軌道交通信息模型在寧波地鐵建設中的應用研究

吳敦 ，馬楠，徐寧

(1.寧波市測繪設計研究院，浙江寧波 315042;2.包頭市測繪院，內蒙古包頭 014030)

1 引言

據統計，目前中國已有36個城市正在建設和籌建軌道交通項目。2015年，全國軌道交通運營里程將達到 3 000余公里。寧波市已經在動工興建地鐵及輕軌交通項目，地鐵車站的綜合管網建設是寧波地鐵車站建設中重要的組成部分，車站管網布置錯綜復雜。在車站設計階段，管網設計任務重，協調工作量大;在施工階段，管網施工周期長，材料浪費大;運行維護階段，管網信息量大，統籌管理困難。為了使整個軌道交通建設工程設計和施工更快速、更智能、更具成本效益，寧波市測繪設計研究院與寧波市軌道交通工程建設指揮部提出了軌道交通信息模型的全生命周期管理，用來輔助軌道交通的建設。

圖1 RIM涵蓋設計施工運維

RIM是軌道交通信息模型的全生命周期管理(Rail transit Information modeling lifecycle Management)的英文簡寫，如圖1所示，“R”特指是軌道交通工程，是將與軌道交通工程有關的數據進行信息建模，并將其應用于項目全生命周期管理的過程。RIM系統以BIM和GIS技術為基礎，是為地鐵管網協同設計、現場安裝即時調整和運維信息快速更新及查詢的綜合信息管理平臺，其包括二維平面信息、三維空間信息、四維時間信息、五維成本信息和六維工序信息等內容。項目參與各方均可利用軌道交通信息模型，達到設計分析可視化、施工管理精確化和營運維護智能化的目的。

2 RIM的建模

RIM的信息建模包括軌道交通站點的水、暖、電、建筑、結構信息模型，如圖2所示。深化的RIM模型可出建筑、管線施工圖，也可以進行各類的空間分析。RIM建模在設計階段主要包括標準制定、模型生成和模型二三維聯動修改三部分。

圖2 RIM數據建模成果

(1)制圖標準制定

由于各家設計單位的設計習慣與采用的設計規范不盡相同，管網設計圖紙中的各管線顏色、標注、標高等都不完全相同，這將會給信息模型的生成帶來不小的困難。因此，需要制定一套標準化、規范化的制圖標準，來規范各家設計單位提交的圖紙，既要滿足管網圖紙導入RIM系統的需要，又能避免后期施工、運維中由于圖紙不規范造成的管理混亂。制圖標準由雙方共同協商制訂完成，確定并統一制作利用信息模型出施工圖的平面標注樣式，主要包括制作對象樣式、線樣式、線寬、線型圖案、注釋樣式、項目單位、視圖樣板、詳細程度、顏色等等。信息模型有了完善的平面標準，能夠提高信息模型出施工圖的效率以及減少后期施工圖圖面修改的工作量。

(2)模型生成

建模方式分為管網建模與土建、設備等其他設施建模兩種方式。三維表面在幾何上主要由三角條帶(Triangle Strip)、三角扇(Triangle Fan)和環(Ring)構成，一系列相互連接的三角形構成的三維幾何形狀;因此管線的表面可按一定規則分解為多個相互連接的三角形。管網建模基于上述原理，通過讀取規范化后的CAD圖紙中的二維信息數據，將信息存儲于空間數據庫中，實現管網參數化建模。土建、設備等其他設施，基于ArcGIS Engine(AE)提供眾多接口用于三維實體的建模，即通過第三方軟件建模，將模型數據導入進系統。管網建模亦可通過土建、設備等其他設施建模方式將模型數據導入至系統中。

(3)二三維一體化聯動修改

通過計算機編程與ArcGIS、Autodesk平臺的運用，開發二三維一體化聯動功能。如圖3所示，無論是二維CAD圖紙的信息還是三維模型信息，均是基于數據庫存儲的，通過數據工廠的FEM模塊和三維引擎實現了二三維設計信息的聯動，即“一處修改，多處關聯變化”的二三維信息互逆，修改二維信息時三維模型信息也關聯變化，同樣在修改三維模型時二維設計信息也隨之變化。最終依據無空間沖突以及設計缺陷，生成優化后的最終成果模型。

