复杂艰险山区铁路 智能建造技术应用

复杂艰险山区铁路

智能建造技术应用

魏新元，解亚龙，王万齐，鲍榴，刘红峰，智鹏

122232

2.中国铁道科学研究院集团有限公司电子计算技术研究所，北京100081；

3.北京经纬信息技术有限公司，北京100081）

（1.川藏铁路有限公司，四川成都610043；

摘要：结合复杂艰险山区铁路工程特点，提出智能建造技术工程化应用总体目标，设计智能

建造管理平台的功能和技术架构，在开工前置条件、建造执行管控、竣工验收及配套保障等方

面提供智能化管理。该平台实现了地质勘察、设计咨询和征地拆迁等信息化管理；在人员、机

械、材料、环境、临时工程和工程本体等方面实现了系统化管控，并结合隧道、桥梁等典型工

程，提出翔实的数字化施工管理手段；在应急救援、验收标准调整、监理新模式、中心试验室

信息化、网络安全和通信保障等方面，建立工程化实施的配套保障措施。该应用可为复杂艰险

山区铁路的施工管理提供整体解决方案和指导意见。

关键词：复杂艰险山区铁路；智能建造；铁路工程管理平台；监理模式；中心试验室；信息化；

应急保障

中图分类号：U215；TP39文献标识码：A文章编号：1001-683X（2021）04-0009-11

DOI：

10.19549/.1001-683x.2021.04.009

0引言

随着我国西部大开发和“一带一路”倡议的实施，

恶劣、生态环境脆弱，该地区铁路项目具有桥隧比高、

长大隧道多、大跨度桥梁多等工程特点，面临施工环

境恶劣、安全风险多、建设周期长、建造难度大等挑

战，传统劳动密集型施工作业难以适应工程建设需要，

亟需系统总结并运用智能建造最新成果，破解建设管

理难题、提升管理效能。

越来越多的西部山区铁路建设不断开启。复杂艰险山

区自然地理环境特殊、地质条件复杂多样、气候条件

基金项目：

中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划项目

（P2019G003）

第一作者：

魏新元（1982—），男，高级工程师。

1系统架构

结合复杂艰险山区铁路的工程特点和管理需求，

E-mail：***************

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-9-

对长大隧道、大跨度桥梁施工开展工程建设信息化应工程本体、临时工程等方面开展数字化应用，搭建智能

用，通过构建智能建造管理平台，实现前期勘察设计建造执行系统，为工程进度、安全、质量、环保、投资

进度和成果管理、中期施工智能化管控、后期质检验等提供有效管理手段；构建静态验收、动态验收、竣工

收全过程的数字化应用，为打造精品铁路工程保驾护交付等系统，为建设运维一体化应用预留技术条件。

航。具体目标如下：（3）结合长大隧道、大跨度桥梁的地质情况、施

（1）围绕全生命周期管理要求，建立智能建造管工工艺和工序特点，构建有针对性的信息化系统，确

理平台，从开工前置条件、建造执行管控、竣工验收保桥梁、隧道等重难点工程安全有序施工。

和配套保障等关键环节开展应用，提出平台总体功能（4）从验收标准调整、监理新模式、通信保障、

架构，搭建一体化管控平台。网络安全、应急救援、中心试验室信息化等方面提出

（2）实现开工前置条件的信息化管理，为高质量、配套保障建议，确保智能建造顺利开展。

高起点开工提供技术保障；从人员、机械、材料、环境、智能建造管理平台总体功能架构见图1。

复杂艰险山区铁路智能建造技术应用魏新元等

图1智能建造管理平台总体功能架构

智能建造管理平台技术架构共分为5层，从下至上（3）设施层/云平台。主要为云计算、云存储、负

依次为：载均衡、网络安全、监控运维等技术。

（1）感知层。主要通过传感器、身份标识、北斗、（4）基础服务层。主要包括统一的基础编码、搜

视频监控、光学测量等技术感知现场工程动态。索引擎、GIS、BIM等平台性的服务。

（2）网络层。主要通过有线网、VPN、4G/5G、超（5）应用层。主要为各类具体应用。

级Wi-Fi、蓝牙等技术实现感知网络接入和汇集。智能建造管理平台技术架构见图2。

图2智能建造管理平台技术架构

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2开工前置条件

