城市軌道交通全生命周期大數(shù)據(jù)智能管理平臺打造了準(zhǔn)確直觀的軌道交通工程虛擬環(huán)境，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的累積與傳遞，支撐各個業(yè)務(wù)階段應(yīng)用，為管理者提供了對工程質(zhì)量、進(jìn)度、安全、成本等多方面精細(xì)化管控和決策的工具。
為推進(jìn)城市軌道交通的信息化建設(shè)，提高決策者的管理水平，北京城建智慧工程院聯(lián)合超圖軟件搭建了城市軌道交通全生命周期大數(shù)據(jù)智能管理平臺。該平臺依托大數(shù)據(jù)、云構(gòu)架、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，完美地將BIM與GIS相結(jié)合，搭建了三維的真實場景，并結(jié)合傳統(tǒng)二維地圖，實現(xiàn)二三維一體化，支撐各個業(yè)務(wù)階段應(yīng)用，服務(wù)于城市軌道交通現(xiàn)代化建設(shè)。
多種數(shù)據(jù)搭建三維虛擬場景
傳統(tǒng)的線路規(guī)劃以二維圖紙為主要對象，無法再現(xiàn)真實場景，設(shè)計人員需要多次到實地進(jìn)行考察，以分析線站選址的合理性。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，BIM正在逐步替代傳統(tǒng)的CAD圖紙，并在工程項目中取得了廣泛使用。與此同時，在測繪行業(yè)，無人機(jī)航測、三維激光掃描等三維數(shù)據(jù)采集及建模新技術(shù)也在不斷進(jìn)步，促使傳統(tǒng)建筑與測繪行業(yè)逐步由二維數(shù)據(jù)向三維數(shù)據(jù)發(fā)展。這就使得通過三維數(shù)據(jù)來進(jìn)行設(shè)計、施工成為了可能。
傾斜攝影數(shù)據(jù)與三維激光掃描數(shù)據(jù)均可以建立地鐵線周邊真實的三維地表模型，具有建模速度快、數(shù)據(jù)更新時效性強(qiáng)的特點(diǎn)，使得人們可以很容易獲得城市的地表三維場景模型。通過BIM+GIS融合技術(shù)，可將宏觀的三維地表場景與微觀的BIM模型完美融合，可以真實地再現(xiàn)線路、車站與周邊環(huán)境的相對位置關(guān)系，比傳統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計更加直觀、有效。同時，勘察人員也可通過三維地表場景直接選擇勘探鉆孔點(diǎn)位置以及建筑物屬性信息調(diào)查，極大地減少了人力、物力，對于縮短建設(shè)工期、節(jié)省成本具有重要意義。
在規(guī)劃設(shè)計階段，設(shè)計人員利用BIM軟件在三維環(huán)境直接對車站模型與隧道模型進(jìn)行設(shè)計，利用三維模型和其中的信息，自動生成所需要的圖檔。BIM正向設(shè)計的出現(xiàn)，推動地鐵勘察業(yè)務(wù)由傳統(tǒng)的二維成果向三維成果轉(zhuǎn)變。鉆孔、地質(zhì)、管線的三維可視化，可實現(xiàn)簡單的二維圖形向真實的三維空間模型轉(zhuǎn)換，再與地表三維模型、BIM設(shè)計模型相結(jié)合，真實展現(xiàn)三者之間的空間位置關(guān)系，以便指導(dǎo)規(guī)劃設(shè)計與施工。
應(yīng)用BIM+GIS融合技術(shù)，城市軌道交通全生命周期大數(shù)據(jù)智能管理平臺將BIM模型與地表三維模型、設(shè)備模型、土地利用規(guī)劃數(shù)據(jù)、交通線路等數(shù)據(jù)相結(jié)合，共同搭建虛擬三維場景，打造準(zhǔn)確直觀的軌交工程虛擬環(huán)境。在輔助設(shè)計人員進(jìn)行工作進(jìn)度以及成果匯報，確保業(yè)主全面掌握工程沿線地上、地下工程環(huán)境，減少磋商時間等方面取得了重要成果，對后續(xù)軌道交通信息化建設(shè)具有重要的參考與指導(dǎo)意義。
▲ 地上三維模型
▲ 勘測數(shù)據(jù)模型
▲ 地上地下一體化
輔助規(guī)劃設(shè)計
由于地下管線種類多、分布復(fù)雜，對車站設(shè)計與施工具有重大影響，管線碰撞分析與遷移是設(shè)計人員與施工人員不得不面臨的一個重要問題。尤其是在地鐵設(shè)計與施工階段，不僅要考慮車站與基坑會與哪些地下管線相碰撞，還要考慮到地下管線的遷移以及其是否為潛在風(fēng)險源，既要保障施工安全，又要保障居民的正常生活。如何快速定位碰撞點(diǎn)，找到需要遷移的管線，是一個迫切需要解決的問題。
管線的三維可視化真實再現(xiàn)了管線在地下的分布，通過BIM+GIS融合技術(shù)，可以直觀展現(xiàn)其與車站、基坑以及地表模型的相對位置關(guān)系，查看埋深及權(quán)屬信息。利用GIS強(qiáng)大的空間分析功能，可以直接找到與車站、基坑模型相交的管線，在參建方以及管線權(quán)屬單位在場的情況下快速確定遷移方案，減少會商時間，加快工程進(jìn)度，使碰撞點(diǎn)的確定與改移方案的確定更加方便快捷。
