地铁工程建设和运营安全监测如何实现智能化、智慧化?-深地研究院-南京深地智能建造技术研究院

地铁工程建设和运营安全监测如何实现智能化、智慧化?

文章来源：RT轨道交通作者：RT轨道交通
时间：2020-04-13 18:39 访问量：

4月9日19:30-21:30，由RT轨道交通推出的“约见轨道界”栏目开展了第四期话题直播互动讨论活动。

本期话题以“地铁工程建设和运营安全监测如何实现智能化、智慧化？”为主题，特邀地铁工程建设单位、运营监测单位以及技术解决方案提供商的5名专家，以视频连线直播的方式，分别从工程建设和运营安全的角度，探讨新时期，地铁工程建设和安全运营如何实现智能化和智慧化管理和监测？

本期活动由深圳市市政设计研究院有限公司勘测院副院长余海忠主持，邀请了中国建筑股份有限公司南宁轨道交通5号线03标指挥部副指挥长张辉、中铁十一局集团城市轨道工程有限公司科技管理部部长龙华东、北京城建勘测设计研究院有限责任公司测量专业院总工程师余永明、天宝公司亚太区销售总监约翰等嘉宾参与。

余海忠深圳市市政设计研究院有限公司勘测院副院长

深圳地铁监测技术应用需求

深圳地铁目前已运营线路有8条，总长约304.3公里，日均客流去年突破662万人次，占整个公交出行的比例达到了60%，当然，近期受疫情影响，每天的客流量大约只有250多万人次，还不到平时的一半。目前深圳在建的地铁有17条线段，总里程321.88公里，其中今年将要陆续投入运营的有7条线段，约107公里。

深圳地铁的密度在全国是比较靠前的，深圳只有2200多平方公里，在2035年之前要建成33条线1335公里的地铁，密度之大，可以想见。如此大密度的地铁线路，为了确保地铁安全，在建设期和运营期有三种情况需要进行自动化监测：

1、新建地铁线路上跨、下穿、平行接近既有运营地铁线路时，要对既有线路进行自动化监测。

2、在既有运营地铁安保区范围内进行各种施工的时候，比如基坑开挖、桩基施工、修建道路立交等等，要对既有线路进行自动化监测。

3、运营地铁隧道受外部影响已经严重变形，需要对隧道结构紧急修复时要对既有地铁隧道进行自动化变形监测，这种情况往往对监测点的密度和监测频率要求更高。

深圳地铁自动化监测采用三种相对成熟、应用程度较高的技术

1、测量机器人技术

测量机器人，采用马达驱动和软件控制的系统，它是智能型全站仪结合激光、通讯及CCD技术，集自动目标识别、自动照准、自动测角、自动测距、自动跟踪目标、遥控、自动记录数据于一体的测量系统。俗称“测量机器人”。

测量机器人、基准点、监测点，再加上数据传输系统和后台控制分析系统，一共5个部分构成了整个测量机器人自动化监测系统，系统经过设置以后可以自动开始工作，在无需操作人员干预的条件下，可以实现自动观测、记录、处理、存储、变形量报表编制和变形趋势显示等功能。

采用这种监测技术，有以下一些特点：

（1）精度高。

（2）可单台监测，也可多台组网联测。

（3）可选用相对坐标系也可采用绝对坐标系，可监测隧道的绝对变形量。

（4）自动化程度高，全天均可进行监测。

（5）实时性较差，单台仪器最快要半小时左右才能给出监测结果。

（6）仪器价格高，维护成本高。

2、三维激光扫描技术

三维激光扫描技术又被称为实景复制技术。它是利用激光测距的原理，记录被测物体表面大量的密集点的三维坐标、反射率和纹理等信息。结合计算机视觉与图像处理技术，将其扫描结果直接显示为点云（Points Cloud：无数的点以测量的规则在计算机里呈现物体的结果），可快速复建出被测目标的三维模型及线、面、体等各种图件数据。这样全面的信息能给人一种物体在电脑里真实再现的感觉。因此，三维扫描技术在测绘领域被誉为“继GPS技术之后的一次技术革命”。

作为测绘领域高新技术，三维激光扫描技术已经广泛应用于文物保护、城市建筑测量、地形测绘、采矿业、变形监测、管道设计、飞机船舶制造、公路铁路建设、隧道工程、桥梁改建等领域。