对于开工前置条件，通过构建以下系统，实现地

质勘察（简称地勘）、设计管理和征地拆迁等活动的信

息化管理：

（1）地勘管理系统。用于加强现场指挥部对地勘

工作的现场管控，实现地勘成果的数字化管理。围绕

地勘工作大纲，完成勘察进度上报、监理单位签认与

审核、地勘报表在线汇总统计等工作，实现建设、地

勘、监理单位的在线协同。依据《铁路工程地质勘察

规范》相关要求，汇总深孔的岩性、强度、地应力、

地温、涌水量等多项关键参数，以及重金属、有害气

体等特殊地质数据，保存岩心图片影像资料，形成

管理。

（2）设计管理系统。包括施工图审核、设计成果

管理、设计配合、设计变更等管理子系统。其中，施

工图审核管理系统提供供图计划管理、审核咨询意见

在线提交、审核意见落实整改、审核过程记录等功能，

并集成视频会议功能，为施工图的远程会审、现场交

底提供支持；设计成果管理系统实现设计成果的结构

化交付管理，为设计成果直接输入平台奠定基础；设

计配合管理系统实现设计人员对施工图复核意见的在

线回复和说明，并实现设计对接、设计回访等记录管

理，用于加强现场设计配合管理工作，协助解决现场

设计技术问题；设计变更管理系统用于加强设计变更

和动态设计管理，实现设计变更流程的在线协同、变

更资料的在线管理以及设计成果的多版本比对管理。

（3）征地拆迁系统。利用GIS地图实现对土地征

用、房屋拆迁、三电迁改的可视化管理

［1］

（见图3）。

其中，土地征用功能以用地红线为依据、以实际勘测

的用地界线为参考，对需要征收的土地进行信息化和

可视化管理，对土地征用面积、征用进度、征用类型

进行全局性概览管理；房屋拆迁功能通过对被拆迁房

屋基本信息的记录，如房屋楼层、面积、建筑材料等，

并上传现场采集的照片，使拆迁工作有据可考、有迹

可循，并且所记录信息均将作为拆迁补偿依据；三电

迁改功能通过对迁改信息的标绘和统计，并关联迁改

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方案和图纸，对迁改方案进行直观精确地展示。

图3征地拆迁信息的GIS表达

3建造执行管控

建造执行管控的对象包括人员、机械、材料、环

境、工程本体和临时工程等，即依靠信息化手段对项

目管理的主要参与要素进行系统化管控。

3.1人员管理

包括人员健康、劳务用工、劳务工工资、人员培

训等管理子系统，所有系统均基于同一个人员基础数

据库开展不同维度的管理应用，具体如下：

（1）人员健康管理系统。建立铁路工程参建单位

人员健康档案，定期监测体温、心率、饮酒、血压等

健康指标，定期开展人员体检，建立人员体检台账，

开展高原病等卫生健康知识培训，并将培训记录进行

实名制关联，形成“一人一卡”“一人一档”的数字健

康履历。

（2）劳务用工管理系统。辅助施工单位进行劳务

人员管理，通过人员电子档案、工资管理、考勤管理、

劳务公司管理等功能，为日常检查和纠纷调解提供凭

证，并保障农民工权益、稳定施工队伍。

（3）劳务工工资管理系统。以实名制及工资分账

管理为业务主线，建立多部门共用的监管平台，规范

工人工资支付行为，预防和解决施工企业拖欠、克扣

工人工资问题，健全铁路工程领域信用体系，规范劳

动用工管理，构建和谐的劳动关系。

（4）人员培训管理系统。建立安全管理人员和特

种作业人员登记、培训、考试和上岗作业的在线审批

-11-

“一孔一档”数字化档案资料，实现地勘成果数字化

流程，在线上开展安全培训考核、安全技术交底，实

现人员执业情况的评价，与劳务用工管理系统配合使

用，作为安全教育培训平台和工艺工法的移动课堂，

支持培训时长统计、考试成绩统计等功能。

3.2机械管理

实现施工机械的在线监控与管理，包括大型施工

装备管理、钻爆法隧道机械化施工监测和TBM施工监

控等子系统：

（1）大型施工装备管理系统。实现简支梁运架设

备、大跨度桥梁大型施工装备（如塔吊、架梁吊机、

缆载吊机、转体球铰等）基本信息、运行轨迹、工作

性能的信息化管理。

（2）钻爆法隧道机械化施工监测系统。通过对开

挖、支护、衬砌、防排水等环节配套的大型机械化施

工装备进行物联网改造和接入，实现作业过程数据的

自动采集和施工自动评价。

（3）TBM施工监控系统。针对隧道TBM施工过程

受地质和环境影响大、安全风险高和施工进度难以把

