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系統實現效果

軌道交通運輸是先導性基礎產業，是經濟社會運行的基本載體，它與城市經濟的發展、市民生活的改善有著密切的關系。據統計，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。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。據國家發展改革委消息，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，各方協調工作量大；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，統籌管理困難。

地鐵設計階段，地鐵車站管網設計都是使用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系，給地鐵車站的管網設計帶來了相當的難度。而且同專業管線之間與不同專業管線之間都在設計中存在大量的沖突需要協調和修改，例如暖通空調專業中的排風管和送風管，排風管的位置調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的管線設計發生改變，無法實時更新，需要牽動所有專業的工作人員來對發生改變的位置來做出修改，協調難度大，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綜合應用三維仿真、激光掃描、GIS和物聯網等信息技術進行設計協同管理、施工精細管理和運營智能管理的過程。

RIM可將地鐵車站管網的2D設計圖紙轉換成3D的可視化模型進行查錯糾偏，對設計圖紙進行優化，有效地避免管網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，來指導管網施工，并可以即時查詢管網設計信息。同時，用信息化、可視化的管理手段對地鐵車站管網系統進行運維管理，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建設的效率，對軌道交通的建設和發展意義重大。

三、應用優勢

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

協同設計：設計、創建和管理包含來自多個數據源的詳細數據和聚合數據的多維結構，其中這些數據源（如關系數據庫）都存在于內置計算支持的單個統一邏輯模型中。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方案為，將所有管線的設計信息納入RIM系統，確定總體的排布方案和排布原則，根據安裝要求，確定管線綜合排布的空間層次分配，根據交叉點管線沖突整體調整管線高度，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方案為，將所有管線的設計信息納入RIM系統，確定總體的排布方案和排布原則，根據安裝要求，確定管線綜合排布的空間層次分配，根據交叉點管線沖突整體調整管線高度，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，管線綜合調整，以及成果出圖。

為確保項目團隊的相關信息能夠及時、正確地產生、收集、發布、存儲和最終處理，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。

設計、創建和管理包含來自多個數據源的詳細數據和聚合數據的多維結構，其中這些數據源（如關系數據庫）都存在于內置計算支持的單個統一邏輯模型中。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項目協作團隊主要包括業主、總咨詢方、總體設計方、分項設計方和RIM咨詢方。RIM項目協作團隊合理安排協作各方在各階段的溝通與交流是保證項目順利運行的關鍵。

RIM項目可能涉及特定類型的分析和應用，而項目應用的質量往往取決于基礎數據的質量，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，以確保模型數據具有所需要的屬性信息等。

為了保證模型數據的嚴謹，為項目后續階段提供便利，保證項目協作團隊溝通交流順暢，需對模型內容、詳細程度、文件命名以及文件結構做出規定。

五、研究過程及成果應用

在模型制作完成后，要對模型進行協作校審并，發現的協調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方，其中應至少包含以下內容：

（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。

應在項目協調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、關鍵技術及創新點

1．三維GIS技術

三維GIS技術是在傳統的二維地理信息系統的基礎上將平面坐標系統變換為空間坐標系統的空間信息系統技術。

在RIM系統中，三維GIS技術是針對系統中所需要的二維CAD數據、三維管網和線站數據、施工運維數據的一體化管理而應用的。本系統采用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，使系統具備良好的空間位置關系可視化的前提下，為系統所需要的空間分析、剖面分析、參數化建模、數據倉庫等技術的實現構建必須的基礎。

2．數據可視化技術

在RIM系統中，數據可視化技術的應用主要體現在空間相對位置分析和可量測的同時對所需要表現的對象進行色彩、形態和屬性的協調統一的規范展現。系統需要識別并展現對符合系統數據倉庫規范的對象數據，并賦予對應空間屬性，在系統平臺上實現有序的現狀展示和信息交互。

3．創新點

粗粒度工程信息的超細粒度元素分解與復合技術，通過RIM技術，將工程設計、施工和運營等多源異構數據進行超細粒度分解，通過有效的篩選，進行相關信息的復合，用于多專業協同作業，方便信息流轉、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產生的粗粒度的多源異構信息難以貫穿全生命周期的難題。

七、結語

采用該技術方案可有效解決管線碰撞，減少管線彎轉，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，模型美觀易于發現碰撞，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，提前發現問題，解決問題，避免浪費、返工和耽擱項目進度。

＞＞圖5 模型色彩、形態和屬性的統一協調和有序展示

該技術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有350多個，僅以此為例統計可節約人工及成本178.19萬元。寧波地鐵規劃線路共6條，其中1、2號線已經全面應用RIM技術來輔助設計，后續建設項目也將應用RIM技術，形成了良好的經濟效益和社會效益。