深圳市政院首次将三维激光扫描技术应用到深圳地铁监测当中，应用效果非常好，正是在我们的推动下，深圳地铁集团已经把三维激光扫描作为地铁安全保护区监测必做的项目之一。三维激光扫描在地铁隧道的监测中，可以起到以下五个方面的作用：

（1）隧道扫描结果可以记录隧道的真实状态，非常直观的展现隧道三维情况，通过多种视角的呈现，给人身临其境的感觉。

（2）可以记录隧道的缺陷信息，并可以进行量化，如标注渗水区域或破损区域的面积等等；

（3）通过扫描隧道结构获得的点云信息，与隧道设计值进行比较，可以得知隧道结构与设计图纸的偏差，通过对比不同时期两次隧道扫描结果，也可以得知隧道结构在此期间的变形情况；

（4）利用三维点云图可以直观展示隧道监测点的变形数据：利用三维点云图作为数据载体，可直观显示各个监测点的变形数据；

（5）三维点云数据可发布为IE浏览器格式，即使没有专业软件，也可以进行信息查询。

三维激光扫描技术具有如下几大特点：

（1）扫描速度快，成果直观，信息丰富，点云数据用途广。

（2）操作方便，可摆站扫描，也可移动扫描。

（3）可选用相对坐标系也可采用绝对坐标系，可监测隧道的绝对变形量。

（4）不能进行自动化扫描，只能在地铁停运后进行人工扫描。

（5）仪器价格高。

3、隧道收敛实时监测技术

深圳市政院自行研发了一套运营隧道收敛实时监测系统（已经获得2项实用新型专利），这套系统包括四个部分：

一是激光测距仪主机，它用于测量隧道断面的宽度；

二是控制与传输设备，用于接收远程指令控制激光测距仪并自动发送数据至远程数据服务器；

三是数据服务器，用于存储与管理数据；

四应用端控制分析软件，用于发送控制指令及数据分析显示。

其中，激光测距仪和控制与传输设备可形成一体，传输数据采用移动2G/3G/4G信号，应用端控制分析软件可安装在电脑或手机上。可通过手机访问显示实时监测数据，最高5秒钟采集一次数据，特别是在注浆加固期间非常实用，可及时指导注浆参数的调整。

深圳市政院在地铁隧道监测方面的业绩和成果

1、业绩及案例

深圳市政院自2009年开始，先后承担了120多项地铁自动化监测项目，监测项目合同额累计超过4亿元。举几个典型例子：

（1）2009年，深圳地铁2号线东延线燕大区间盾构下穿1号线大科区间自动化监测，是深圳地铁第一次采用自动化监测技术指导新建地铁下穿既有地铁的项目，正是这个项目取得的成功开启了深圳地铁大规模采用监测机器人技术进行自动化监测的大门。

（2）深圳地铁7、11号线同时开工，共有18处上跨、下穿以及平行近接既有线的情况需要进行自动化监测，是深圳首次全线采用自动化监测技术指导地铁施工，确保了施工及地铁运营安全，也为深圳地铁7、11号线的按时开通提供了保障。

（3）深圳地铁1号线前海湾至鲤鱼门区间隧道，位于深圳前海软土地区，受周边施工影响，沉降达到了近80mm，隧道管片破损严重，需要进行紧急维修加固，在这个项目中首次引进了三维激光扫描和隧道收敛监测技术，并且布点断面间距达到了1.5米的超小间距，每隔25米布置1台监测机器人进行组网联测。