控等难题，高频次采集TBM各子系统传感器数据，对

TBM工作状态、轴力、扭矩、掘进速度等参数进行实

时监控，通过对TBM大数据分析，实时评判TBM轴线

偏差、运行效率和健康状态，实现隧道TBM设备状态

智能监控、施工质量评价判识、作业工效指标分析、

设备维修自动提醒等功能，并对前方不良地质情况进

行提前预警

［2-3］

。

3.3材料管理

复杂艰险山区铁路沿线存在工业基础薄弱、交通

运输能力不足、建筑材料匮乏、电网覆盖率低、单体

控制性工程多、建设周期长等难点，造成物流组织和

材料供应成为影响复杂艰险山区铁路工程最主要的因

素之一。通过构建物资管理系统、物料验收系统、机

制砂监控系统，实现对材料的信息化管理：

（1）物资管理系统。实现物资从采购、招标、发

货、收货、试验、检验、发放、安装使用、结算、验

工计价全过程的数字化管理，面向建设单位、施工单

位、监理单位、供应商等用户，提供统一编码的物资

分类基础数据、综合决策的统计看板、物资的全过程

追溯等。

-12-

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（2）物料验收系统。通过硬件防作弊、实时动作

图像抓拍、全程视频监控等技术，杜绝项目供应商缺

斤少两、规范项目收发料过程、减少项目物资过磅员

工作量、减少项目物资重复做账、堵塞物料验收环节

管理漏洞、避免材料进场便损失、规范项目物资管理

等。系统功能包括供应商供货合格分析、车辆供货合

格分析、单车料标准偏差分析、自动预警提示、远程

监控与分析等。

（3）机制砂监控系统。通过传感器实时获取机制

砂的级配和产量，利用自动取样器和影像识别技术，

快速判断机制砂级配，并将结果反馈给生产管理系统

进行生产参数调整，实现生产数据查询、曲线展示、

报表输出和短信预警功能，确保机制砂生产过程可控、

质量达标。

3.4环境管理

包括生态环境监测管理系统、地质灾害监测预警

系统和地震预警系统：

（1）生态环境监测管理系统。结合工程实际，从

环境污染监测、地下水环境监测评估、生态环境影响

分析、渣土智能监控、施工泥浆管理、隧道作业环境

等方面实施信息化管理。通过信息化技术，实现对铁

路建设期环境污染因素和生态影响因素数据的自动采

集；对施工污废水、扬尘、噪声等环境因素，以及隧

道弃土弃渣、TBM施工泥浆、隧道作业环境等进行实

时监控；对生态环境影响的动态变化进行综合分析评

估。按照分级响应建立问题闭环管理机制，进行环境

阈值预警降低环境风险，通过综合分析判定生态影响

程度，全面减缓铁路建设对生态环境的影响，确保项

目建设合法合规、环境影响自主可控。

（2）地质灾害监测预警系统。特殊气候条件、地

震活动及工程活动造成地质应力状态改变，成为地质

灾害的诱发因素。为了有效降低地质灾害影响，一方

面要通过监测系统做好地质灾害监测；另一方面要通

过BIM模型动态模拟施工过程并进行应力检算，对受

力薄弱点进行预加固处理。地质灾害预警监测系统采

用“永临结合”的空天地一体化监测预警体系，针对

铁路沿线地质灾害隐患“点多面广”的情况，构建基

于卫星SAR遥感数据的区域性地理信息模型库，筛选

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道压浆系统。

地质灾害监控重点区段，通过现场踏勘、无人机

件、地形地貌等信息，在工点、营地、大临设施所在

区域布设自动化采集单元，实时监测关键致灾参量，

评估灾害规模及风险等级，并及时预警。

（3）地震预警系统。针对复杂艰险山区地形地貌

复杂，断裂带数量多、分布广，地质灾害频发等情况，

采用断裂带烈度仪台站与工点P波台站相结合的方式预

警。地震发生时，台站设备将地震波数据以无线方式

传输至监测中心平台进行综合处理判别，计算各施工

区域影响程度，并将报警信息传输至各终端

［4-5］

。

LiDAR与航摄技术，全面收集监控重点区段的地质条

3.5.1通用信息系统

通用信息系统包括施工日志、检验批、工程资料、

施组等管理模块，以新研发的工序报检系统为例进行

说明。

工序报检系统通过平台对所有构件进行工序设定，

质量员对工序自检；检验合格后通过移动端上传证明

材料和影像资料，提请监理现场检查；监理检查后可

