《交通運(yùn)輸科學(xué)技術(shù)新成果推廣目錄》（２０２1）第二部分隧道工程篇《山區(qū)隧道工程數(shù)字化建設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用》

完成單位：四川省交通勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司、大連理工大學(xué)、北京市政建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司、中鐵十七局集團(tuán)城市建設(shè)有限公司、西南交通大學(xué)、四川藏區(qū)高速公路有限責(zé)任公司、四川雅康高速公路有限責(zé)任公司

主要完成人：袁松、孔恒、朱明、余志祥、黃兵、李建偉、趙見、王希寶、許滸、李杰、楊永強(qiáng)、郭宏偉、吳斌、王崢崢、龍丹冰

項(xiàng)目簡介

　　（一）項(xiàng)目背景

　　目前山區(qū)隧道建設(shè)存在以下突出問題：

　　（1）行業(yè)需求。山區(qū)隧道工程面臨“勘察難、設(shè)計(jì)難、建管難、應(yīng)急難”四大突出難題，嚴(yán)重制約了隧道工程發(fā)展。

　?。?）政策驅(qū)動(dòng)。中共中央、國務(wù)院、交通運(yùn)輸部陸續(xù)出臺(tái)各項(xiàng)政策文件驅(qū)動(dòng)工程建設(shè)行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

　?。?）問題導(dǎo)向。單一BIM技術(shù)在隧道工程中存在標(biāo)準(zhǔn)有缺位、內(nèi)耗有增加、適用有差距等多重問題，數(shù)字化建造還需要解決很多關(guān)鍵問題。

　　基于此，2008年以來，在近10項(xiàng)國家、省部級(jí)及企業(yè)立項(xiàng)資金支持下，四川省交通勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司聯(lián)合高校、建設(shè)、施工等7家單位開展產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合攻關(guān)，圍繞山區(qū)隧道工程數(shù)字化建造全過程，在理論方法、設(shè)計(jì)技術(shù)、應(yīng)急裝備三個(gè)維度開展研究，旨在解決隧道工程數(shù)字化設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)在山區(qū)隧道工程中的融合創(chuàng)新，提升隧道工程建造全過程數(shù)字化水平，推動(dòng)行業(yè)進(jìn)步。

　　（二）技術(shù)概況

　　針對山區(qū)公路隧道數(shù)字化建造技術(shù)路線不明確、標(biāo)準(zhǔn)體系與數(shù)據(jù)鏈管控體系不全面等問題，開展山區(qū)隧道工程全周期數(shù)字化建造體系構(gòu)建理論及方法研究；針對設(shè)計(jì)行業(yè)普遍存在的翻模而導(dǎo)致內(nèi)耗增加、信息不全面等問題，開展了山區(qū)隧道全要素信息化集成設(shè)計(jì)技術(shù)研究；針對山區(qū)隧道工程應(yīng)急搶險(xiǎn)反應(yīng)時(shí)間長、數(shù)字化程度低、裝備缺乏等問題，開展山區(qū)隧道工程數(shù)字化應(yīng)急搶險(xiǎn)成套技術(shù)研究。

　　（三）適用范圍

　　項(xiàng)目適用范圍為隧道及地下工程勘察、設(shè)計(jì)、建管、應(yīng)急階段，也可應(yīng)用于公路工程。

　　（四）獲獎(jiǎng)情況

　　本項(xiàng)目授權(quán)美國發(fā)明專利1項(xiàng)，中國發(fā)明專利16項(xiàng)，實(shí)用新型專利25項(xiàng)，軟件27項(xiàng)，出版專著2部，發(fā)表論文32篇。以盧春房院士為組長的評(píng)價(jià)委員會(huì)一致評(píng)價(jià)：項(xiàng)目研究成果總體上達(dá)到國際先進(jìn)水平，其中自主可控的山區(qū)隧道工程數(shù)字化正向設(shè)計(jì)系統(tǒng)、裝配式鋼箱棚洞應(yīng)急裝備達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

　　本項(xiàng)目榮獲2021年度中國交通運(yùn)輸協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)

　　（1）提出了數(shù)字化建造體系構(gòu)建理論及方法。一是提出了基于動(dòng)態(tài)統(tǒng)一信息底座數(shù)字化建造體系構(gòu)建方法。該方法提出統(tǒng)一信息底座總體框架構(gòu)建需求，經(jīng)歷設(shè)計(jì)初構(gòu)、施工定型、運(yùn)維更新，對信息不斷迭代，實(shí)現(xiàn)隧道工程數(shù)字化建造體系的構(gòu)建。二是建立了數(shù)字化建造理論體系，三是建立了數(shù)據(jù)鏈管控方法體系。以上成果為隧道工程數(shù)字化建造奠定理論基礎(chǔ)，并提供理論標(biāo)準(zhǔn)與方法技術(shù)的雙重保障。為設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等各階段數(shù)據(jù)的流轉(zhuǎn)、治理提供了理論支撐。