（4）前海双界河路市政工程项目，横跨深圳地铁1、5、11号线三条线路6条主隧道及2条出入段线，是对地铁影响最大的工程项目，一共投入了14台监测机器人。

2、获奖情况

自2012年以来，深圳市政院每年都有地铁自动化监测项目获得深圳市、广东省以及全国的优秀工程勘察奖和优秀测绘工程奖，目前累计已有22项。其中：

（1）《深圳市轨道交通7、11号线工程自动化监测》项目获得2016年全国优秀工程测绘奖金奖，是所有金奖项目中唯一的自动化监测项目。

（2）《听海大道及地下空间单项工程地铁隧道自动化监测和基坑第三方监测》获2019年全国优秀工程勘察设计一等奖。

3、知识产权

（1）取得2项实用新型专利。（2）在监测软件开发方面，市政院积极投入，和武汉大学等单位合作，取得了2项软件著作权。

地铁自动化监测技术未来发展展望

（一）在现场监测技术方面，我认为有四个发展方向：

1、以南京大学施斌教授为主导的分布式光纤光栅技术，它可以对隧道结构的应力、应变、温度等进行实时监测，可提前预测结构变形趋势。（需要预埋）

2、以武汉大学张祖勋院士为主导的近景摄影测量技术，可以在隧道内固定点位安装或采用移动方式进行监测，它可以对隧道内任何点位进行监测，实现监测的全覆盖。

3、以深圳大学李清泉校长和国防科技大学于起峰院士（已调至深圳大学）为主导的地铁轨道沉降快速检测与CPIII控制网快速复测技术，这种技术可以实现车载快速监测。

4、5G技术的推广带来数据传输速度加快，对传输速度有极高要求的三维激光扫描技术有望实现实时监测。

（二）监测信息分析技术的发展方向

1、与BIM技术结合，如能采用基坑、隧道、车站等BIM模型作为监测数据的载体，能将监测数据与实际的监测对象、监测位置紧密结合进行展现，可以更直观地对监测数据进行把控。

2、与数值模拟技术结合，将监测到的参数实时输入数值模拟模型，实时反馈数值模拟结果，根据结果进行预警，提高综合预警能力和准确性。

3、利用大数据技术和AI技术进行智能预警，从自动监测预警的层次提升到智能监测预警的层次。

张辉中国建筑股份有限公司南宁轨道交通5号线03标指挥部副指挥长

当前，我国建筑业信息化程度总体较低，2018年，麦肯锡行业信息化指数显示，建筑业信息化排名倒数第一。不仅如此，信息化在专业系统管理中的应用不够深入，OA办公系统、安全、进度、质量、财务、设备、物资等管理系统虽然被普遍应用，对提高企业运营效率起到一定作用，但还未达到当初企业信息化建设的初衷，所建成的信息化系统对建筑企业核心业务管控作用有限。

南宁地铁5号线03标智能化、信息化应用情况

目前南宁地铁5号线03标信息化应用主要分为三类，即系统平台应用、BIM应用、智慧工地相关单项技术。

1、系统平台类应用主要有：1）业主方南宁轨道交通集团有限责任公司主导构建了《工程项目信息管理系统》和《隐患排查治理系统》。其中，工程项目信息管理系统涵盖进度、质量、安全、勘察、设计等，主要应用为基本信息管理和线上审批；隐患排查治理系统主要功能是安全隐患实时上传、线上整改回复闭环等。

2）各施工单位项目信息管理系统，如中建五局信息化集成系统、中建八局BIM协同管理平台等。

2、BIM应用相对较为广泛，包括施工准备、技术管理、安全管理、质量管理、成本管理、进度管理、资料管理等各方面推进应用。

基于BIM技术的集成平台应用主要有：与GIS集成应用，能够支持运维管理，提高竣工模型交付价值；与3D打印、测量定位、三维扫描等硬件的集成应用，提高生产效率和精度；与云技术、大数据的集成应用，提高模型构件库等资源复用能力；在数字化生产、装配式施工中应用，提高建筑工业化水平；与物联网、移动技术、云技术的集成应用，提高施工现场协同工作效率；与项目管理信息系统集成应用，实现项目精细化管理。

3、智慧工地主要应用了以下几个方面技术：

1）智慧展厅：主要集成AR、VR、720云、工艺和安全教育视频等技术，以直观展示、宣传教育为主；

2）智能化感知技术：主要有基于湿度感应的自动喷淋系统、雷达地质扫描、人脸识别、PM2.5实时扬尘监测、噪声监测、红外线感知等；如高压线塔下作业防护系统，结合红外线距离感知、激光、互联网、视频监控等技术实现自动报警，保障施工安全。

3）三维激光扫描技术：主要应用于辅助主体结构辅助验收、盾构隧道变形监测、装饰机电等；如利用精度在毫米级的三维激光扫描仪得到符合车站现场实际的三维激光扫描点云模型，进而对机电、装饰装修施工排版深化。

4）无人机航拍：无人机巡查、结合BIM、GIS等技术的应用等。

5）二维码应用：人员信息、安全方面、技术方面、可视化交底等。

疫情防控给工程建设管理带来的新技术和新思考

1）人员防疫方面：主要应用了二维码、红外/热成像/双光谱成像测温、人脸识别、智能安全帽、多模态感知防护服、GPS人员轨迹查询系统等。

2）智能防疫方面：主要应用了视频监控、智能抓拍识别、全景AI、车牌自动识别、无人机、超声波雾化消毒等技术。

3）多方协作和线上管控方面：广泛应用视频会议、线上审批、资料实时共享、远程监督、线上交底、BIM远程技术交底、线上培训教育等线上协作办公程序以及各类项目信息化管理系统等系统。