选择通过或整改再报，并反馈整改要求；整改完毕后

再次提报，直至问题闭环。系统统计“一次报检通过

率”，并将相关数据传递至电子施工日志和监理日志，

报检效率显著提升。

3.5工程本体管理

主要分为通用性系统和专业性系统：

（1）通用性系统。虽然工程本体的专业和工序不

同，但由于管理程序、作业过程、技术实现方式类似，

可设计为一个系统覆盖多个专业和工序。如检验项目

不同，但报检程序类似的检验批系统。

（2）专业性系统。为解决某个专业、某个工序的

自动感知和效率提升而单独设置的系统。如预应力管

3.5.2隧道工程

隧道工程施工常表现为开挖、初支、仰拱、二次衬

砌等工序的循环，依据隧道工作面，将隧道划分为超前

支护、开挖、初期支护、二次衬砌等区段

［6-7］

。基于施

工工序，构建隧道工程信息化系统，其部分子系统仅支

持一个工序，部分子系统可支持多个工序甚至全工序覆

盖。该系统在各区段的具体功能如下（见图4）：

图4隧道工程信息化系统功能架构示意图

（1）超前支护区段。针对掌子面前方地质情况进据采集、上传、结果分析、预警、提醒、展示等功能。

行探测和预报，常用的为超前地质预报管理系统。系通过系统客户端及时上传预报成果，为线路、标段、

统将物探法、钻探法、掌子面素描、洞身素描、地表工区和工点（施工掌子面）等4个层级提供信息化

补充调查取得的地质预报成果进行统一管理，实现数管理。

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（2）开挖区段。包括火工品管理、超欠挖分析和

有毒有害气体监测等子系统。

辆管理、火工品消耗管理等功能，实现火工品“存、

①火工品管理系统。包括人员资质管理、运输车

领、用”等流程管理，实现特种运输车辆轨迹跟踪，

对不规范行为进行过程记录和自动判识，自动汇总各

项统计信息，给现场管理提供抓手，实现爆破管理规

范化、信息化，提升火工品安全监管水平。

断面，应用采集终端软件比对计算隧道开挖断面与设

②超欠挖分析系统。通过三维激光扫描隧道开挖

计断面的偏差和超欠挖方量，推算开挖平整度，自动

上传分析结果，实现隧道施工超、欠挖问题的闭环管

理，并为后续灌浆监测、脱空检测、混凝土实际使用

方量核算提供数据基础。

集箱、终端监测装置组成。系统接收现场采集器的

③有毒有害气体检测系统。由现场级工作站、采

度、氧气浓度等，实现风电闭锁、瓦电闭锁和浓度超

CO、SO

24

、CH浓度数据，实时监测有毒有害气体浓

限报警，提升施工安全监控水平。

（3）初期支护区段。应用围岩监控量测系统，对

地表沉降、拱顶下沉、周边收敛等关键参数进行检测，

实现对隧道开挖断面变形速率超标和累计变形量超标

的双控报警，按红色、黄色2级预警管理，自动发送超

标报警短信，按流程实现报警闭环处置，自动绘制隧

道测点变形趋势曲线，降低隧道施工安全风险，提升

风险管控能力。

（4）二次衬砌区段。包括二次衬砌防脱空自动报

警、衬砌质量检测等子系统。

拱顶混凝土浇筑，通过混凝土与电路接触导电，触发

①二次衬砌防脱空自动报警系统。实时动态监测

对应按钮的声光系统，发送注满信号，更直观地提示

现场操作人员注意混凝土浇筑高度，检测衬砌脱空，

确保混凝土灌注饱满密实。

速采集隧道表面图像，清晰获取衬砌表面缺陷、隧道

②衬砌质量检测系统。通过三维实景建模技术快

附属设施及结构特征，自动识别衬砌裂缝，自动计算

裂缝里程、位置等空间信息以及长度、宽度等几何特

征，针对新建隧道的初始病害普查，建立隧道“零点

-14-

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状态”的数字档案。隧道三维实景模型示意见图5。

图5隧道三维实景模型示意图

（5）多工序联合施工管理。主要包括隧道动态管

理和隧道施工专家咨询等子系统。

岩动态变化，不同围岩采用不同的开挖、支护方式，

①隧道动态管理系统。隧道施工过程中，随着围

导致施工组织持续动态调整。基于BIM技术的隧道动

态管理系统，可根据超前地质预报和掌子面揭示的围

岩类型，用预制族库实现参数化模型调整，实现施工

状态的真实表达，为隧道施工组织动态变化提供施工

建议和形象化的管理手段，生成模型可转入应力计算

软件，提供力学分析结果，避免和降低施工的不可预

