“GIS+BIM”技術在城市軌道交通保護中的應用

蘇 木

中設設計集團股份有限公司，江蘇南京 210000

隨著城市軌道交通事業的發展、全國運營軌道線路不斷增加，城市軌道交通保護工作正越來越成為維護公眾生命財產安全的重要環節。目前，城市軌道交通結構及運營安全的保護主要通過在外部建設項目規劃、設計、施工三個階段將已編制完成的方案提交城市軌道交通相關管理部門征求意見來實現，城市軌道交通管理部門對既有方案進行審查并提出修改意見，再由建設單位對各階段方案進行二次修改后提交城市軌道交通相關管理部門進行備案。由于外部作業方案同時受周邊其它城市規劃要素影響，且外部作業施工對軌道交通的影響受既有軌道交通結構狀態（沉降、差異沉降、水平位移、收斂變形等）、在建軌道交通施工先后時序等影響，目前針對城市軌道交通保護區內外部作業的管理模式存在一定缺陷。為優化現有的城市軌道交通保護區內外部作業管理體系，提高工作效率，本文就GIS+BIM技術在未來軌道交通保護工作中的應用進行探討展望。

1 國內現狀

目前，國內城市軌道交通線路投入運營比較早的幾座一線城市都建立了各自的城市軌道交通控制保護區信息管理平臺，平臺主要依托GIS技術，對地鐵控制保護區范圍內外部作業項目的地理位置進行標記，并對項目類型、地理位置、項目各階段方案、實施時間節點等內容進行匯總存儲。目前各大城市的城市軌道交通保護工作普遍遵循“先進行各階段方案設計再進行審查備案、歸檔匯總記錄”的模式進行，程序繁瑣，且一旦因軌道交通保護需要需對外部作業方案進行調整，往往導致外部作業項目工期改變和成本增加，從而誘發違規施工等情況。

目前的城市軌道交通保護區內外部作業方案的各階段方案審查主要依托人工完成。由于外部作業項目往往存在工程種類繁雜、涉及專業多、大型項目建設周期較長的特點，其方案審查人員往往需要具備多學科專業知識，熟練的軌道交通保護區管理從業人員的培養周期較長，且一旦人員調整，會存在周期較長的重點影響類項目監管薄弱的隱患。而國內目前的城市軌道交通發展速度遠遠超過培養相應軌道交通保護工作人才的速度，很多新建設城市軌道交通線路存在保護區管理空置的情況。人工方案審查由于不同審查人員的技術特長差異，盡管已出臺了相對應的城市軌道交通結構安全保護技術規范，也很難確保每一位從業人員能兼顧每項外部作業項目對地鐵影響的各個環節。

對于城市軌道交通保護工作而言，最重要的不僅在于把控常規規劃、設計、施工這三個階段的方案是否滿足相應的城市軌道交通保護要求，更需要對實際工程實施時是否按照核準的外部作業施工方案進行實施、是否落實了相應的地鐵保護措施進行施工階段的監管。目前國內主要依托安排專門的現場符合性巡查人員對外部作業方案落實情況進行監督管理，通過將現場實際施工方案與城市軌道交通保護區管理部門核準的施工方案進行比對，同時與城市軌道交通結構監測單位、城市軌道交通保護相關執法機構巡查人員協同，確保外部作業對城市軌道交通的影響控制在一定范圍內。由于現場符合性巡查人員一般為巡查專員，復核性巡查的啟動時間節點一般為外部作業施工方案報城市軌道交通部門備案完成后，因此，巡查專員一般對外部作業方案施工方案報備前的方案審查進度節點不甚熟悉，外部作業施工備案前違規施工情況難以控制。

城市軌道交通的結構的日常維保監測和城市軌道交通保護區內外部作業時對城市軌道交通結構的監測一般由兩個獨立的工作組完成，在軌道交通結構發生沉降、變形時，如何評價其誘因，需要對兩方數據進行比對分析。只有建立起有效的信息互通平臺，才能及時對監測數據進行比對分析，準確判斷影響城市軌道交通結構安全的外部誘因，采取針對性處置措施，確保結構安全。目前國內由于保護區內外部作業方案審查、日常維保監測、外部作業實施期城市軌道交通結構監測一般由不同的工作組完成，及時信息互通工作存在一定缺陷。

2 城市軌道交通保護區內外部作業類型及影響因素

2.1 城市軌道交通保護區內外部作業常見類型

（1）民用建筑；

（2）市政道路；

（3）橋梁；

（4）市政管線（廊）、箱涵；

（5）既有建筑物改擴建；

（6）其它。

2.2 外部作業對城市軌道交通的影響因素

（1）地下結構施工：如工程樁、圍護樁、地下連續墻、鉆探、錨桿、錨索、土釘等施工對軌道交通地下結構所在土層的擾動；

（2）地面施工：如施工機械、地上建構筑物的地面附加荷載影響；起重、吊裝等對地鐵高架結構的碰撞等；施工機械振動影響等；

（3）土方開挖：城市軌道交通保護區內外部作業項目基坑開挖等引起的周邊土體擾動；

（4）地下水作業：地下水作業引起的城市軌道交通結構沉降、差異沉降、水平位移、收斂變形等；

（5）其它：爆破作業、次生災害影響等。

3 GIS+BIM技術應用思路

目前BIM技術在城市軌道交通中主要用于施工管理、后期竣工圖整合等，但隨著國家對BIM技術的推廣，BIM技術必然將滲透到未來的城市軌道交通的各個階段中，使信息模型同時具備集合規劃、設計、施工、運營維保等軌道交通建設工程全壽命信息。