4）集成平台应用方面：主要应用了智慧工地平台和疫情防控管理专用平台。如中建四局智慧工地系统作为数据集成枢纽，将BIM模型、航拍图像、监控影像、施工管理记录、环境监测、水电能耗监测等物联网设备的数据全部囊括，结合智能安全帽和多模态感知防护服，实现建筑施工全过程的数据自动采集、分析并预警。又如：中建一局采用手机APP疫情管控平台，实现人员信息实时管理、动态管控、信息共享等。

此外，中建安装应用3D打印技术快速生产防疫测控方舱、中建科工研发生产了移动式5G红外测温快速筛查系统等。

由此可见，疫情防控极大地加速了智能感知技术、信息化单品、信息化集成系统及线上办公系统的应用，并倒逼行业提高信息化应用的意识；但也暴露了信息化管理中系统集成度低、物联网技术应用程度低（声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等）的特点。

当前我国工程建设信息化存在的问题及应对策略

问题1：数据不互用，数据孤岛和数据交换难现象普遍存在。项目各参与方在不同的应用程序和平台上重复输入数据，造成巨大浪费，信息共享、协同工作、全产业链等程度不足。

以BIM技术为例，项目各阶段、各参与方BIM数据无法有效传递，数据孤岛和数据交换难的现象普遍存在，信息共享、协同工作己成为当前BIM面临的最大技术难题。另一方面，作为国际标准的IFC数据标准在我国的应用和推广不理想，而我国对国外标准的研究也比较薄弱，结合我国建筑工程实际对标准进行拓展的工作更加缺乏。在实际应用过程中，不仅需要像IFC一样的技术标准，还需要更细致的专业领域数据交换标准。

应对策略：行业研究制定更细致的专业领域数据交换标准；推动开发平台和开源代码；政府、建设方加大政策引导资金支持。

问题2：平台/软件不成熟。信息化落地应用无不以软件为基础和支撑，市场上软件种类繁多，主要存在以下几个问题：软件不够成熟，软件功能满足工程任务的程度还较低；不同软件之间的数据共享程度不一、方法不同、掌握困难；平台软件与工具软件相比成熟度更低。

应对策略：加快普及，市场筛选；没有普及应用就不会有好的软件，仅仅依靠厂商的推广是不够的，产和用是一个互相促进的过程。没有信息化普及应用就不会有好的成熟的信息化软件。对于工程建设行业而言，等到有了成熟的信息化软件以后再应用，实现更好的信息化本身是一个不可能实现的命题。

问题3：基层应用人员缺乏动力。信息化技术的应用导致很多原来隐藏的问题暴露出来，且目前BIM应用在项目上由部分人员负责，使其工作量成倍增加而收入并未增加，导致基层应用人员缺乏积极性。信息化应用直接受益者为管理决策层而非作业层。

应对策略：坚持需求导向、问题导向、实用导向的原则。梳理业务和实际需求、难点，信息化技术解决的问题，避免为了信息化而信息化。

树立“全员应用”的理念，加强对应用人员的培训，加强信息化宣传推广。只有企业自上而下对信息化达成共识，使用的人和环节越多，信息化的价值才能得到有效体现，信息化的推进才更有动力。在过渡阶段，可采取集中管理模式和分散管理模式相结合，逐步推广。

问题4：信息化价值难以量化，投入可量化，产出较难量化。信息化应用逐渐深入到项目管理的各个方面，但其价值很大一部分都是隐形的，比如可视化、管理流程信息化、沟通效率提升等，很难独立量化，致使管理层对其作用的认可度低。此外，对于诸如项目信息化管理系统主要着眼于提升企业总部管控能力，但对项目部创造的价值有限，普遍缺乏支撑项目部业务发展的价值。从而造成总部和项目部在实施信息化过程中巨大的利益不平衡，无法在管控和支撑两个点上取得平衡。

应对策略：加强信息化建设意识。领导重视是信息系统建设成功的首要保证。建筑企业信息化首先要从强化企业“一把手”意识入手，使其认识到知识经济时代企业实施信息化的重要性和紧迫性。另外，企业信息化是一个全员参与的工程，还需要强化和统一企业全体员工对信息化的思想认识。

