吳敦 ，馬楠，徐寧

(1.寧波市測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院，浙江寧波 315042;2.包頭市測(cè)繪院，內(nèi)蒙古包頭 014030)

1 引言

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前中國(guó)已有36個(gè)城市正在建設(shè)和籌建軌道交通項(xiàng)目。2015年，全國(guó)軌道交通運(yùn)營(yíng)里程將達(dá)到 3 000余公里。寧波市已經(jīng)在動(dòng)工興建地鐵及輕軌交通項(xiàng)目，地鐵車站的綜合管網(wǎng)建設(shè)是寧波地鐵車站建設(shè)中重要的組成部分，車站管網(wǎng)布置錯(cuò)綜復(fù)雜。在車站設(shè)計(jì)階段，管網(wǎng)設(shè)計(jì)任務(wù)重，協(xié)調(diào)工作量大;在施工階段，管網(wǎng)施工周期長(zhǎng)，材料浪費(fèi)大;運(yùn)行維護(hù)階段，管網(wǎng)信息量大，統(tǒng)籌管理困難。為了使整個(gè)軌道交通建設(shè)工程設(shè)計(jì)和施工更快速、更智能、更具成本效益，寧波市測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院與寧波市軌道交通工程建設(shè)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(shè)。

圖1 RIM涵蓋設(shè)計(jì)施工運(yùn)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(jiǎn)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(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行信息建模，并將其應(yīng)用于項(xiàng)目全生命周期管理的過程。RIM系統(tǒng)以BIM和GIS技術(shù)為基礎(chǔ)，是為地鐵管網(wǎng)協(xié)同設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)安裝即時(shí)調(diào)整和運(yùn)維信息快速更新及查詢的綜合信息管理平臺(tái)，其包括二維平面信息、三維空間信息、四維時(shí)間信息、五維成本信息和六維工序信息等內(nèi)容。項(xiàng)目參與各方均可利用軌道交通信息模型，達(dá)到設(shè)計(jì)分析可視化、施工管理精確化和營(yíng)運(yùn)維護(hù)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(diǎn)的水、暖、電、建筑、結(jié)構(gòu)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(jìn)行各類的空間分析。RIM建模在設(shè)計(jì)階段主要包括標(biāo)準(zhǔn)制定、模型生成和模型二三維聯(lián)動(dòng)修改三部分。

圖2 RIM數(shù)據(jù)建模成果

(1)制圖標(biāo)準(zhǔn)制定

由于各家設(shè)計(jì)單位的設(shè)計(jì)習(xí)慣與采用的設(shè)計(jì)規(guī)范不盡相同，管網(wǎng)設(shè)計(jì)圖紙中的各管線顏色、標(biāo)注、標(biāo)高等都不完全相同，這將會(huì)給信息模型的生成帶來不小的困難。因此，需要制定一套標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的制圖標(biāo)準(zhǔn)，來規(guī)范各家設(shè)計(jì)單位提交的圖紙，既要滿足管網(wǎng)圖紙導(dǎo)入RIM系統(tǒng)的需要，又能避免后期施工、運(yùn)維中由于圖紙不規(guī)范造成的管理混亂。制圖標(biāo)準(zhǔn)由雙方共同協(xié)商制訂完成，確定并統(tǒng)一制作利用信息模型出施工圖的平面標(biāo)注樣式，主要包括制作對(duì)象樣式、線樣式、線寬、線型圖案、注釋樣式、項(xiàng)目單位、視圖樣板、詳細(xì)程度、顏色等等。信息模型有了完善的平面標(biāo)準(zhǔn)，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(wǎng)建模與土建、設(shè)備等其他設(shè)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(huán)(Ring)構(gòu)成，一系列相互連接的三角形構(gòu)成的三維幾何形狀;因此管線的表面可按一定規(guī)則分解為多個(gè)相互連接的三角形。管網(wǎng)建?；谏鲜鲈?，通過讀取規(guī)范化后的CAD圖紙中的二維信息數(shù)據(jù)，將信息存儲(chǔ)于空間數(shù)據(jù)庫(kù)中，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)參數(shù)化建模。土建、設(shè)備等其他設(shè)施，基于ArcGIS Engine(AE)提供眾多接口用于三維實(shí)體的建模，即通過第三方軟件建模，將模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入進(jìn)系統(tǒng)。管網(wǎng)建模亦可通過土建、設(shè)備等其他設(shè)施建模方式將模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入至系統(tǒng)中。

(3)二三維一體化聯(lián)動(dòng)修改

通過計(jì)算機(jī)編程與ArcGIS、Autodesk平臺(tái)的運(yùn)用，開發(fā)二三維一體化聯(lián)動(dòng)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(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的，通過數(shù)據(jù)工廠的FEM模塊和三維引擎實(shí)現(xiàn)了二三維設(shè)計(jì)信息的聯(lián)動(dòng)，即“一處修改，多處關(guān)聯(lián)變化”的二三維信息互逆，修改二維信息時(shí)三維模型信息也關(guān)聯(lián)變化，同樣在修改三維模型時(shí)二維設(shè)計(jì)信息也隨之變化。最終依據(jù)無空間沖突以及設(shè)計(jì)缺陷，生成優(yōu)化后的最終成果模型。

圖3 二、三維聯(lián)動(dòng)修改

3 RIM的應(yīng)用

(1)協(xié)同設(shè)計(jì)