见性，提高隧道安全施工水平。

工法库、专家知识库，分析围岩信息工程评价及超前

②隧道施工专家咨询系统。该系统通过构建工艺

地质预报信息，自动完成施工预案及相匹配的工艺

工法。

3.5.3桥梁工程

复杂艰险山区铁路工程中高墩大跨桥梁数量较多。

以某大跨度悬索桥为例，该桥位于深切峡谷，存在不

良地质，易发生危岩、落石和库岸崩塌等风险，昼夜

温差大，其主要工程有：边坡防护、主塔及基础、主

索鞍及散索鞍、主缆、吊索和索夹、加劲梁、锚锭、

主缆锚固系统、桥台等。

依据重点工序和工程特点，主要针对以下7个方面

设计数字化管控方案：

（1）边坡防护。

依据工程特点和现场勘察实际情况，对高陡边坡

开展岩体结构面稳定性及变形失稳分析评价，建立边

坡有限元模型，探索其在重力、雨水、施工扰动等因

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素影响下的破坏形式，并模拟不同加固方案，进行横

向对比和数据分析，形成最终方案。在施工期间，对

边坡进行施工监测，建立监测坡面、监测网和监测系

统，通过定期测量获得各变形监测点坐标，计算位移

变化，开展风险预警提醒，验证加固方案，保证施工

期边坡处于整体稳定的安全状态

［8-9］

。

（2）主塔与基础。

式框架结构，高度高、截面积大、混凝土裂缝控制要

①桩基施工管理系统。由于主塔为钢筋混凝土门

求高。主塔采用大直径群桩基础，由大功率旋挖钻机

逐级扩径成孔。该系统可实现钻进过程自动化监测，

完成桩检数据实时上传、报检单在线提报、静载试验

远程监视和预警，实现桩检数据回溯。

大体积混凝土内埋设温度传感装置，自动获取养护期

②大体积混凝土温度监测系统。在承台、塔身等

间温度数据，生成温度曲线，实现温差超限预警，自

动控制降温排水阀门。

场，高空作业安全风险高。该系统可实现塔吊运行状

③塔吊智能监控系统。主塔处于典型深切峡谷风

态预警，防止塔吊与山体、边坡发生干涉碰撞，并对

吊钩进行实时视频动态追踪，杜绝盲吊。

护、钢筋整体吊装等技术，实现主塔快速、安全施工。

④抗风液压爬模监测系统。结合主塔智能喷淋养

该系统可确保爬模施工安全可靠，监测参数包括爬模

主体结构受力安全、爬升过程安全、作业条件安全等。

浇施工，支架为不落地钢结构支架，为防止因受力不均

⑤应力应变检测系统。塔柱上下横梁均为支架法现

导致的塔柱倾斜或扭转，应严格控制浇筑层厚，并保证

对称浇筑。该系统可在线监测支架体系控制截面的受力

状态、变形等，掌握其变化规律，确保施工安全。

（3）隧道锚。

在隧道锚施工中，周边岩体和锚体共同承受主缆

拉力，其开挖过程中的岩体保护非常重要

［10-11］

。建立

完整精确的隧道锚BIM模型（见图6），将模型导入应

力计算软件，模拟隧道锚开挖、支护施工过程，对应

力、变形和塑性破坏区分布情况进行分析，形成建议

性的隧道锚施工工序安排和施工注意事项，确保施工

安全

［12-13］

。

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图6隧道锚BIM模型示意图

由于隧道倾角较大，为方便施工机械设备的作业

与运输，沿底板布置2条轨道，分别用于出渣和设备出

入，为确保施工作业安全，设置视频监控系统和应急

处理终端，发生意外时可进行应急救援。隧道锚挖掘

机出入示意见图7。

图7隧道锚挖掘机出入示意图

为了加强隧道锚施工过程中对围岩的三维变形测

量，将原有围岩量测系统改造完善，实现X、Y、Z3个

方向的变形监测，确保围岩处于稳定状态；由于隧洞

开挖产生的振动极易造成观测墩移位，要经常性复核

观测墩坐标和高程，防止测量放样偏差。

锚塞体和散索鞍支墩都属于大体积混凝土施工，

需要进行温控专项设计，分层浇筑锚塞体混凝土，合

理选择分层厚度，优化混凝土配合比设计，同时采用

混凝土温控系统，利用温度监测和冷却水管进行温度

控制，防止产生温度裂缝。

锚碇预应力锚固系统将主缆的巨大索力传递给锚

碇，当锚塞体分层浇筑完成混凝土强度达标后，建议

采用智能预应力设备进行预应力钢束张拉。针对隧道

锚大落差预应力管道压浆，采用智能压浆系统，从后

-15-

锚室进浆、前锚室出浆，实时监测进浆、返浆流量，

自动计算管道内浆液体积和充盈程度，监测灌浆压力

