行的关注。依托BIM技术应用，项目斩获多项大奖，如中国公路学会交通BIM工程创新奖二等奖、第三届优路杯全国BIM技术应用大赛金奖等，提升企业形象。

BIM技术在隧道工程施工中的应用具有非常重要的现实意义，济南黄河隧道项目通过集成运用BIM技术、云计算、大数据，将采集到的隧道工程施工数据上传至平台分析和存储，将施工现场进行三维全真模拟，实现了隧道工程建设项目的全程管理，使得整个施工过程可视化、智慧化、科学化，提升项目管理的精细化水平，促进我国隧道工程施工项目稳步发展。