軌道交通信息模型在地鐵站設計中的應用研究

文｜寧波市測繪設計研究 周 鑫 徐狄軍 王芬旗

一、引言

＞＞圖1 RIM系統(tǒng)實現(xiàn)效果

軌道交通運輸是先導性基礎產(chǎn)業(yè)，是經(jīng)濟社會運行的基本載體，它與城市經(jīng)濟的發(fā)展、市民生活的改善有著密切的關(guān)系。據(jù)統(tǒng)計，目前中國己有36個城市正在建設和籌建自己的軌道交通。其中，北京、上海、廣州在改建或進一步完善城市地鐵系統(tǒng)。2010年全國軌道交通運營里程將達到1708.4公里，地鐵站點1131個。據(jù)國家發(fā)展改革委消息，2015年，全國軌道交通運營里程將達到3000余公里。寧波、杭州、南京、蘇州、武漢等城市也在動工興建或已在擬建地鐵及輕軌交通。然而，就在地鐵帶給人們方便快捷的同時，地鐵車站施工周期長，車站建設期加重了交通壓力，極大地影響了人們的日常工作和生活。同時，我們注意到地鐵站點建設是整個地鐵建設中重要的組成部分，其中地鐵站點管線布置更是錯綜復雜。地鐵站點在設計階段，設計任務重，各方協(xié)調(diào)工作量大；在施工階段，施工周期長，材料浪費大；運行維護階段，運營維護信息量大，統(tǒng)籌管理困難。

地鐵設計階段，地鐵車站管網(wǎng)設計都是使用AutoCAD等二維軟件來制圖，所有管線都只能顯示在同一個平面上，無法看出管線與管線之間的空間關(guān)系，給地鐵車站的管網(wǎng)設計帶來了相當?shù)碾y度。而且同專業(yè)管線之間與不同專業(yè)管線之間都在設計中存在大量的沖突需要協(xié)調(diào)和修改，例如暖通空調(diào)專業(yè)中的排風管和送風管，排風管的位置調(diào)整后會影響到的送風管或者冷凍水管或者其他管線的位置。設計圖紙中只要有某一個專業(yè)的管線設計發(fā)生改變，無法實時更新，需要牽動所有專業(yè)的工作人員來對發(fā)生改變的位置來做出修改，協(xié)調(diào)難度大，工作效率極低。

為了使整個軌道交通建設工程設計、施工和運營維護更快速、更智能、更具成本效益，我院提出軌道交通信息模型的全生命周期管理（Rail transit Information modeling lifecycle Management，簡稱 RIM），用來輔助軌道交通工程的建設。

二、目的和意義

軌道交通信息模型的全生命周期管理（Rail transit Information Modeling lifecycle Management，RIM），指在項目全命周期內(nèi)綜合應用三維仿真、激光掃描、GIS和物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)進行設計協(xié)同管理、施工精細管理和運營智能管理的過程。

RIM可將地鐵車站管網(wǎng)的2D設計圖紙轉(zhuǎn)換成3D的可視化模型進行查錯糾偏，對設計圖紙進行優(yōu)化，有效地避免管網(wǎng)施工中由于設計原因造成的工期拖延和資源浪費，并能用可視化的手段，來指導管網(wǎng)施工，并可以即時查詢管網(wǎng)設計信息。同時，用信息化、可視化的管理手段對地鐵車站管網(wǎng)系統(tǒng)進行運維管理，有效地解決對軌道交通運維階段中信息量大、管理復雜等問題，大大提高地鐵車站管網(wǎng)建設的效率，對軌道交通的建設和發(fā)展意義重大。

三、應用優(yōu)勢

針對軌道交通項目設計中所存在的系統(tǒng)繁多、布局復雜等設備管線布置問題，RIM技術(shù)有如下優(yōu)點：

協(xié)同設計：設計、創(chuàng)建和管理包含來自多個數(shù)據(jù)源的詳細數(shù)據(jù)和聚合數(shù)據(jù)的多維結(jié)構(gòu)，其中這些數(shù)據(jù)源（如關(guān)系數(shù)據(jù)庫）都存在于內(nèi)置計算支持的單個統(tǒng)一邏輯模型中。RIM可以嵌入主流應用程序中，不增加工作人員的負擔。

三維管線綜合設計：該項目三維管線綜合設計采用的技術(shù)方案為，將所有管線的設計信息納入RIM系統(tǒng)，確定總體的排布方案和排布原則，根據(jù)安裝要求，確定管線綜合排布的空間層次分配，根據(jù)交叉點管線沖突整體調(diào)整管線高度，解決了沖突點標高問題，又減少了管線的翻彎。

＞＞圖2 軌道交通站點信息模型

＞＞圖3 三維剖面大樣圖

四、總體思路

三維管線綜合設計采用的技術(shù)方案為，將所有管線的設計信息納入RIM系統(tǒng)，確定總體的排布方案和排布原則，根據(jù)安裝要求，確定管線綜合排布的空間層次分配，根據(jù)交叉點管線沖突整體調(diào)整管線高度，解決了沖突點標高問題，又減少了管線的翻彎。具體思路為前期準備工作，建立土建模型，設備管線模型，管線綜合調(diào)整，以及成果出圖。

為確保項目團隊的相關(guān)信息能夠及時、正確地產(chǎn)生、收集、發(fā)布、存儲和最終處理，制定完善的溝通與協(xié)作計劃將有助于項目成員在整個項目組中高效地溝通、復用和共享數(shù)據(jù)并且避免數(shù)據(jù)丟失和誤解。

