基于BIM技術的地鐵軌行區施工信息化管理系統研究與應用

張慶廣

（中鐵二十二局集團第二工程有限公司，北京 100041）

1 引言

由于地鐵工程軌行區施工具有一定的特殊性，因此，目前此類工程施工管理主要依賴于項目總調度辦公室，主要工作內容包括審核、審批施工計劃；下發施工作業令；巡查軌行區各個作業面并整理巡查記錄。這種管理模式主要依賴于人工作業，缺少施工現場視頻監控資源，易出現失誤，無法對施工活動實施全過程管理、控制施工風險并及時做出預警。而采用基于BIM 技術的地鐵軌行區施工信息化管理系統可有效彌補傳統管理模式缺陷，依靠全方位的視頻監控，可實現施工全過程管理，提升施工管理水平。

2 項目概況

北京市軌道交通17 號線軌道專業I 標段安裝工程，正線全長16.5 km，均為地下線，跨7 站7 區間，平均站間距2.6 km。本標段的主要施工內容為：正線、出入段線及次渠南停車場軌道工程及正線疏散平臺安裝。施工中軌行區的規范管理對工程總體進度及施工安全至關重要。

3 基于BIM技術的地鐵軌行區施工信息化管理系統設計目標

地鐵軌行區施工信息化管理系統主要是解決地鐵工程軌行區施工中管理范圍廣、調度難度高、施工區域監控缺失以及安全預警等問題，系統設計目標主要包括以下方面：

1）通過安裝在軌行區的通信設備進行信息交流與控制，實時獲取進入軌行區的機車和人員位置、速度信息，軌行區人員定位，機車位置及速度信息等。

2）軌行區移動視頻監控與BIM 信息虛實對應，在施工下料口及鋪軌作業面和其他安全隱患較多地區安裝固定或移動式攝像頭，通過網絡可實時査看現場數據信息。

3）調度命令的實時下達，可有效提高施工效率。調度人員可通過調度軟件下達調度命令，調度命令通過無線傳輸到工程運輸車輛上，司機接到調度命令后在機車顯示屏幕上點擊簽字確認，調度軟件接到司機簽字確認信息，使得調度命令實現閉環傳輸下達。

4）根據每日施工計劃，將每項施工信息標注在相應施工位置，并在二維地圖中同時展示，增強了施工信息展示的直觀性，同時，也增強了軌行區車輛運行的安全性。

5）隧道內安裝覆蓋全隧道的無線網絡通信平臺，可設置軌行區廣播警示系統，通過語音廣播和警示提醒警告施工人員，也可根據不同線路的狀態和施工情況，對限速地段車輛與車輛，車輛與前方大型物體或小型平板車進行設置，軌道車接近該地段200 m 時報警裝置自動提示司機，能夠有效防止軌道車超速和撞車事故。

4 基于BIM技術的地鐵軌行區施工信息化管理系統方案設計

4.1 系統架構

系統以BIM 三維模型為基礎，根據項目施工管理需求規劃設計功能模塊、搭建數據模型，要求系統始終保持可擴展狀態，以便隨時根據施工管理需求進行調整，增加系統功能[1]。系統按照標準MVC 架構設計，主要分為三大模塊，分別是數據模塊、功能處理模塊與功能展示模塊，其中，數據模塊包括隧道數據模型、車輛數據模型、人員數據模型以及軌道數據模型；功能處理模塊主要通過對數據模塊提供的基礎數據信息進行處理和調用，為管理者提供特定功能；功能展示模塊主要是交互層與顯示層，在為管理者或調度人員顯示各種信息的同時提供即時通信功能。

4.2 系統功能設計

4.2.1 語音預警

機車出現超速行為、臨近施工區段或其他機車時，系統同時向司機與調度室進行語音報警，提示司機注意減速、加強瞭望。

超速報警：列車調度員可根據不同路段的線路質量狀況設置機車最高運行速度，當列車運行速度超過該速度時，系統自動向司機和調度室進行報警提示，并將報警數據保存在系統內，以備后查。

接近預警：列車調度員可對影響行車的施工地段和道岔、路口等關鍵地點進行標注，當機車運行接近標注位置時，系統自動提醒司機和調度室。

臨近預警：相同線路上2 輛運動機車位置接近0.5～2 km時（數據視實際情況可設置），系統向司機語音報警，同時向調度報警，并記錄報警發生的時間、車輛、里程、速度等信息。

4.2.2 即時通信

在施工期間，系統正常運行狀態下，前端機車司機、相關授權人員可通過呼叫終端和調度室進行直接溝通；調度室可從大屏幕上看到施工現場具體情況，也可直接語音溝通。

4.2.3 調度命令

調度員可通過本系統擬寫行車（施工）調度命令，并向司機、車長及相關人員（如扳道員）通過無線傳輸下達并進行語音提示，司機通過觸摸屏系統點擊“確認”并簽字后，“命令已接收”的信息將自動反饋至調度室，司機未確認前，語音提示不間斷[2]。