圖3 二、三維聯動修改

3 RIM的應用

(1)協同設計

軌道交通的設計項目涉及數十至數百人，他們使用的專業應用程序種類繁多，制作的模型和圖紙更是數以千計。除了這些設計數據之外，大多數項目還有合約、標書、照片、電子郵件等大量“非設計”信息。應用RIM制定完善的溝通與協作計劃將有助于項目成員在整個項目組中高效地溝通、復用和共享數據并且避免數據丟失和誤解。在項目設計階段，項目團隊成員通過RIM緊密協作，在破土動工前解決所有設計問題，主要的協作流程如圖4所示。

圖4 協作流程

RIM在協作過程能夠快速有效地呈現所需的成果資料，不僅僅是工程材料信息還是工程預算信息，更包括了設計階段進行各專業間三維管線軟、硬碰撞沖突分析，生成碰撞檢測報告以及可以由模型直接導出標準的二維CAD施工圖紙，供專業人員進行審查，如圖5所示，其左圖展示的是設計沖突的碰撞檢測報告，右圖是直接從RIM導出的施工圖。

圖5 碰撞分析報告與導出的二維施工圖

(2)三維施工檢測

目前設計與施工的協調性還存在著不少的問題，往往導致施工存在一定的遺漏和失誤，等到發現的時候只能采取一定的彌補措施，大大降低了施工效率和施工質量。通過RIM模型的三維施工監測，可以有效避免施工誤差和施工返工，提高施工效率。如圖6所示，其主要過程是通過三維激光掃描儀快速獲取施工現場的三維信息，生成的點云模型，利用現場模型數據和設計階段RIM的模型進行對比查看和擬合，如在施工階段超出閾值，可由系統自動生成檢測報告，及時發現并糾正施工誤差，減少施工返工，以達到一定的施工監督的作用。

圖6 點云與RIM模型施工沖突分析

(3)站點運營管理

用于站點運營管理的RIM系統，涵蓋了車站所有數據，包括軌道信息模型、設計圖紙、施工圖紙、各類文檔日志等等，站點管理員垂直管理整個站點各項運維事務。整個RIM運維系統以物聯網的技術為基礎，通過運維二維碼索引庫和二維碼標識建立了RIM中各類模型與現實站點設備的聯系。各個站點的空間二維碼索引庫，按物理間隔及使用功能不同進行空間劃分。按物理間隔劃分為各類機房、配電房、信號間、走廊、風道等等。按使用功能不同劃分，主要有公共區、辦公室、售票間、服務區等等。只要滿足其中一點，即可劃分為一個空間，進行分類。如圖7所示，管理人員可以通過手機檢索和查詢云端上的所有設備管理信息，進行站點設施的日常維護。

圖7 基于移動設備的站點管理

4 結語

RIM系統成功輔助軌道交通工程建設，達到了較高水平，獲得了同行業廣泛認可和受到社會的密切關注，成為寧波軌道交通工程建設中的亮點。同時項目各參與單位RIM的應用水平不斷提高，創新能力和綜合競爭能力不斷增強，信息化水平不斷提高。在RIM實施過程中，寧波市測繪設計研究院以生產帶動研究、以研究促進生產，形成了良性循環。通過開展跨專業、跨部門、跨領域的應用研究工作，公司培養了一批具有創新意識、掌握高新技術的復合型人才，為今后RIM在更寬更廣的領域深入應用打下了堅實基礎。

［1］建筑業發展“十二五”規劃，中華人民共和國中央人民政府網站，2011－07［DB/OL］．http://www．gov．cn/zwgk/2011/content1927995．htm

［2］ 何關培，李剛．那個叫BIM的東西究竟是什么［M］．北京:中國建筑工業出版社，2012(1)．

［3］何關培，葛清，趙斌．BIM第一維度:項目不同階段的BIM應用［M］．北京:中國建筑工業出版社，2013(7)．

［4］ 王琪．網絡二維地圖與三維虛擬場景集成探討［J］．測繪科學，2008(2)．

［5］Chuck Eastman，Paul Teicholz，Rafael Sacks，et al，BIM Handbook［M］．Published Sivultaneously in Canada，2011．