設計、創(chuàng)建和管理包含來自多個數(shù)據(jù)源的詳細數(shù)據(jù)和聚合數(shù)據(jù)的多維結(jié)構(gòu)，其中這些數(shù)據(jù)源（如關(guān)系數(shù)據(jù)庫）都存在于內(nèi)置計算支持的單個統(tǒng)一邏輯模型中。RIM可以嵌入主流應用程序中，不增加工作人員的負擔。

軌道交通項目設計階段，RIM項目協(xié)作團隊主要包括業(yè)主、總咨詢方、總體設計方、分項設計方和RIM咨詢方。RIM項目協(xié)作團隊合理安排協(xié)作各方在各階段的溝通與交流是保證項目順利運行的關(guān)鍵。

RIM項目可能涉及特定類型的分析和應用，而項目應用的質(zhì)量往往取決于基礎數(shù)據(jù)的質(zhì)量，因為模型是應用的基礎。因此在建模之前需向建模人員明確傳達分析及應用要求，以確保模型數(shù)據(jù)具有所需要的屬性信息等。

為了保證模型數(shù)據(jù)的嚴謹，為項目后續(xù)階段提供便利，保證項目協(xié)作團隊溝通交流順暢，需對模型內(nèi)容、詳細程度、文件命名以及文件結(jié)構(gòu)做出規(guī)定。

五、研究過程及成果應用

在模型制作完成后，要對模型進行協(xié)作校審并，發(fā)現(xiàn)的協(xié)調(diào)沖突應進行記錄和管理。通過管線與管線之間、管線與土建之間進行碰撞檢測，逐個篩選，列出實際存在的沖突點。這些問題應以報告的形式傳達給相關(guān)方，其中應至少包含以下內(nèi)容：

（1）任何沖突的具體位置（應提供二維和三維圖像）。

（2）有問題的對象的圖元ID。

（3）問題的詳細說明。

（4）被交叉引用的鏈接信息的詳細日期/修訂/出處。

（5）建議采取的解決方案或措施，以及實施人和實施日期。

應在項目協(xié)調(diào)會議上討論未解決的問題，進行這項工作是非常有效的，有助于更有效地管理三維信息。

通過管線與管線之間、管線與土建之間進行碰撞檢測，逐個篩選，列出實際存在的沖突點。

＞＞圖4 碰撞大樣之軸測圖與剖面圖

六、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點

1．三維GIS技術(shù)

三維GIS技術(shù)是在傳統(tǒng)的二維地理信息系統(tǒng)的基礎上將平面坐標系統(tǒng)變換為空間坐標系統(tǒng)的空間信息系統(tǒng)技術(shù)。

在RIM系統(tǒng)中，三維GIS技術(shù)是針對系統(tǒng)中所需要的二維CAD數(shù)據(jù)、三維管網(wǎng)和線站數(shù)據(jù)、施工運維數(shù)據(jù)的一體化管理而應用的。本系統(tǒng)采用ARCGIS的3D GIS平臺，在基于ArcGIS Engine的基礎上進行了具有針對性的二次開發(fā)，使系統(tǒng)具備良好的空間位置關(guān)系可視化的前提下，為系統(tǒng)所需要的空間分析、剖面分析、參數(shù)化建模、數(shù)據(jù)倉庫等技術(shù)的實現(xiàn)構(gòu)建必須的基礎。

2．數(shù)據(jù)可視化技術(shù)

在RIM系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的應用主要體現(xiàn)在空間相對位置分析和可量測的同時對所需要表現(xiàn)的對象進行色彩、形態(tài)和屬性的協(xié)調(diào)統(tǒng)一的規(guī)范展現(xiàn)。系統(tǒng)需要識別并展現(xiàn)對符合系統(tǒng)數(shù)據(jù)倉庫規(guī)范的對象數(shù)據(jù)，并賦予對應空間屬性，在系統(tǒng)平臺上實現(xiàn)有序的現(xiàn)狀展示和信息交互。

3．創(chuàng)新點

粗粒度工程信息的超細粒度元素分解與復合技術(shù)，通過RIM技術(shù)，將工程設計、施工和運營等多源異構(gòu)數(shù)據(jù)進行超細粒度分解，通過有效的篩選，進行相關(guān)信息的復合，用于多專業(yè)協(xié)同作業(yè)，方便信息流轉(zhuǎn)、共享、使用與管理，成功解決了軌道交通工程建設全生命周期內(nèi)產(chǎn)生的粗粒度的多源異構(gòu)信息難以貫穿全生命周期的難題。

七、結(jié)語

采用該技術(shù)方案可有效解決管線碰撞，減少管線彎轉(zhuǎn)，使管線排布美觀，增加空間利用率，另外整個過程是可視化操作，可反復模擬以優(yōu)化設計，另外還兼具良好的出圖性，適用性強，基本能全部掌握和解決碰撞點的處理，模型美觀易于發(fā)現(xiàn)碰撞，理順管線排布。在設備招投標和施工之前，把管線綜合排布理順，把碰撞在設計階段排除，提前發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，避免浪費、返工和耽擱項目進度。

＞＞圖5 模型色彩、形態(tài)和屬性的統(tǒng)一協(xié)調(diào)和有序展示

該技術(shù)方案應用于寧波市軌道交通一號、二號線所有站點。寧波軌道交通二號線櫟社機場站三維管線綜合設計的碰撞個數(shù)有350多個，僅以此為例統(tǒng)計可節(jié)約人工及成本178.19萬元。寧波地鐵規(guī)劃線路共6條，其中1、2號線已經(jīng)全面應用RIM技術(shù)來輔助設計，后續(xù)建設項目也將應用RIM技術(shù)，形成了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。