4.2.4 列車運行圖

調度員可使用該功能進行列車計劃運行圖的繪制，列車運行圖采用專用的十分格；計算機可自動生成列車實時運行軌跡，列車區間運行所在線別可用不同顏色區分。

4.2.5 定位

隧道人員定位管理系統集隧道施工人員具體位置定位、人員考勤日常管理等功能于一體，使管理人員能夠隨時掌握施工現場人員、機具的分布狀況，便于進行更加合理的調度管理以及安全監控管理。發生事故時，救援人員可根據該系統提供的數據迅速了解有關人員位置情況，及時采取相應救援措施，提高應急救援工作效率。人員和機具定位功能利用安裝在安全帽上的電子芯片標簽來實現，可確定人員和機具的單位、所處位置、進場時間等。

4.2.6 施工調度

調度員通過施工計劃，針對軌行區影響行車的交叉施工，在施工區段設置和標注施工防護區域，在二維地圖展示施工區域信息，當施工列車運行至施工區域附近時，系統自動向調度室和軌道車司機報警，提示司機注意行車安全。司機可通過車載系統屏幕了解行車范圍內所有施工分布狀況及防護區段建立情況，可極大地提高行車交叉施工的安全性。

4.2.7 視頻領航、實時監控

視頻領航系統：通過安裝在軌道車、平板車上的車載設備，將采集的視頻信息實時傳輸至機車車載終端顯示屏上，司機通過觀察，并配合車長的語音指示，降低施工風險，提高工作效率。在鋪軌基地、軌排井、下料口、隧道內、鋪軌龍門吊和軌道車等關鍵點位置設置視頻監控，并將信號實時傳輸至調度室內，掌握現場發生情況。

4.3 系統軟件設計

4.3.1 PC 端

PC 端軟件的基本功能包括軌行區虛擬地圖、機車定位及速度實時監控、視頻監控、視頻回放、調度命令發送、列車運行圖、機車限速管理、機車接近報警、線路巡檢、工程進度、施工計劃上報、統計分析等。

4.3.2 移動端

移動端軟件的基本功能包括行車監控、視頻監控、人員定位、調度命令、報警記錄、線路巡檢、施工計劃上報、施工請銷點、工程進度、值班查詢等。移動端具備的優點：方便管理人員隨時隨地監管行車狀況，快捷了解施工現場情況，及時應對突發情況，快捷申報施工計劃，提高移動辦公效率，全員參與施工安全隱患上報，杜絕重大事故發生。

4.4 系統硬件設計

4.4.1 調度室

根據調度指揮需求，提高調度指揮效率及處理突發事件的工作效率，更準確及時地進行各種資源調配，增強綜合協調的指揮能力，通過信息顯示交流平臺，實現對調度所管轄范圍內的統一調度指揮、綜合監控、管理與協調。項目設置總調度室，在3 個鋪軌基地設置分調度室，硬件配置見表1。

表1 調度室硬件配置表

4.4.2 現場視頻監控

對鋪軌基地作業區入口、軌排加工區、下料口、龍門吊、圍擋等多區域全天候、多方位的進行實時監控錄像，本地高清視頻存儲，可隨時調出視頻回放記錄，方便管理人員全局把握情況，了解生產、施工情況。硬件配置見表2。

表2 現場視頻監控硬件配置表

4.4.3 車站及視頻監控

每個車站設4 個監控點位，覆蓋隧道入口及車站的軌行區，全天候進行實時監控錄像，本地高清視頻存儲，利用隧道無線網上傳至調度室，調度室可隨時調出視頻回放記錄。

4.4.4 軌行區視頻監控

隧道內每隔500 m 安裝2 個監控點位，在曲線地段根據需要適當加密，覆蓋軌行區，全天候進行實時監控錄像，本地高清視頻存儲，利用隧道無線網上傳調度室，調度室可隨時調出視頻回放記錄。

4.4.5 現場通信網絡

為滿足軌行區通訊需求，對軌行區內進行無線網絡全覆蓋，并把軌道車、攝像頭、鋪軌龍門吊、網絡對講機、人員定位等數據呈現在調度系統上，結合鋪軌基地位置分布，分別需要在各鋪軌基地的地面接入100～200 m 商用光纖寬帶引入地下隧道內，通過鋪軌基地站臺通道把左右線用光纖連接為一個局域網。隧道內每隔一定距離安裝1 個無線基站箱，使無線信號覆蓋整個隧道，并將數據情況通過無線基站箱連接調度室廣域網上傳到服務器，在調度系統上顯示信號信息。

5 結語

綜上所述，基于BIM 技術的地鐵工程軌行區施工信息化管理系統能夠有效彌補傳統施工管理模式缺陷，依靠系統可實現對施工活動的全過程、全方位監控與管理，同時，能夠高效協調人員與交叉作業，推動施工管理向智慧化、信息化發展。