从管控和支撑两个方面同时入手。既要能为企业总部实行资金风险、成本管控起到好的作用，也能为项目部的工作效率提升、工作量减少和利润提高起到强大的支撑作用。

问题5：未形成有效推广的大系统集成技术，以单一或若干专业信息化应用为主，且大部分应用于辅助施工。尤其是融合物联网的集成技术应用较少，基础数据仍大量依赖人工输入。

应对策略：加大力度推广成熟度较高的智能感知技术，如红外感知、视频识别等，促进基础数据采集智能化。大力推进系统集成的深度应用，加大政策和资金支持，如在工程造价中增加信息化专项经费等。

问题6：建筑企业信息化人才匮乏。信息化并非一蹴而就，需要经常检查、维护、更新，这些工作需要既懂信息化方面的专业知识，又具备施工项目管理理论与实践经验的人才，而目前针对建设领域信息化建设的专门人才匮乏，滞缓了建筑企业信息化建设的发展。

例如BIM人才方面，BIM从业人员不仅应掌握BIM工具和理念，还必须具有相应的工程专业或实践背景，不仅要掌握一两款BIM软件，更重要的是能够结合企业的实际需求制订BIM应用规划和方案，但这种复合型BIM人才在我国施工企业中相当匮乏。

应对策略：建立信息化专业人才队伍。加强信息化培训、考核，全员参与，逐步形成全员应用与专业队伍相结合的信息化团队。

行业的发展需要政府和参建各方、业内每个从业者共同推进！

龙华东中铁十一局集团城市轨道工程有限公司科技管理部部长

中铁十一局城轨公司在工程建设信息化方面的成功探索和应用

1）项目部层级

天津地铁项目部智慧工地建设，涵盖了30个智能项目（人脸识别、智能WiFi、访客教育、扬尘噪音监测系统、电工指纹开锁、电器火灾报警系统、龙门吊红外感应系统、无人机管理系统、巡更系统、基坑支撑轴力监测系统、降水井水位自动监测、拉链式密目网苫盖、太阳能智能照明灯、多媒体广播、智能自动喷淋系统、水资源循环利用、渣土运输管理系统、自动冲车系统、三级沉淀池、一人一码、一物一码、智慧工程模拟展示区、监测点二维码系统、钢筋数控加工设备、焊烟收集净化系统、现场信息监控中心、物料条形码管理系统、恒温恒湿养护系统、烟感联动系统、智能档案管理系统、智能隐患排查系统），其特点是每个单独项目独立运行，因工期紧迫，项目未建立一个大平台集成系统，单个项目是厂家现有成熟商品。

上海地铁项目部是建立云平台，以现场实际施工及管理经验为依托，针对工地现场痛点，组织相关单位研发攻关出模块化、一体化工地综合管理平台。系统主要依托于工地现场人员定位系统，监控安防系统，人员实名制多维考勤管理系统，特种设备监控信息中的一项或者多项来实现对数据采集。通过现场控制系统返回给现场指挥中心。同时数据通过互联网上传至云平台，通过云平台对数据进行整理挖掘，同时通过对所有工地数据的大数据分析，发现深层次的信息，实现对工地施工以及人员预警，预判并完成众多子系统的统一管理和控制。平台中主要子系统为人员管理系统、考勤门禁系统、人员定位系统、劳务薪资系统、物资管理系统、质量管理系统、BIM管理系统、任务管理系统、环境监测系统、视频智能识别系统、可视化大屏系统、预警管理系统等。其特点是现场需要什么，就联合开发什么、与软件厂家深度合作定制开发。

2）公司层级

开发“企业数字化管理应用系统”，涵盖系统集成及整体管理、工程量管理和工程管理子系统、物资管理子系统、设备管理子系统、经济管理子系统，该系统实现四个自动（自动采集、自动分析、自动处理、自动集成），实现系统应用的简洁性、时效性，保证真实性、可靠性。

3）集团公司层级

立足项目部需求，采用信息、科技手段解决项目部痛点问题，建立实用性“项目管理应用系统”。

如何逐步落实住建部发布的《城市轨道交通工程创新技术指南》中提及的关于“智能化、信息化轨道交通大系统集成技术”这一技术创新方向。

《城市轨道交通工程创新技术指南》2019版在住建部网站公布，中铁十一局集团城市轨道工程有限公司入选2项创新技术。其中的智能化、信息化实现途径：信息化-----智能化----智慧化