　?。?）形成了自主可控正向設(shè)計(jì)技術(shù)及系統(tǒng)。一是提出了基于參數(shù)驅(qū)動(dòng)的二維三維一體化智能設(shè)計(jì)技術(shù)，圍繞參數(shù)傳遞為核心的參數(shù)化計(jì)算方法、交互式設(shè)計(jì)方法、平縱面數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)技術(shù)、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)技術(shù)等，研發(fā)了設(shè)計(jì)系統(tǒng)，解決了隧道工程正向設(shè)計(jì)難題，可以高效實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)-模型-應(yīng)用、應(yīng)用-模型-設(shè)計(jì)的信息數(shù)據(jù)雙向傳遞二是構(gòu)建了勘察設(shè)計(jì)全要素信息數(shù)字化融合、集成與交付技術(shù)。

　　（3）研發(fā)了應(yīng)急搶險(xiǎn)平臺(tái)與裝配式鋼箱棚洞裝備。一是提出了基于災(zāi)損狀態(tài)的隧道工程可視化、模塊化快速設(shè)計(jì)技術(shù)。二是建立了基于現(xiàn)場災(zāi)情及物資信息的智能應(yīng)急決策調(diào)度系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了“BIM+GIS+人員+物資+決策+調(diào)度”六位一體的智能防災(zāi)減災(zāi)應(yīng)急決策調(diào)度系統(tǒng)，顯著提升了應(yīng)急搶險(xiǎn)的信息化水平和統(tǒng)籌調(diào)度能力。三是針對隧道洞口因崩塌落石等次生災(zāi)害而引起襯砌破壞或者斷道等棘手問題，研發(fā)了裝配式鋼箱棚洞應(yīng)急裝備，通過高達(dá)2000kJ的1:1原型沖擊實(shí)驗(yàn)證明了該裝備完全可以承受高能量沖擊。

應(yīng)用案例

　　項(xiàng)目成果之?dāng)?shù)字化建造標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)體系應(yīng)用于德會(huì)、康新、彭汶、久馬、西香、自永、金西、攀鹽等20余條高速公路以及10余條國省干道項(xiàng)目；隧道正向設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)用于康新、沿江、彭汶、久馬、西香、金西、攀鹽等10余條高速公路近100座超過170km隧道工程；建設(shè)管理系統(tǒng)應(yīng)用于德會(huì)、康新、寧攀、資潼、都安、重遵等10余條高速公路，以及蘇州、深圳、北京等地近10個(gè)市政隧道工程；應(yīng)急搶險(xiǎn)系統(tǒng)及裝備應(yīng)用于8.6石大關(guān)高位崩塌、8.8九寨溝地震、7.29甘洛縣特大暴雨（如下圖5）等四川發(fā)生的三次重大災(zāi)害應(yīng)急搶險(xiǎn)。項(xiàng)目成果的應(yīng)用顯著提升了隧道工程數(shù)字化建造水平，實(shí)現(xiàn)了一張藍(lán)圖、一個(gè)平臺(tái)、一套系統(tǒng)的項(xiàng)目建設(shè)全要素、全周期管理，得到了勘察設(shè)計(jì)、建設(shè)單位、行業(yè)主管部門等各方的高度肯定，并對本項(xiàng)目成果進(jìn)行了高度評(píng)價(jià)：顯著提升工程建設(shè)的數(shù)字化、信息化、智慧化水平，有力支撐了搶險(xiǎn)救災(zāi)工程，社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益顯著，具有重大推廣價(jià)值。

　　圖5應(yīng)急搶險(xiǎn)系統(tǒng)及裝備應(yīng)用案例

社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益

　　四川省交通勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司牽頭完成了技術(shù)成果“山區(qū)隧道工程數(shù)字化建設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”，于2016年至2020年期間，將成果成功應(yīng)用于數(shù)十個(gè)項(xiàng)目，超100座隧道。采用本項(xiàng)目技術(shù)成果節(jié)約工程投資約10.58億元；累計(jì)新增合同產(chǎn)值3.87億，實(shí)現(xiàn)利潤約1.55億元。