【创新进行时】让数据决策风险管控——新一代信息技术赋能的隧道施工风险管控技术与应用体系

“桥隧发展科技创新大会”是由《桥梁》杂志社主办的年度行业盛会，旨在为相关从业人员搭建一个传播理念、探讨技术、弘扬文化的交流平台。作为大会品牌活动，“桥隧技术及产品创新大赛”已成功举办九届，累计展示千余项创新成果，已成为行业内的标杆赛事。

为了更好的推广大赛成果，《桥梁》杂志推出“创新进行时”栏目，栏目将持续更新往届创新大赛参赛成果，旨在为创新企业提供一个展示的平台。希望“创新进行时”栏目能获得大家的关注，也欢迎各相关单位踊跃申报第十届桥隧技术及产品创新大赛。

今天为大家带来的是第九届桥隧技术及产品创新大赛“组委会特别推荐奖”的成果“让数据决策风险管控——新一代信息技术赋能的隧道施工风险管控技术与应用体系”。

让数据决策风险管控

——新一代信息技术赋能的隧道施工风险管控技术与应用体系

当前，我国公路隧道建设需求依旧旺盛。据统计，截至2023年底我国隧道总数已达27297处，总里程达3023.18万延米，近三年均以超10%的规模持续增长。

然而，受复杂工程地质条件及行业转型升级趋势的双重影响，我国尤其是西南部地区隧道工程建设面临严峻安全风险防控挑战。一方面，复杂地质条件下隧道施工安全风险突出，塌方、大变形等地质灾害严重滞后施工进度；另一方面，传统施工模式下风险管控体系低质低效，数智化与信息化水平亟待提升。《交通运输部关于推进公路数字化转型加快智慧公路建设发展的意见》提出“到2027年公路数字化转型取得明显进展、2035年全面实现公路数字化转型”的重要发展目标，如何在当下提高隧道建设过程中风险管控能力，实现安全、高效、智能化建造，已成为行业亟需解决的关键问题。

传统风险评估亟待创新突破

隧道工程所处地质环境相对封闭复杂，致灾因素众多，施工过程的安全风险管控预警是保障其安全建设的重要环节。2024年交通运输部发布并实施了《公路水运工程施工安全风险评估指南 第3部分：隧道工程》（JT/T 1375.3-2024），对公路隧道施工安全风险评估的基本要求以及总体风险评估、专项风险评估、风险控制措施等方面进行了指导性规定。但与当前传统隧道施工风险管控主要依靠手工记录与经验判断相结合，仍存在以下诸多问题：

（1）指标量化难度大：围岩坚硬程度、完整性等重要评估指标多依靠技术人员地质素描定性取值，工作量大、安全风险高、耗费周期长且准确性不足；

（2）指标体系不完善：评估指标多考虑地质因素，施工过程数据资源未充分利用，进而导致指标体系多源性不足，难以适应复杂隧道施工风险评估需求；

（3）计算方法有缺陷：为方便工程应用，采用“查表赋值-经验计算-风险判定”的方式进行施工安全风险评估，忽略了指标融合过程中的冲突问题，容易导致计算结果欠缺合理性；

（4）评估流程静态割裂：总体风险评估与专项风险评估之间的尺度差异致使二者之间未形成有效衔接，导致在工程应用过程中二者通常独立进行，难以实现施工过程动态风险评估；

（5）数智化与信息化支撑不足：缺乏数字化、智能化的技术体系与信息化应用平台支持，导致实时监测与智能分析能力不足，难以实现风险预测预警和快速决策，无法满足现代隧道工程风险管控需求。

不难看出，目前隧道施工风险评估领域亟需在理论方法、技术手段和管理模式上实现创新突破，迫切需要一套全面、系统、智能的风险管控技术体系与信息化产品，以有效应对日益复杂的隧道施工安全挑战。

新一代信息技术赋能

施工风险管控

为解决上述问题，行业内相关企业与科研院所近年来均提出一系列隧道施工风险评估改进措施，并开发了相应的隧道施工信息化平台。但经调研了解多数平台仍以施工进度管理为主要功能，缺乏先进技术的集成与应用，对施工过程中的风险管控效果不甚理想。