1）招标文件中明确内容、暂定金额，不做竞争性报价，要实现智能化、信息化首先要确保资金的投入。

2）全线由业主统一牵头组织，各方参与（设计、施工、监理、第三方监测、检测单位等）。

3）大平台、大系统整体规划（城市线网规划、具体某线路规划），进行顶层体系设计。

4）与各参与方探讨确定各方工作模块，将目前的常用小系统进行集成（BIM系统、视频监控系统、监控量测系统、劳务实名管理系统、安全质量隐患排查系统、应急预警与响应系统、计量支付系统等）。

5）过程设立节点验收和考核，督促各方责任落实。

6）分阶段进行总结和优化系统内容，边应用边优化改进，达到业务精简实用。

如何进一步加快智能化和信息化技术在地铁工程建设和监测的应用？

首先，智能化、信息化目前存在的问题：1）智能化信息化开发阶段，耗时长、持续投入大、一次性投入高，往往地铁工程作为市政府重点工程，关注度高和通车期紧迫，造成工期紧迫，往往项目部层级没时间也没精力进行智能化信息化研发；2）目前市场软件商品品种繁多，大同小异，具体通用性，跟各行业项目需求有一定差异，能满足通用性需求不能满足个性化需求，这就需新增新需求新模块进行定制开发。

个人认为，需从以下几个方面着手加快信息化应用：1）业主牵头统一组织、实施、考核、验收，实施效果最明显，各方参与配合，各司其职；2）招标文件中明确工作内容和暂定金额，作为报价一部分，实施中保证资金专项使用；3）实施阶段，统一采购、统一标准和质量，设备及元配件采购和软件开发费用应低于市场询价方，以量换价；4）国家税收优惠政策扶持，在企业智能化、信息化研发费用享受高新企业税收优惠政策，鼓励企业参与，提升现场科技水平，推动整个行业科技水平和现场标准；5）发展的关键在于钱和时间，钱方面需要有招标暂列金规定、企业税收优惠政策出台、企业自身降本增效需求就能加快应用；时间方面需要确定工程项目工期的科学性和合理性，减少实施阶段各级领导层人为行政干预，求急求快，压缩正常工期进行抢工，工期一旦紧迫，智能化信息化研发及应用就搁置一旁。

余永明北京城建勘测设计研究院有限责任公司测量专业院总工程师

地铁运营监测是地铁体检的重要手段之一，共分为三种体检方式：一是长期运营监测，也即每年一次左右的例行体检；二是专项体检，针对地铁保护区专项监测；三是更精细更全面的检测和巡查。

2005年中华人民共和国建设部令第140号令颁发的《城市轨道交通运营管理办法》（2018年7月1日废止）明确规定要对地铁进行长期监测。2018年7月1日之后施行交通运输部颁发的《城市轨道交通运营管理规定》也明确了地铁运营监测相关内容。此外，《城市轨道交通工程测量规范》、《城市轨道交通工程监测技术规范》对监测对象、监测项目、监测频率等做了详细约定，即将实施的《城市轨道交通运营监测与评价方法》增加了定期检测的相关内容。

为何要对地铁实施监测？

对地铁实施监测主要是基于以下几个因素：1）围岩应力重新分配、孔隙水压力等水文地质条件的变化导致地铁结构变形；2）列车振动的长期作用会加速砂土液化、致使地铁基础承载力破坏等后果，从而产生结构变形；3）不同线路敷设形式、既有与新建线路差异沉降、周边的城市建设活动等引起的地铁设施病害。

地铁工程需要监测的重点区域

1）车站与区间衔接处的差异沉降；2）既有隧道与新建隧道衔接处的差异沉降；3）沿线有高大建筑或工程正在施工的地段；4）高架桥地段的墩台沉降、梁体的挠曲变形；5）城轨交通穿越国家既有线路、公路等区段；6）城轨交通穿越河流、不良地质地段区段的特殊沉降；7）区间联络通道附近衔接处的差异沉降；8）本线与后建设的城轨交通线路交叉点附近地段；9）隧道、高架桥与路基过渡段的差异沉降；10）施工期间限界尺寸紧张区段。

地铁监测存在的主要问题

1、缺乏规划设计

没有一张蓝图绘到底，对于城市地铁保护和运营安全缺乏顶层设计，建设期和运营期数据脱节、运营期数据和地铁保护区管理数据脱节、结构数据和线路数据脱节等较严重，缺乏统一的标准规范，对于既有病害的分布情况掌握不够全面；

2、组织分散

各业务科室拥有各种独立的业务系统，各自为战。地保办、桥隧公司、结构公司、线路公司等等，横向系统繁多，缺少梳理和有机统一，协调激动能力弱，无法形成对地铁的全面保护。