地鐵在規(guī)劃設(shè)計時都會牽涉到房屋拆遷與商業(yè)賠償問題，賠償款的多少是影響地鐵成本的重要因素。在規(guī)劃設(shè)計階段，為了快速得到線站選址時所涉及到的拆遷賠償額，需要對房屋拆遷進(jìn)行評估。針對這一問題，平臺通過GIS數(shù)據(jù)庫，將建筑物的屬性信息和空間信息統(tǒng)一管理，利用GIS的空間分析功能，可以獲得拆遷區(qū)域內(nèi)的建筑物數(shù)量、類型、面積等統(tǒng)計結(jié)果，進(jìn)而評估拆遷費(fèi)用，分析地鐵線路合理性，為地鐵建設(shè)成本評估提供強(qiáng)有力的支撐。
▲ 管線與基坑相交分析
▲ 房屋拆遷評估
施工質(zhì)量進(jìn)度管理
盾構(gòu)施工的目的是在盡可能不擾動圍巖的前提下完成施工，從而減少對地面建筑物及地基內(nèi)埋設(shè)物的影響。盾構(gòu)法適合在軟土地基段施工，具有自動化程度高、節(jié)省人力、易于管理、施工速度快、洞體質(zhì)量穩(wěn)定、不受氣候影響、對周圍建筑物和交通影響小等特點(diǎn)。在實際的施工環(huán)境中，周圍地層的水文、工程地質(zhì)情況復(fù)雜多變，土層力學(xué)性質(zhì)又各不相同，施工中可能會遇到很多預(yù)想不到的問題，不僅有安全隱患，還可能導(dǎo)致掘進(jìn)方向的偏移，從而影響工程質(zhì)量及進(jìn)度。
鑒于上述原因，實時監(jiān)控盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)及進(jìn)度的盾構(gòu)可視化監(jiān)控管理系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，利用BIM+GIS融合技術(shù)，基于施工地區(qū)地表三維建筑、地層三維模型、三維管線、盾構(gòu)機(jī)等模型數(shù)據(jù)，從三維視角，以動態(tài)形式展示盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的計劃和實際進(jìn)度，實時展示刀盤信息以及設(shè)備偏移度和姿態(tài)信息。它一方面便于管理者全面掌握盾構(gòu)管理的各項具體信息、實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、降低管理難度、優(yōu)化現(xiàn)有資源，另一方面便于現(xiàn)場施工人員監(jiān)控具體盾構(gòu)機(jī)和施工現(xiàn)場，查看盾構(gòu)施工的進(jìn)度，保證掘進(jìn)的正常進(jìn)行。真正意義上實現(xiàn)盾構(gòu)施工過程中的“運(yùn)行狀態(tài)可視、掘進(jìn)數(shù)據(jù)可查、施工進(jìn)度可管”等目的，協(xié)助施工單位從公司到項目整體把控項目的進(jìn)展和施工情況，保障施工質(zhì)量與進(jìn)度。
▲ 刀盤運(yùn)行狀態(tài)
▲ 挖掘進(jìn)度展示
安全管理
地鐵建設(shè)是一項高風(fēng)險工程，一方面因其周邊環(huán)境復(fù)雜，地質(zhì)條件具有變異性和不可知性，施工方法復(fù)雜，這增加了施工的安全隱患；另一方面因其政治敏感性強(qiáng)、公共安全要求高、社會影響大，一旦發(fā)生重大安全風(fēng)險事故，影響面廣，甚至導(dǎo)致災(zāi)難性的后果，損失巨大。如何提高工程建設(shè)中的安全風(fēng)險控制水平，加強(qiáng)安全管理的研究和實施，已成為各級政府、建設(shè)單位和各參建單位共同關(guān)注的重大課題。
現(xiàn)在，以BIM+GIS融合技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合云計算、物聯(lián)網(wǎng)感知、移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，實現(xiàn)與BIM技術(shù)的一體化集成，建設(shè)軌道交通工程建設(shè)安全風(fēng)險管理平臺，對監(jiān)測點(diǎn)實時監(jiān)控預(yù)警，將是應(yīng)對這一問題的有效手段。這可為業(yè)主單位提供一個安全監(jiān)管和輔助決策工具，實現(xiàn)建設(shè)過程的“全面管理、重點(diǎn)監(jiān)控”，實現(xiàn)建設(shè)維護(hù)的智慧化監(jiān)管。
▲ 圍護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測點(diǎn)與預(yù)警
城市軌道交通全生命周期大數(shù)據(jù)智能管理平臺的建設(shè)，實現(xiàn)了地鐵建設(shè)全過程中的大數(shù)據(jù)共享，通過搭建和使用虛擬三維場景，解決了地鐵建設(shè)中長期存在的信息不對稱、溝通效率低、決策效率低等問題，實時監(jiān)控施工質(zhì)量進(jìn)度和風(fēng)險源，為管理者全過程精細(xì)化管控和決策工程質(zhì)量、進(jìn)度、安全、成本等提供工具，為城市軌道交通的建設(shè)帶來了新思路、新方案。
▲ 施工現(xiàn)場實時監(jiān)控
