目前，信息化逐渐成为经济社会发展的主要趋势。在隧道建设信息化的背景下，公路隧道建设在很大程度上都依赖于机械化、信息化，在施工建设过程中采用先进技术以及项目管理信息技术，不但可以提高管理水平，而且能够保障隧道建设质量。隧道建设施工技术复杂，工序众多，且各工序之间的干扰较大；施工环境比较恶劣，空气质量差、噪音较大；且施工过程中隐蔽工程较多，工程的隐患难以及时发现，因而往往导致隧道工程质量检测难以符合标准，并且难以达到预期的使用寿命。因此，对隧道施工过程的质量进行严格的控制，施工过程中强化现场质量管理，是建设合格高质量隧道工程的关键。
1 系统框架
本文提出的基于智能终端的隧道施工质量管理系统，将智能终端（APP）应用与数据中心进行无线连接，采用蓝牙技术进行数据传输，保证数据准确性；将智能终端采集数据通过GPRS上传到服务器数据库，系统平台采用B/S结构，将前端上传的数据进行模型分析，保证数据的及时性的同时对隧道施工过程提供安全及质量保证；根据隧道实际情况建立监控量测的数据分析模型。
基于智能终端的隧道施工质量管理系统框架主要包含四个参与方和三大环节。其中，四个参与方包含智能终端（如手机APP）、数据中心、Web公示平台和建立人员。三大环节包括数据的采集与上传，隧道累积变形量的拟合与预测，预测结果的监测与反馈。四个参与方在三大环节中分别完成不同任务，具体如下：
（1）智能终端：承担隧道施工数据的采集与上传任务。
（2）数据中心：负责汇聚上传的隧道施工数据，并进行存储。
（3）Web公示平台：对隧道累积变形量的拟合与预测结果进行公示，具体的可以图表的方式来直观的展示数据历史信息，以及拟合和预测结果。
（4）监理人员：根据隧道累积变形量的预测结果进行监测和反馈，以及进行预警信息分析和处理。
2 系统实施过程
本文提出的基于智能终端的隧道施工质量管理系统，是国内目前较为先进和信息化的一套规范化的隧道施工质量管理系统。该系统性能高、高度自动化且易于操作和使用，可以保证真实可靠数据的有效上传，实现了管理和监理业主的双向管理，在国内隧道建设工程项目中具有重大的作用和意义。
该系统在实际实施工程中简单易行，容易理解，主要包含三大环节：（1）施工数据的采集与上传；（2）隧道累积变形量的拟合与预测；（3）监测与反馈。
2.1 施工数据的采集与上传
该基于智能终端的隧道施工质量管理系统的特点是：采用目前主流的智能终端（如手机APP）对施工现场的各项施工数据进行采集，主要是通过与蓝牙对接以实时获取仪器的实际测量数据，然后通过无线传输自动上传至数据中心进行存储。其中，智能终端担负着基层各项数据的采集任务，包括施工现场各项数据以及施工后的观察时间段内的数据，能够每天监控量测的完整实测数据，然后自动上传。
在具体的施工过程中，根据隧道工程的施工工序，数据采集需从不同的方面分别进行采集，例如开挖数据采集、隧道支护数据采集、衬砌质量数据采集等。只有将各个工序的数据进行完整采集和上传，才能保证之后进行统一的分析和处理，同时数据的完整性也使得在发生问题之后可以进行详细检查，从而发现问题并提出应对方案。
本文提出的隧道施工质量管理系统中，测量数据需要按时间点、施工环节、施工类型等按时采集，采集后不可以人为改动，并且要求及时上传，从而保证隧道施工过程中隧道施工监控量测数据的真实性，保证隧道施工安全、高效地进行，实现隧道施工的现代化和信息化。
2.2 隧道累计变形量的拟合与预测
隧道施工过程中，需要对隧道的一些性能指标进行测量，以确定隧道的安全性和可实施性。通常主要以拱顶下沉、周边位移和地表沉降监测数据为基础，针对隧道工程具有的不确定性、模糊性和随机性等特点，基于计算机信息技术，通过回归分析、灰色预测、时间序列和神经网络等方法和模型对隧道的累计变形量进行拟合和预测，为判断隧道变形趋势提供依据。通常，预测可以分为单模型预测和智能化预测。
单模型预测能根据用户选择的测点、查询时间段、预测天数和预测模型快速地预测该测点在未来时间段内的变形趋势，然后在窗口中显示监测数据和预测数据以及相关的时程曲线。
智能化预测能够科学地选取最优模型进行最佳效果的预测分析，然后将不同模型的预测曲线以不同的颜色直观的显示在系统中，同时以数据列表的形式显示不同时刻点的监测数据以及不同模型预测的预测值，并按照预测效果评判标准将预测效果作为后续操作中模型选择的依据。
2.3 监测与反馈
监理人员根据隧道围岩变化的实际情况，应及时提出合理施工方案或采取安全保证措施，从而大大降低隧道施工的安全风险。因此，监理人员隧道施工质量控制中尤为重要。但是，在实际项目施工过程中，监理人员往往质量意识较低，施工管理不完善，某些情况会由于利益驱使而对项目质量进行放松，偷工减料，改变施工设计参数等，从而导致隧道质量不过关，使用寿命缩短，且具有严重的安全隐患。