3、感知弱

多数地铁检测项目依赖人工/半人工方式实现数据监测，感知手段单一，自动化手段主要集中在保护区专项监测。监测断面间隔太大，无法全面反映地铁结构现状，也无法实现智能感知。尤其是保护区施工，只能做到结构破坏了才能感知。大多数传感器应用系统都建立在特定领域与网络上，并依赖于设备、传输协议和硬件环境，传感器观测的调度与处理通常被限制在孤立系统中。

4、数据杂

人工监测数据、自动化监测数据、结构收敛、沉降、水平位移、应力应变等数据很杂，呈现多源异构特征，即异构、多维、海量、多时相和多观测模型。但对多源异构数据仅做简单粗暴的接收存储，数据标准不统一、数据孤岛现象严重，数据管理方式落后，共享机制不健全,数据价值未能得到充分挖掘。

5、专业弱

运营管理专业人员比较短缺，且专业性有时比较弱。监测公司专业性强的单位不多，缺乏对地铁工程的专业知识和经验。即便有施工监测、第三方监测、监理，地铁还存在塌陷和其他事故，这是监测不专业导致一系列蝴蝶效应。

6、新技术应用受限。

总体而言，没有规范依据的新技术在地铁行业的应用推广难度较大。

如何解决地铁监测存在的这些问题？

解决上述问题，一定是依赖数字化与智能化技术。为解决城市现代化发展中的一系列问题，1998年美国前副总统戈尔提出“数字地球”的概念，地理信息领域从“数字地球”的角度提出了“数字城市”的概念。近年来，学者们进一步提出“智慧城市”的概念。“智慧城市”是现代信息技术对城市社会经济信息进行的全面整合，实现城市各种信息的共享与服务。智慧城市的本质是建设全新的城市“大脑”系统，具有三大基本特征：①透彻的感知；②广泛的互联；③高度的智能。

对应我们的地铁，就是智慧地铁。中共中央、国务院2019年9月印发了《交通强国建设纲要》，目标是到2035年基本建成交通强国，在这一进程中，智能化、数字化技术，一定是关键。地铁自动化监测，就有感知的作用，部分实现了互联。

地铁运营期自动化监测亟待提升和改进的地方

目前地铁监测技术和手段包括静力水准仪、全站仪自动、倾斜仪、梁式电子倾斜仪、光纤光栅、自动测距仪、三维激光扫描、摄影测量、应力应变计、全景巡查等。从地铁行业发展的角度，目前亟待提升和改进的地方有：

1、硬件亟待提升：精度要更高、安装更便捷、对地铁结构破坏更小、更智能、更集成、更适用于物联网。比如现在较流行的三维扫描和摄影测量移动小车，随着5G和硬件的提升，未来可以集成在列车上，更高效快捷。

2、专业性亟待提升：提高监测方法的针对性，不一定所有监测项目都要做。就如专科医生看病一样，对症下药，用针对性更强的监测手段，既有效果又节约社会资源和成本。比如无线测距仪，无需大面积监测的，就点对点，有针对性进行收敛监测，效率更高，成本更低。

3、新技术需进一步拓展应用：目前监测、测量、检测的新技术新手段层出不穷，比如光纤光栅、巡检机器人，很多技术是对传统监测手段的彻底颠覆，值得行业去探索应用，积累经验。

4、运营单位要积极转变观念：工程技术规范是已有成熟经验的总结，并不是对未来技术发展的展望。当前我国规范编制的原则是列入成熟的技术，尚在发展和试用中的新技术暂不列入。规范并不限制新技术的应用，规范中未列入的内容，只要是规范未禁止采用的，一般可以在工程中应用，在应用中总结经验，使它成熟起来。认为凡是规范未列入的技术不应采用的看法是不妥当的，这会限制新技术的推广应用，不利于管理水平的高效率提升、地铁运维的高效便捷。当然，采用规范没有列入的新技术，应有充分依据、稳妥可靠，测量精度要符合相关规范要求。

5、大力发展大数据技术的应用：多源异构数据融合在一个平台，利用大数据、云计算，结合AI技术，实现智能诊断，智能预警，确保安全。专业的人做专业的事，还可以解决运营单位专业人员缺乏的弊端。