和稳压时间等指标，确保压浆施工质量

［14-16］

。

（4）主缆架设。

主缆架设施工包括主索鞍安装、散索鞍安装、牵

引系统安装、猫道架设、主缆架设、紧揽施工和缠丝

施工等工序。主索鞍位于主塔顶（见图8），为了减轻

铸造、吊装及运输质量，鞍体纵向分3块制造，通过塔

吊吊装至塔顶，用高强度螺栓拼接；散索鞍为滑移支

座式结构，用高强螺栓固定于锚室混凝土前墙。为了

确保螺栓紧固达到设计要求，利用智能扭矩扳手，控

制螺栓连接质量。

图8主索鞍BIM模型

主缆是悬索桥的主要结构组成部分，承载着桥梁

上部结构全部恒载及活载，主缆架设成型的质量关系

到成桥质量，是悬索桥施工的关键工序。由于索股数

量多，现场架设与线形观测难度较大，应先进行基准

股架设线形控制。在基准股架设过程中，应精确监测

并控制其几何线形，并考虑索股锚固位置、桥塔偏位、

塔顶高程、架设温度等因素对主缆架设线形的影响。

因此，应在夜间温度稳定时进行基准股调整，并连续

观测和记录对应的跨中高程、气温、索股温度和索鞍

顶点的偏移量

［17-18］

。

（5）索夹与吊索安装。

悬索桥索夹螺栓张拉轴力精准控制，采用控制系

统对缆索吊机进行集成，自动监测并传输吊机运行过

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程中的风速、起重质量、起重速度、高差、牵引速度、

位移差、锚固索力、缆力等数据，实时监控设备状态。

针对桥梁施工中的加劲梁节段安装中的焊接和栓接施

工，利用智能扭矩扳手，控制螺栓连接质量，通过焊

接检查，控制焊缝质量。索夹安装前，应进行索夹的

螺栓紧固试验和抗滑试验，观察索夹安装和螺栓轴力

导入时可能出现的问题，以及螺栓轴力随时间的变化

规律，并测定索夹和主缆间的摩擦系数，用于指导施

工。大温差状态下，主缆自然扭转严重，要求索夹定

位精准；另外，由于二次应力的存在，应建立扭转监

控监测系统，找出主缆扭转规律，选择温度相对恒定

的时间进行索夹放样。

（6）钢梁架设。

主梁智能吊装设备监控包括机械动力系统、传感

器测量系统、数据管理系统及辅助系统，可实现主梁

吊装过程中的缆索吊系统的主要杆件应力状态监测、

缆索吊系统行走及缆索吊吊臂状态监测、缆索吊系统

控制数据的监测等，通过无线传输张拉数据，与平台

进行数据传输和共享。

钢桁梁节段要根据每节段加载过程进行计算，利

用连续刚构系统进行施工控制，将实际测量结果与计

算进行分析，在确保制造和拼装误差的前提下，尽可

能满足施工过程的数据与理论计算一致，避免产生累

积误差而无法消除。钢桁梁架设分为主跨和边跨钢梁

架设，边跨钢梁在支架上拼装往中跨方向顶推到位，

中跨钢梁在拼装场组拼成双节间节段后直接采用缆索

吊从中间向两边架设。

（7）钢桁梁单元件检查与验收。

复杂艰险山区铁路钢梁质量要求很高。通过钢梁

智能制造信息化系统实现钢梁的驻厂监造，基于钢梁

智能制造生产线（板材智能下料切割生产线、板单元

智能焊接生产线、节段智能总拼生产线、钢箱梁智能

涂装生产线）和车间制造执行智能管控系统，建立业

主、监理、施工、钢梁制造厂家等的多方协同管理，

及时处理现场出现的质量问题，保证各工序处于受控

状态，维护现场质量体系正常运行。

3.6临时工程管理

针对不同类型工程结构进行风险估算，发现临时

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工程和隧道工程是主要风险点。临时工程包括临时道

路、制梁场、轨道板场、拌合站、构配件加工场、队

伍驻地、临时通信等，所有工程暴露于自然环境，极

易受到自然灾害及地质灾害冲击。应将临时工程和正

式工程纳入一体化管理，减小临时工程施工风险

［6］

。

临时工程管控主要包括营地选址管理和道路施工管理。

（1）临时营地选址管理。应综合考虑周边地质情

况、营地建筑安全、科学布局营地。针对铁路滑坡泥

石流自然灾害频发特点，组织参建单位充分开展区域

调查，必要时开展地质钻探，确定区域地质稳定性，

绕避地质灾害风险，科学确定营地选址；扎实开展驻

地建筑专业设计，严格开展地质、建筑、安全、环保

等驻地设计文件安全评价，评价合格方可进行建设。

高陡岩质边坡的稳定性问题是复杂艰险山区铁路

建设中面对的重要问题。应用BIM技术，建立高陡岩