为此，广西路桥工程集团有限公司以技术科研攻关和产品自主开发为核心（如图1所示），综合运用物联网、数字化、人工智能等新一代信息技术手段，在结合隧道施工特点的基础上将潜在风险涉及的设计、地质、工序等多源数据作为主要管控目标，创新性提出了一系列技术打通风险数据采集、表征、评估与决策的全周期风险管控流程，形成了一套完整的隧道施工风险管控技术体系与工程应用产品，有效解决了传统风险管控中存在的技术瓶颈。该成果主要在以下几个方面进行了创新研究。

图1 研究思路及技术路线

（1）创新性构建了考虑多尺度划分的风险评估指标体系。结合钻爆法隧道施工工序特点，建立了动态的勘察设计、超前预测与开挖支护尺度嵌套体系，并依此构建了覆盖地质、预测、施工等维度的多源异构风险评估指标体系，实现了隧道施工风险因素的全面刻画。

（2）优化了多源指标风险等级概率计算与指标融合算法。以证据理论为多源数据决策层融合框架，通过优化风险等级分配概率计算与冲突证据加权平均融合大幅提升了风险等级判定的客观性与合理性，并通过多尺度风险评估结果传递与融合，实现了匹配施工进度且满足总体与专项的多种风险评估需求的动态评估体系（图2）。

图2 多源数据融合隧道施工风险动态评估体系

（3）开发了成套重要风险指标智能解译与量化表征方法。如针对赋存地质环境，综合运用激光点云技术、钻探物探融合技术和随机场理论，实现了地形、结构与属性三位一体的高精度地质建模。针对钻探、物探、掌子面图像、监控测量等重要风险预报数据，自主构建了相应的机器学习、深度学习、机器视觉等AI解译模型，实现了岩体完整程度、坚硬程度、围岩等级与位移变形等重要指标的量化表征（如图3所示）。该成套方法显著提高了风险数据采集的效率与准确性，为合理评估与科学决策提供了可靠的底层数据支撑；

图3 风险指标高效采集与智能解译量化

（以掌子面图像识别为例）

（4）自主研发了隧道施工风险管控智能决策辅助平台。通过模块化设计与集成，实现了施工管理、风险评估、监测预警、辅助决策等功能的有机融合（如图4、图5所示）。平台支持多种物联网设备接入，能够实时采集环境与设备状态数据，通过专业算法模型进行动态分析与风险评估，支持多端协同作业，大幅提升了风险管控与决策的智能化水平。

图4 隧道施工期智能决策辅助平台界面展示（大屏）

图5 隧道施工期智能决策辅助平台界面展示（风险评估模块）

与同类技术相比（如表1所示），上述创新技术体系与应用平台在多项对比中优势显著，核心技术指标达到国内先进水平。目前围绕所研成果已形成包含多项发明专利、软件著作权等在内的自主知识产权体系，并成功入选2024年广西交通运输厅交通运输科技创新典型案例，为困扰隧道行业的施工安全风险评估提供了智慧创新方案。

实现效率质量双提升

为加速成果转化，确保技术与平台的工程实用性，该研究成果近三年已先后在广西巴羌高速（如图6所示）、云南昌保高速、四川西昌高速以及新疆S103高速等项目隧道中进行了实际应用，施工风险涵盖了岩溶发育、富水破碎带、软岩大变形等典型场景。应用结果表明，该成果能有效提升隧道施工风险识别准确率，降低重大风险事故发生概率，提高工程施工效率和质量，具有显著的经济和社会效益。

图6 广西巴羌高速拉力隧道

未来，随着我国隧道工程建设规模的持续扩大，尤其是高风险隧道工程比例的不断提高，该成果的推广应用前景十分广阔。随着5G、大数据、人工智能、物联网等新一代信息技术的进一步发展，所提出的公路隧道施工风险管控技术及智能决策辅助平台还将不断迭代升级，进一步提升风险数据采集精度、扩展风险智能识别范围、增强辅助决策能力，为隧道工程全生命周期管理提供更加全面、高效的技术支持。

本文刊载 / 《桥隧产业》杂志

2025年 5月刊 总第60期

作者 / 彭浩 梁铭 黄慧婧

作者单位 / 广西路桥工程集团有限公司

编辑 / 王硕

美编 / 赵雯

审校 / 李天颖 王硕 廖玲

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