基于数字孪生的地铁工程盾构施工风险管理与平台实现

doi:10.3973/j.issn.2096-4498.2025.11.011

隧道建设（中英文） ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (11): 2100-2116.DOI: 10.3973/j.issn.2096-4498.2025.11.011

基于数字孪生的地铁工程盾构施工风险管理与平台实现

王雪健^{1, 2}，张育雨³，蒋四礼³，王家远^{1, 2, *}

（1. 深圳大学土木与交通工程学院，广东深圳 518060； 2. 中澳BIM与智慧建造联合研究中心，广东深圳 518060； 3. 中铁南方投资集团有限公司，广东深圳 518054）

出版日期:2025-11-20 发布日期:2025-11-20
作者简介:王雪健（1992—），男，湖北襄阳人，深圳大学土木工程专业在读博士，研究方向为智慧建造与可持续建设。E-mail： wustwxj@163.com。*通信作者：王家远， E-mail： wangjy@szu.edu.cn。

Risk Management and Platform Implementation of Shield Tunneling in Metro Engineering Based on Digital Twin

WANG Xuejian^{1, 2}, ZHANG Yuyu³, JIANG Sili³, WANG Jiayuan^{1, 2, *}

(1. College of Civil and Transportation Engineering, Shenzhen University, Shenzhen 518060, Guangdong, China; 2. Sino-Australia Joint Research Center in BIM and Smart Construction, Shenzhen 518060, Guangdong, China; 3. China Railway South Investment Group Co., Ltd., Shenzhen 518054, Guangdong, China)

Online:2025-11-20 Published:2025-11-20

摘要/Abstract

摘要： 为有效解决地铁工程盾构施工中安全风险管控不完善、监测预警机制不健全、数据传输延迟及可视化应用不足等问题，基于数字孪生技术构建地铁工程盾构施工综合管理平台框架。首先，采用实体建模与基于Dynamo的参数化建模方法构建TBM与隧道模型，提出基于点云的BIM模型更新技术框架，实现隧道BIM模型重建。然后，建立从集团层到项目层的全过程风险分级防控流程，提出周边环境监测预警响应机制及盾构掘进异常工况预警方法；通过部署云服务，设计盾构作业远程通信与数据同步架构以及虚实同步逻辑框架，保障数据有效传输、存储、处理。最后，以深圳地铁项目为案例，通过平台应用实现了虚拟场景可视化与施工模拟、盾构多参数实时监测、盾构群监控与风险源信息可视化以及掘进参数与工况预警管理。结果表明，平台运行后盾构施工安全水平与风险防控效率显著提升，该平台已在多个城市地铁工程中推广应用。

关键词: 地铁盾构施工, 隧道掘进机, 数字孪生, 综合管理平台, 风险管理

Abstract: Shield tunneling in metro engineering is beset with inadequate safety risk control, imperfect monitoring and early-warning mechanisms, data transmission delays, and limited visualization. The authors construct a comprehensive management platform framework based on digital twin technology to effectively resolve these issues. First, TBM and tunnel models are constructed using entity modeling and dynamo-based parametric modeling methods. Based on these models, a point cloud-based building information modeling updating framework is proposed for tunnel reconstruction. Then, a multi-level risk prevention and control process is established from the group to project levels, along with an environmental monitoring early-warning response mechanism and a warning method for abnormal tunneling conditions. Deploying cloud services, the authors also design a remote communication and data synchronization architecture, together with a physical-virtual synchronization logic framework, for effective data transmission, storage, and processing. Finally, a case study on the Shenzhen Metro project is demonstrated. The platform enables virtual scene visualization and construction simulation, real-time multi-parameter monitoring of TBM, TBM cluster and risk-source visualization, as well as tunneling parameter management and condition warnings. The platform greatly enhances tunneling safety and risk control efficiency, and has been successfully applied in multiple metro projects.

Key words: metro shield tunneling, tunnel boring machine, digital twin, comprehensive management platform, risk management

王雪健, 张育雨, 蒋四礼, 王家远. 基于数字孪生的地铁工程盾构施工风险管理与平台实现[J]. 隧道建设, 2025, 45(11): 2100-2116.

WANG Xuejian, ZHANG Yuyu, JIANG Sili, WANG Jiayuan. Risk Management and Platform Implementation of Shield Tunneling in Metro Engineering Based on Digital Twin[J]. Tunnel Construction, 2025, 45(11): 2100-2116.

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Risk Management and Platform Implementation of Shield Tunneling in Metro Engineering Based on Digital Twin

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