质边坡周边的地质模型，通过性能分析软件，计算位

移量和应力，通过应力云图监测应力分布和应力集中

点（见图9），确定不同施工工法对地质稳定性的影响

程度，合理规避风险。

图9隧道偏压时岩体应力计算分布图

（2）道路施工管理。结合GIS空间数据、BIM模型

数据等管理施工便道、临时电力干线、临时通信线路

等施工重点区域，施工期间，应用“GIS+BIM”形象地

展示工程进度，对周边风险源进行管理和分析；施工

完毕后，形成物资运输、应急救援方案编制的基础数

据，为物流组织、车辆轨迹跟踪，以及司机导航提供

服务，提升整体运输效率和应急救援效率。

4竣工验收

竣工验收包括静态验收、动态验收、竣工交付、

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国家验收等管理活动，传统手工记录的验收方式数据

量大、统计效率不高、准确率低，通过移动设备进行

数据录入和验收，实时反馈缺陷问题，并提供现场照

片、工程部位、里程位置等信息，便于真实准确了解

验收进度、降低验收工作成本、提升作业管理效率。

5配套保障

5.1验收标准调整

在充分吸纳类似工程项目的先进理论、方法和相

关科研成果基础上，结合具体铁路工程的特点和特殊

工艺工法，特别是结合长大高风险隧道工艺特点，编

制适用于复杂艰险山区铁路的施工质量验收标准，在

检验批系统、工序报检等相关系统中增加验收表格模

板和验收项目，如高地应力软岩大变形、岩爆地层隧

道的预应力锚杆（锚索）、高强钢筋网、高地温隧道隔

热层、防排水材料、混凝土耐高低温要求，并增加

TBM隧道掘进机进场、掘进、支护等相关验收内容，

为高标准、高质量管理提供支撑。

5.2监理新模式

依托智能建造管理平台，将现场人工监理改为基

于实时数据交互协同的远程监理，仅在现场设置少量

专业人员作为信息化手段的补充和完善，与远程监理

形成互补。监理工程师可将主要精力放在施组、方案、

变更审查等工作内容，利用数字化平台相关功能进行

结果印证、方案审查和风险预判等，提高监理效率。

5.3中心试验室信息化

中心试验室承担工地试验室、中心试验室的职能，

接受监督局、监督站、建设单位、施工单位等用户的

委托试验和检测任务。为提高智能化管理水平，构建

中心试验室信息化管理系统，实现试验检测的在线委

托申请、流程办理和试验结论查询，对于能自动采集

数据的试验，如温度、湿度、称重、力学等，通过试

验仪器网络化改造、终端采集程序适配，实现试验数

据自动采集，试验记录自动生成、试验报告自动计算

和试验资料电子化管理等功能。

山区铁路的配套工程，为BIM模型快速加载传输、现

场视频快速传输与预警、远程旁站监理、海量监测数

据共享与分析、应急救援指挥等提供通信保障。

5.5网络安全

复杂艰险山区铁路需要应用更广泛、更全面的信息

化平台，其网络安全面临更具挑战性的威胁，网络安全

防护更加重要。要按照“等保2.0”相关标准，依据

全通信网络、安全区域边界、安全计算环境和安全管理

中心等方面进行安全补强规划与建设，确保“网络建设

合规、安全防护到位”，为智能建造提供有力保障。

5.6应急救援

复杂艰险山区铁路建设面临“地质灾害、工程艰

巨”两大挑战，建设单位应联合当地消防、医疗机构

建立统一的应急救援指挥体系；各参建单位制定完整

应急预案，利用VR等技术开展常态化应急模拟和演

练，确保相关人员面临突发情况能顺利执行预案；各

单位应配置一定医疗物资和医务人员，加强地质灾害

系统和应急救援指挥系统建设，确保视频、网络、电

话、北斗等多通道、多方式实时通信，实现高效的应

急处置和协同应急指挥。

6结论

（1）结合复杂艰险山区铁路工程特点，设计智能

建造管理平台的功能和技术架构，提出智能建造目标，

从开工前置条件、建造执行管控、配套保障等方面提

出智能化信息化手段，其中建造执行部分从人员、机

械、材料、环境、临时工程和工程本体等方面提出针

对性的信息化系统，并分别对功能组成和实现思路进

行描述，提出针对性的智能建造系统及方法，满足建

设管理和施工管理要求。

（2）在工程本体智能化管理方面，结合桥梁、隧

道专业的工程特点和难点，针对长大隧道工程和典型

悬索桥的工序、工艺以及施工过程提出翔实的智能化

管理手段，为复杂艰险山区铁路智能管控提供精细化