本文提出的基于智能终端的隧道施工质量管理系统，监理人员作为系统成员的一部分，要求能够对隧道施工过程中以及观察时间段内的各项数据资料进行按时监测，按时上传。由于在整个系统框架中，业主是始终参与的，故智能终端是否按时间点、按施工环节、按施工类型等采集上传数据，业主可以对此进行实时监控。因此，这就督促监理人员必须尽到自己监测责任，即必须对隧道施工现场的各项数据资料进行检查和按时上传。监理人员还需要对系统返回的上传数据的拟合预测结果进行分析判断，从而做好地质预报，一旦出现任何问题，即可以分析原因，并采取相应的解决措施，将风险和成本降至最低。
3 关键技术
3.1 远程数据采集
结合现场特有的施工环境，本系统采用业界主流技术实现数据采集、传输和交互为一体的智能客户端组件。采用业界主流的蓝牙通信技术进行数据的采集，将现场检测数据通过无线网络信号上传到中心服务器，将多个不同地点的数据进行集中整合，给信息化建设提供了必要条件。
3.2 Android手持端设备
使用手持端设备将全站仪测量的数据实时传输到手机端，在有网的状态下可以将数据上传到服务器，从而避免数据作弊的现象，以保证数据的准确性。手持端设备的基础数据（隧道、断面、测点）是和服务器数据一致的。用户登录功能是根据权限划分的，不同身份的用户登录后同步下来的基础数据也不一样，用户可以根据自己的权限查看相应功能。每个施工单位至少拥有2部Android手持端设备，确保数据的实时性和准确性。
3.3 信息化处理
系统将远程数据采集设备采集回来的原始数据通过专业的数学模型处理、分析，实现对隧道变形、位移和地面沉降等项目的智能化预测、分析和预警预报。从而实现对项目中各个隧道施工过程的集中化、智能化分析与处理，给工程的施工、管理提供及时、高效的建议和指导。
3.4 软件功能
对隧道断面的监测方案进行设定，包括对必测项目、选测项目和自定义项目等监测方案的维护，为隧道量测提供指导和参考。
3.4.1 断面监测
可注册一个新的测点的信息，也可对在监测方案功能中生成的测点信息进行维护。该模块通过上述窗口实现了工程项目、隧道与监测仪器信息的综合管理，可详细记录工程基础资料、隧道断面地质描述，设计各断面的监测方案，自动生成测点信息，为保存和分析监测数据提供基础。
3.4.2 时程分析
时程分析功能是依据监测数据管理界面计算得到的累计变形量、变形速率和变形加速度等监测值的基础上，自动绘制出描述监测值随时间变化的时程曲线以及通过模型拟合得到的拟合曲线，通过观察曲线的变化情况，可以掌握围岩变形的发展规律。
3.4.3 智能预测分析
智能预测分析模块主要对隧道的累计变形量进行拟合和预测，为判断隧道变形趋势提供依据。常用的预测分析方法有回归分析、灰色预测、时间序列和神经网络等。
5 系统性能
本部分对基于智能终端的隧道施工质量管理系统的性能进行总结分析。
（1）先进的对等通信网络（peer-to-peer）。采用先进的对等网络通信协议，有快速可靠的特点、完善的信息通播技术和分布式数据库，保证了系统的可靠性，在网络系统中所有控制器可以采用对等通信方式，了解所有的信息，也可任意指定一台控制机作为系统控制器主机，控制主机除显示本机信息资料外，还将自动显示网络系统中所有其他控制机的有关信息资料。
（2）完善的通信接口，可与其他系统相接。控制器有多个网络及串行数据接口，可以很方便地配接计算机平面图形显示及存储系统，也可与楼宇自动控制系统BAS联接，集中显示管理。
（3）远距离通信。控制器与现场设备通过两总线进行通信，最远距离可达1500米。控制器之间通过CAN总线进行远程联网，最远距离可达2000米，超过2000米可配接光端机实施光纤远距离通信。
（4）控制器采取了防水、防尘措施，防护等级可达IP54。
（5）自我检测功能控制器具有故障自诊断的能力，能连续检测探测器和手动报警按钮的工作状态，准确报告故障位置，并能在显示屏上显示。
6 结语
隧道建设质量管理重点在于对整个施工过程的统一控制和管理，且隧道质量管理需要结合所有参与者的共同努力。本文提出的基于智能终端的隧道施工质量管理系统，在隧道施工监控量测领域提出新原理，将施工过程中各方参与者有机的联系起来，利用新原理、新技术，严格控制好各个施工环节的施工质量，改变了监测数据不真实的现状，在隧道施工建设项目中具有一定的应用价值。
目前，绝大部分隧道建设在质量上都或多或少地存在一些质量问题，且有的隧道工程在后期需要进行整理和修补，耗费大量的人力物力财力。因此，在实际隧道工程建设中，只有有效保证隧道施工单位与监理方的统一结合，共同保证隧道工程的质量，才能建设出令人满意的优秀工程。
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（作者李雄周系云南省建设投资控股集团有限公司市政总承包部副高级工程师）