軌道交通的設(shè)計(jì)項(xiàng)目涉及數(shù)十至數(shù)百人，他們使用的專業(yè)應(yīng)用程序種類繁多，制作的模型和圖紙更是數(shù)以千計(jì)。除了這些設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)之外，大多數(shù)項(xiàng)目還有合約、標(biāo)書、照片、電子郵件等大量“非設(shè)計(jì)”信息。應(yīng)用RIM制定完善的溝通與協(xié)作計(jì)劃將有助于項(xiàng)目成員在整個(gè)項(xiàng)目組中高效地溝通、復(fù)用和共享數(shù)據(jù)并且避免數(shù)據(jù)丟失和誤解。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員通過RIM緊密協(xié)作，在破土動(dòng)工前解決所有設(shè)計(jì)問題，主要的協(xié)作流程如圖4所示。

圖4 協(xié)作流程

RIM在協(xié)作過程能夠快速有效地呈現(xiàn)所需的成果資料，不僅僅是工程材料信息還是工程預(yù)算信息，更包括了設(shè)計(jì)階段進(jìn)行各專業(yè)間三維管線軟、硬碰撞沖突分析，生成碰撞檢測(cè)報(bào)告以及可以由模型直接導(dǎo)出標(biāo)準(zhǔn)的二維CAD施工圖紙，供專業(yè)人員進(jìn)行審查，如圖5所示，其左圖展示的是設(shè)計(jì)沖突的碰撞檢測(cè)報(bào)告，右圖是直接從RIM導(dǎo)出的施工圖。

圖5 碰撞分析報(bào)告與導(dǎo)出的二維施工圖

(2)三維施工檢測(cè)

目前設(shè)計(jì)與施工的協(xié)調(diào)性還存在著不少的問題，往往導(dǎo)致施工存在一定的遺漏和失誤，等到發(fā)現(xiàn)的時(shí)候只能采取一定的彌補(bǔ)措施，大大降低了施工效率和施工質(zhì)量。通過RIM模型的三維施工監(jiān)測(cè)，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(xiàn)場(chǎng)的三維信息，生成的點(diǎn)云模型，利用現(xiàn)場(chǎng)模型數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)階段RIM的模型進(jìn)行對(duì)比查看和擬合，如在施工階段超出閾值，可由系統(tǒng)自動(dòng)生成檢測(cè)報(bào)告，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正施工誤差，減少施工返工，以達(dá)到一定的施工監(jiān)督的作用。

圖6 點(diǎn)云與RIM模型施工沖突分析

(3)站點(diǎn)運(yùn)營(yíng)管理

用于站點(diǎn)運(yùn)營(yíng)管理的RIM系統(tǒng)，涵蓋了車站所有數(shù)據(jù)，包括軌道信息模型、設(shè)計(jì)圖紙、施工圖紙、各類文檔日志等等，站點(diǎn)管理員垂直管理整個(gè)站點(diǎn)各項(xiàng)運(yùn)維事務(wù)。整個(gè)RIM運(yùn)維系統(tǒng)以物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)為基礎(chǔ)，通過運(yùn)維二維碼索引庫(kù)和二維碼標(biāo)識(shí)建立了RIM中各類模型與現(xiàn)實(shí)站點(diǎn)設(shè)備的聯(lián)系。各個(gè)站點(diǎn)的空間二維碼索引庫(kù)，按物理間隔及使用功能不同進(jìn)行空間劃分。按物理間隔劃分為各類機(jī)房、配電房、信號(hào)間、走廊、風(fēng)道等等。按使用功能不同劃分，主要有公共區(qū)、辦公室、售票間、服務(wù)區(qū)等等。只要滿足其中一點(diǎn)，即可劃分為一個(gè)空間，進(jìn)行分類。如圖7所示，管理人員可以通過手機(jī)檢索和查詢?cè)贫松系乃性O(shè)備管理信息，進(jìn)行站點(diǎn)設(shè)施的日常維護(hù)。

圖7 基于移動(dòng)設(shè)備的站點(diǎn)管理

4 結(jié)語(yǔ)

RIM系統(tǒng)成功輔助軌道交通工程建設(shè)，達(dá)到了較高水平，獲得了同行業(yè)廣泛認(rèn)可和受到社會(huì)的密切關(guān)注，成為寧波軌道交通工程建設(shè)中的亮點(diǎn)。同時(shí)項(xiàng)目各參與單位RIM的應(yīng)用水平不斷提高，創(chuàng)新能力和綜合競(jìng)爭(zhēng)能力不斷增強(qiáng)，信息化水平不斷提高。在RIM實(shí)施過程中，寧波市測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院以生產(chǎn)帶動(dòng)研究、以研究促進(jìn)生產(chǎn)，形成了良性循環(huán)。通過開展跨專業(yè)、跨部門、跨領(lǐng)域的應(yīng)用研究工作，公司培養(yǎng)了一批具有創(chuàng)新意識(shí)、掌握高新技術(shù)的復(fù)合型人才，為今后RIM在更寬更廣的領(lǐng)域深入應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

［1］建筑業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃，中華人民共和國(guó)中央人民政府網(wǎng)站，2011－07［DB/OL］．http://www．gov．cn/zwgk/2011/content1927995．htm

［2］ 何關(guān)培，李剛．那個(gè)叫BIM的東西究竟是什么［M］．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012(1)．

［3］何關(guān)培，葛清，趙斌．BIM第一維度:項(xiàng)目不同階段的BIM應(yīng)用［M］．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2013(7)．

［4］ 王琪．網(wǎng)絡(luò)二維地圖與三維虛擬場(chǎng)景集成探討［J］．測(cè)繪科學(xué)，2008(2)．

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