的解决方案。

（3）为保障智能建造的顺利执行，分别从应急救

援、验收标准调整、监理新模式、中心试验室信息化、

-18-

复杂艰险山区铁路智能建造技术应用魏新元等

网络安全和通信保障等方面提出工程化实施的保障建

议和措施。

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94-97.

责任编辑苑晓蒙

收稿日期2020-07-23

WEIXinyuan,XIEYalong,WANGWanqi,BAOLiu,LIUHongfeng,ZHIPeng

122232

(1.Sichuan-TibetRailwayCoLtd,ChengduSichuan610043,China;

2.InstituteofComputingTechnology,ChinaAcademyofRailwaySciencesCorporationLimited,Beijing100081,China;

3.BeijingJingweiInformationTechnologyCoLtd,Beijing100081,China)

Abstract:

Badonthecharacteristicsoftherailwayengineeringinthecomplexandchallengingmountainous

areas,thispaperputsforwardtheoverallobjectiveofengineeringapplicationofintelligentconstruction

technology,designsthefunctionandtechnicalarchitectureofintelligentconstructionmanagementplatform,and

providesintelligentmanagementintermsofpreconditionsforcommencement,constructionimplementation

managementandcontrol,completionacceptanceandsupportingguarantee,etc.Theplatformsupportsinformation

managementsuchasgeologicalsurvey,designconsultation,landacquisitionandrelocation,realizessystematic

managementandcontrolinpersonnel,machinery,materials,environment,temporaryworksandmainworks,and

proposdetaileddigitalconstructionmanagementmeansincombinationwithtypicalworkssuchastunnelsand

bridges;supportingguaranteemeasuresforengineeringimplementationareestablishedintheaspectsof

emergencyrescue,revisionofacceptancestandard,newsupervisionmode,centrallaboratoryinformatization,

networkcurityandcommunicationsystem,etc.Theapplicationcanprovideanoverallsolutionandguidance

fortheconstructionmanagementoftherailwaysinthecomplexandchallengingmountainareas.

Keywords:

railwaysinthecomplexandchallengingmountainareas;intelligentconstruction;railway

engineeringmanagementplatform;supervisionmode;centrallaboratory;ITapplication;emergencysupport

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