BIM+GIS服务城市轨道交通现代化建设

本文刊登于2018年6月第57期《超图通讯》（略有删减）

城市轨道交通全生命周期大数据智能管理平台打造了准确直观的轨道交通工程虚拟环境，实现了数据的累积与传递，支撑各个业务阶段应用，为管理者提供了对工程质量、进度、安全、成本等多方面精细化管控和决策的工具。

为推进城市轨道交通的信息化建设，提高决策者的管理水平，北京城建智慧工程院联合超图软件搭建了城市轨道交通全生命周期大数据智能管理平台。该平台依托大数据、云构架、云计算、物联网等技术，完美地将BIM与GIS相结合，搭建了三维的真实场景，并结合传统二维地图，实现二三维一体化，支撑各个业务阶段应用，服务于城市轨道交通现代化建设。

多种数据搭建三维虚拟场景

传统的线路规划以二维图纸为主要对象，无法再现真实场景，设计人员需要多次到实地进行考察，以分析线站选址的合理性。随着科学技术的不断发展，BIM正在逐步替代传统的CAD图纸，并在工程项目中取得了广泛使用。与此同时，在测绘行业，无人机航测、三维激光扫描等三维数据采集及建模新技术也在不断进步，促使传统建筑与测绘行业逐步由二维数据向三维数据发展。这就使得通过三维数据来进行设计、施工成为了可能。

倾斜摄影数据与三维激光扫描数据均可以建立地铁线周边真实的三维地表模型，具有建模速度快、数据更新时效性强的特点，使得人们可以很容易获得城市的地表三维场景模型。通过BIM+GIS融合技术，可将宏观的三维地表场景与微观的BIM模型完美融合，可以真实地再现线路、车站与周边环境的相对位置关系，比传统的规划设计更加直观、有效。同时，勘察人员也可通过三维地表场景直接选择勘探钻孔点位置以及建筑物属性信息调查，极大地减少了人力、物力，对于缩短建设工期、节省成本具有重要意义。

在规划设计阶段，设计人员利用BIM软件在三维环境直接对车站模型与隧道模型进行设计，利用三维模型和其中的信息，自动生成所需要的图档。BIM正向设计的出现，推动地铁勘察业务由传统的二维成果向三维成果转变。钻孔、地质、管线的三维可视化，可实现简单的二维图形向真实的三维空间模型转换，再与地表三维模型、BIM设计模型相结合，真实展现三者之间的空间位置关系，以便指导规划设计与施工。

应用BIM+GIS融合技术，城市轨道交通全生命周期大数据智能管理平台将BIM模型与地表三维模型、设备模型、土地利用规划数据、交通线路等数据相结合，共同搭建虚拟三维场景，打造准确直观的轨交工程虚拟环境。在辅助设计人员进行工作进度以及成果汇报，确保业主全面掌握工程沿线地上、地下工程环境，减少磋商时间等方面取得了重要成果，对后续轨道交通信息化建设具有重要的参考与指导意义。

▲ 地上三维模型

▲ 勘测数据模型

▲ 地上地下一体化

辅助规划设计

由于地下管线种类多、分布复杂，对车站设计与施工具有重大影响，管线碰撞分析与迁移是设计人员与施工人员不得不面临的一个重要问题。尤其是在地铁设计与施工阶段，不仅要考虑车站与基坑会与哪些地下管线相碰撞，还要考虑到地下管线的迁移以及其是否为潜在风险源，既要保障施工安全，又要保障居民的正常生活。如何快速定位碰撞点，找到需要迁移的管线，是一个迫切需要解决的问题。

管线的三维可视化真实再现了管线在地下的分布，通过BIM+GIS融合技术，可以直观展现其与车站、基坑以及地表模型的相对位置关系，查看埋深及权属信息。利用GIS强大的空间分析功能，可以直接找到与车站、基坑模型相交的管线，在参建方以及管线权属单位在场的情况下快速确定迁移方案，减少会商时间，加快工程进度，使碰撞点的确定与改移方案的确定更加方便快捷。

地铁在规划设计时都会牵涉到房屋拆迁与商业赔偿问题，赔偿款的多少是影响地铁成本的重要因素。在规划设计阶段，为了快速得到线站选址时所涉及到的拆迁赔偿额，需要对房屋拆迁进行评估。针对这一问题，平台通过GIS数据库，将建筑物的属性信息和空间信息统一管理，利用GIS的空间分析功能，可以获得拆迁区域内的建筑物数量、类型、面积等统计结果，进而评估拆迁费用，分析地铁线路合理性，为地铁建设成本评估提供强有力的支撑。

▲ 管线与基坑相交分析

▲ 房屋拆迁评估

施工质量进度管理

盾构施工的目的是在尽可能不扰动围岩的前提下完成施工，从而最大限度地减少对地面建筑物及地基内埋设物的影响。盾构法适合在软土地基段施工，具有自动化程度高、节省人力、易于管理、施工速度快、洞体质量稳定、不受气候影响、对周围建筑物和交通影响小等特点。在实际的施工环境中，周围地层的水文、工程地质情况复杂多变，土层力学性质又各不相同，施工中可能会遇到很多预想不到的问题，不仅有安全隐患，还可能导致掘进方向的偏移，从而影响工程质量及进度。

鉴于上述原因，实时监控盾构机姿态及进度的盾构可视化监控管理系统应运而生，利用BIM+GIS融合技术，基于施工地区地表三维建筑、地层三维模型、三维管线、盾构机等模型数据，从三维视角，以动态形式展示盾构机掘进的计划和实际进度，实时展示刀盘信息以及设备偏移度和姿态信息。它一方面便于管理者全面掌握盾构管理的各项具体信息、实现远程监控、降低管理难度、优化现有资源，另一方面便于现场施工人员监控具体盾构机和施工现场，查看盾构施工的进度，最大程度地保证掘进的正常进行。真正意义上实现盾构施工过程中的“运行状态可视、掘进数据可查、施工进度可管”等目的，协助施工单位从公司到项目整体把控项目的进展和施工情况，保障施工质量与进度。

▲ 刀盘运行状态

▲ 挖掘进度展示

安全管理

地铁建设是一项高风险工程，一方面因其周边环境复杂，地质条件具有变异性和不可知性，施工方法复杂，这增加了施工的安全隐患；另一方面因其政治敏感性强、公共安全要求高、社会影响大，一旦发生重大安全风险事故，影响面广，甚至导致灾难性的后果，损失巨大。如何提高工程建设中的安全风险控制水平，加强安全管理的研究和实施，已成为各级政府、建设单位和各参建单位共同关注的重大课题。

现在，以BIM+GIS融合技术为基础，结合云计算、物联网感知、移动互联网、大数据分析等技术，实现与BIM技术的一体化集成，建设轨道交通工程建设安全风险管理平台，对监测点实时监控预警，将是应对这一问题的有效手段。这可为业主单位提供一个安全监管和辅助决策工具，实现建设过程的“全面管理、重点监控”，实现建设维护的智慧化监管。

▲ 围护结构监测点与预警

城市轨道交通全生命周期大数据智能管理平台的建设，实现了地铁建设全过程中的大数据共享，通过搭建和使用虚拟三维场景，解决了地铁建设中长期存在的信息不对称、沟通效率低、决策效率低等问题，实时监控施工质量进度和风险源，为管理者全过程精细化管控和决策工程质量、进度、安全、成本等提供工具，为城市轨道交通的建设带来了新思路、新方案。

▲ 施工现场实时监控

作者 | 北京城建勘测设计研究院有限责任公司

王思锴 任传斌 李珂

责编 | 王静静

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