若想將GIS+BIM技術應用到城市軌道交通保護工作中來，首先應對城市軌道交通自身和其保護區內其它建構筑物的信息進行匯總整理。利用BIM技術彌補GIS技術在項目信息模型精度上存在的不足，基于GIS技術對各項目零散的建筑信息模型數據進行整合，然后通過對既有建筑信息模型進行數據分析，獲得對后期城市軌道交通保護區范圍內外部作業的限界要求、施工期軌道交通監測數據限值、施工期間場地平面布置推薦方案、基坑開挖分區分塊施工指導、地下水管控要求等。

根據上述的GIS+BIM技術應用思路，第一步就是對既有城市軌道交通線路進行建筑信息數據錄入。數據內容主要包括城市軌道交通線路的竣工信息、運營期實時的運營維保數據等。城市軌道交通線路的竣工數據是對后期城市軌道交通保護區內外部作業項目規劃階段地面和地下建筑退讓、設計階段基坑支護結構選型和降排水方案選擇、施工階段方案編制的重要指導依據，而運營期的監測數據則是外部作業實施期間對地鐵進行結構安全監測時地鐵結構零狀態和監測限值的重要依據。

后期外部作業項目在規劃、設計階段建模時，通過將擬建建筑物的數據信息錄入到信息化管理系統平臺中，通過計算機將擬建建筑模型數據與已有城市軌道交通、建構筑物、市政管線數據等進行實時匯總分析，獲得外部作業項目對城市軌道交通影響的分析結果，通過實時信息互通高效地指導擬建工程設計者建立起滿足城市軌道交通保護要求的建筑模型。

GIS與BIM技術的結合不僅適用于已建成的城市軌道交通保護工作，更適用于規劃及在建城市軌道交通線路控保護區范圍內外部作業與軌道交通之間的施工步序控制。由于BIM技術具備反映城市軌道交通線路實施時間節點的功能，對于城市軌道交通保護區內外部作業而言，尤其是工期臨近的市政管線類項目，可通過對管線與城市軌道交通結構相對平縱布置、施工步序統籌規劃，避免管線施工的二次開挖、最大程度地降低先建管線的改移成本。

對于城市軌道交通與周邊地塊聯通的通道設計，BIM技術可通過對站內消防、安保布置及客流進行分析，使得通道在滿足地鐵安保、消防要求的同時，實現地塊客流的最大引流。

4 基于GIS+BIM技術的城市軌道交通管理平臺建設難點

城市軌道交通的地下車站在城市中往往兼顧地下人防設施的角色，因此，其數據保密要求與一般建筑物有所區別，系統中涉及城市軌道交通地下結構的數據對于不同的系統用戶的信息展現程度要求需要進行嚴格的篩選分級處理。

目前城市軌道交通建筑信息模型的錄入主要依托于人工，是一項工作量較為繁重的工程，而且由于周邊城市建筑、市政管線實際結構布置情況影響因素較多，各部門信息統籌存在一定的滯后性，城市軌道交通保護區內外部作業施工時，如果造成軌道交通結構周邊市政管線損壞（如燃氣管線差異沉降導致管線漏氣爆炸、給排水管線漏水造成周邊土體水土流失等），其誘發的次生災害對城市軌道交通安全影響也較大。因此，如何實現各部門數據的及時更新和數據互通，也是系統建設難點之一。

由于城市的發展建設是一個有機整體，城市軌道交通保護只是整個城市健康運行的一個環節，僅僅做好城市軌道交通保護對于整個城市良性運行是遠遠不夠的，因此，城市軌道交通保護管理系統平臺的建立應由城市規劃建設部門主導，確保該系統作為整個城市規劃管理中的一部分與其他部門保持良好的數據互通。而一旦引入其它城市規劃的環節，其需要統籌考慮的因素將會成倍增長，對于各方面數據的處理就不僅僅停留在保護城市軌道交通結構和運營安全的層面，其最優解不僅是工程技術上的最優解，還需考慮整個城市中社會運行的方方面面，通過博弈取舍，獲得最后的答案。

5 結語

隨著信息化技術的不斷發展，在未來城市軌道交通保護工作中，GIS+BIM技術的應用必然會成為城市軌道交通保護工作的一個主要方向，該技術將極大提高城市軌道交通保護工作的效率，優化城市建設管理系統。本文僅從城市軌道交通管理系統建設思路方面，對GIS+BIM技術在軌道交通保護工作中的應用進行初步探討。