约翰天宝公司亚太区销售总监

Trimble公司如何帮助改善和促进更智能、更高效地进行隧道施工和管理？

当前，隧道工程施工面临着诸多挑战，作业环境恶劣、施工人员及机械设备种类过多、各部门协调耗时长等。当作业人员进入地下进行施工测量时，需携带多种设备到现场，全站仪、三维激光扫描仪等，测量完成后返回办公室进行数据统计和计算，如遇问题，还需携带多种设备再次返回隧道现场，这严重影响了隧道施工的效率和质量。如何将全球先进的技术，引进隧道行业，提高隧道施工的效率和水平？这是Trimble一直在思考的重要课题。

在此背景下，Trimble研发了全新的三维点云技术，该技术集Trimble高精度全站仪和高速三维激光扫描仪于一身，该设备可一次性完成控制测量和三维激光扫描工作。将传感器进行集成，可带来诸多实用功能，比如预先输入设计文件，现场直接计算超欠挖报告，图形化显示，人员之间沟通顺畅，现场与原设计对比分析，减少反复进场次数。与此同时，该设备采集点云数据及高清影像数据、现场实景还原，结合隧道现场复杂的环境，该设备内置AI人工智能算法，能够有效过滤现场噪声。因此，在测量过程中，不用清场，全息数据采集便于恢复现场数据，避免漏测。这样的整体解决方案，配套软件快速处理数据，并生成报告。

虽然Trimble研发了可帮助施工单位获得巨大生产力的整体解决方案，但仍有一部分工作流程需要回到办公室才能完成，为进一步提升隧道施工的效率，Trimble研发了一套软件解决方案Trimble Business Center，该方案融合了丰富的AI计算功能，可提升互操作性（Interoperability），可实现不同设备、不同软件、不同设计基础数据的共享和分析，并针对隧道行业的特殊需求定制行业报告。

一般而言，大型工程的建设均会对周边建筑结构带来一定的影响，为了安全起见，行业需要对地表建筑和地下建筑进行安全监测。

传统监测方式主要采用传感器+服务器软件模式，对现场通信的实时性和服务器的架设有比较高的要求，一旦通信系统发生故障，很难判断故障点，现场维修人员无法及时进行数据采集，还会丢失部分数据。不仅如此，服务器的维护，需要专业IT人员，这种方式会带来较大的人力成本投入。

为此，Trimble开发了一套全新的监测模式，采用边缘计算技术，将一部分数据的计算量纳入传感器端，协助数据的处理更高效、更便捷，同时通过云计算的方式，整合多个站点数据，可以为业主提供整体变形分析，即使通讯临时中断，也不会影响站点数据采集与分析，云计算大大减轻了服务器运维管理的压力。

新冠病毒给地铁施工检测和监测带来哪些新的思考？

新冠病毒的出现让我们重新思考当前地铁建造阶段以及资产管理和维护阶段的工作方式，人类不能像以前一样，如此密集地在现场工作。比如，轨道交通的检修工作通常在夜间展开，需要不同专业工作人员在较短时间内共同完成，这既是风险，也有危险。

基于新冠病毒给地铁运营检修带来的瓶颈，Trimble正在探索新的技术解决方案，采用测绘巡检方式，由单人执行完成。为此，Trimble做了一个实验项目，一个人用小车就可以完成高精度的数据采集，利用AI算法，现场就可以进行分析，得出结论。上述工作方式，是Trimble一贯坚持的理念，实现单人作业、高效率和高质量，这是Trimble追求的目标。

我们相信，地理信息技术将为人类生存带来卓越进步；作为满怀激情的创新者，Trimble 始终致力于改变世界的工作方式。

“新基建”给行业带来哪些新机遇？

进入2020年，中国“新基建”成为一个热门话题，Trimble希望成为中国“新基建”的积极参与者。此前，Trimble也参与了日本和韩国新基础设施建设。

日本和韩国的新基础设施分别被称作“i-Construction”和“智能建筑”。在过去，日本和韩国基础设施项目进展非常缓慢，因为承包商和银行的资金投入巨大，并且没有明确的方案来证实基础设施建设工程的落实情况。

日本推行i-Construction之后，借助三维数据测量和分析，可以清晰地看出某一项工作的进度，从而决定服务商的付款流程，过程并不复杂，最大的优点是改善了项目资金流程，控制项目的质量，推进项目的进程。

三维数据是整个过程的基础，并成为主体方和所有参与方的一种通用语言，分包商、银行、政府、主要承包商、环境专家等等，都采用三维数据进行沟通。

因此，中国“新基建”的大力推进和落实，也将为三维数据技术带来巨大的发展空间。Trimble也将紧跟中国“新基建”发展的脚步，推动三维数据技术的深度应用，推进施工现场生产管理模式的变革。

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