城市軌道交通全生命周期大數(shù)據(jù)智能管理平臺(tái)打造了準(zhǔn)確直觀的軌道交通工程虛擬環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的累積與傳遞，支撐各個(gè)業(yè)務(wù)階段應(yīng)用，為管理者提供了對(duì)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(tái)。該平臺(tái)依托大數(shù)據(jù)、云構(gòu)架、云計(jì)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(shí)場(chǎng)景，并結(jié)合傳統(tǒng)二維地圖，實(shí)現(xiàn)二三維一體化，支撐各個(gè)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(chǎng)景
傳統(tǒng)的線路規(guī)劃以二維圖紙為主要對(duì)象，無(wú)法再現(xiàn)真實(shí)場(chǎng)景，設(shè)計(jì)人員需要多次到實(shí)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(xiàng)目中取得了廣泛使用。與此同時(shí)，在測(cè)繪行業(yè)，無(wú)人機(jī)航測(cè)、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(cè)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(guò)三維數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)、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(shí)的三維地表模型，具有建模速度快、數(shù)據(jù)更新時(shí)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(chǎng)景模型。通過(guò)BIM+GIS融合技術(shù)，可將宏觀的三維地表場(chǎng)景與微觀的BIM模型完美融合，可以真實(shí)地再現(xiàn)線路、車站與周邊環(huán)境的相對(duì)位置關(guān)系，比傳統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)更加直觀、有效。同時(shí)，勘察人員也可通過(guò)三維地表場(chǎng)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(duì)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(jì)階段，設(shè)計(jì)人員利用BIM軟件在三維環(huán)境直接對(duì)車站模型與隧道模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，利用三維模型和其中的信息，自動(dòng)生成所需要的圖檔。BIM正向設(shè)計(jì)的出現(xiàn)，推動(dòng)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(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的二維圖形向真實(shí)的三維空間模型轉(zhuǎn)換，再與地表三維模型、BIM設(shè)計(jì)模型相結(jié)合，真實(shí)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(jì)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(tái)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(chǎng)景，打造準(zhǔn)確直觀的軌交工程虛擬環(huán)境。在輔助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行工作進(jìn)度以及成果匯報(bào)，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(shí)間等方面取得了重要成果，對(duì)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(cè)數(shù)據(jù)模型
▲ 地上地下一體化
輔助規(guī)劃設(shè)計(jì)
由于地下管線種類多、分布復(fù)雜，對(duì)車站設(shè)計(jì)與施工具有重大影響，管線碰撞分析與遷移是設(shè)計(jì)人員與施工人員不得不面臨的一個(gè)重要問(wèn)題。尤其是在地鐵設(shè)計(jì)與施工階段，不僅要考慮車站與基坑會(huì)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(xiǎn)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(gè)迫切需要解決的問(wèn)題。
管線的三維可視化真實(shí)再現(xiàn)了管線在地下的分布，通過(guò)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(duì)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(chǎng)的情況下快速確定遷移方案，減少會(huì)商時(shí)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(jì)時(shí)都會(huì)牽涉到房屋拆遷與商業(yè)賠償問(wèn)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(jì)階段，為了快速得到線站選址時(shí)所涉及到的拆遷賠償額，需要對(duì)房屋拆遷進(jìn)行評(píng)估。針對(duì)這一問(wèn)題，平臺(tái)通過(guò)GIS數(shù)據(jù)庫(kù)，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(jì)結(jié)果，進(jìn)而評(píng)估拆遷費(fèi)用，分析地鐵線路合理性，為地鐵建設(shè)成本評(píng)估提供強(qiáng)有力的支撐。
▲ 管線與基坑相交分析
▲ 房屋拆遷評(píng)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(dòng)圍巖的前提下完成施工，從而減少對(duì)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(dòng)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(duì)周圍建筑物和交通影響小等特點(diǎn)。在實(shí)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(huì)遇到很多預(yù)想不到的問(wèn)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(shí)時(shí)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(dòng)態(tài)形式展示盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的計(jì)劃和實(shí)際進(jìn)度，實(shí)時(shí)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(xiàng)具體信息、實(shí)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(chǎng)施工人員監(jiān)控具體盾構(gòu)機(jī)和施工現(xiàn)場(chǎng)，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(shí)現(xiàn)盾構(gòu)施工過(guò)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(xiàng)目整體把控項(xiàng)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(xiàng)高風(fēng)險(xiǎn)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(huì)影響大，一旦發(fā)生重大安全風(fēng)險(xiǎn)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(xiǎn)控制水平，加強(qiáng)安全管理的研究和實(shí)施，已成為各級(jí)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(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)感知、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，實(shí)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(xiǎn)管理平臺(tái)，對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控預(yù)警，將是應(yīng)對(duì)這一問(wèn)題的有效手段。這可為業(yè)主單位提供一個(gè)安全監(jiān)管和輔助決策工具，實(shí)現(xiàn)建設(shè)過(guò)程的“全面管理、重點(diǎn)監(jiān)控”，實(shí)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(cè)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(tái)的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了地鐵建設(shè)全過(guò)程中的大數(shù)據(jù)共享，通過(guò)搭建和使用虛擬三維場(chǎng)景，解決了地鐵建設(shè)中長(zhǎng)期存在的信息不對(duì)稱、溝通效率低、決策效率低等問(wèn)題，實(shí)時(shí)監(jiān)控施工質(zhì)量進(jìn)度和風(fēng)險(xiǎn)源，為管理者全過(guò)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(lái)了新思路、新方案。
▲ 施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控
