王芬旗,徐狄軍,周鑫(寧波市測繪設計研究,浙江寧波 315042)

RIM在寧波地鐵站工程建設中的應用

王芬旗?,徐狄軍,周鑫
(寧波市測繪設計研究,浙江寧波 315042)

摘 要:以寧波軌道交通工程設計和施工建設階段為例,闡述了RIM以測繪為核心的理論成果,介紹了軌道交通信息模型和激光掃描結合應用的情況,介紹了RIM數(shù)據(jù)制作過程及其在設計階段的應用,介紹了激光掃描數(shù)據(jù)的采集流程及其與RIM數(shù)據(jù)的擬合技術,同時介紹了設計和施工協(xié)調(diào)技術。

關鍵詞:軌道交通信息模型;RIM;全生命周期管理;激光掃描

1　引 言

據(jù)統(tǒng)計,目前中國已有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(tǒng)。2010年全國軌道交通運營里程1 708.4 km,地鐵站點1 131個,據(jù)國家發(fā)改委消息,2015 年,全國地鐵及輕軌運營里程將達到3 000余千米。寧波、南京、武漢等城市也在動工興建或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,我們注意到地鐵車站管網(wǎng)建設是整個地鐵車站建設中重要的組成部分,車站管網(wǎng)布置錯綜復雜。在車站設計階段,管網(wǎng)設計任務重,協(xié)調(diào)工作量大;在施工階段,管網(wǎng)施工周期長,材料浪費大;運行維護階段,管網(wǎng)信息量大,統(tǒng)籌管理困難。

地鐵施工階段,在傳統(tǒng)的管網(wǎng)施工模式是按照藍圖施工,管線的施工、安裝順序在圖紙得不到反映,而且一條管線在現(xiàn)場安裝完成后也不可以隨意改動,發(fā)生少許偏差還可以通過調(diào)整其他管線的安裝,如果發(fā)生較大偏差,將會造成不可估量的后果,造成大量的時間和資源的損失。據(jù)調(diào)查,一個地鐵車站管網(wǎng)安裝經(jīng)濟損失就高達200萬元。在管網(wǎng)施工過程中無法即時查詢設計信息,會造成了大量管網(wǎng)施工返工、重復施工和資源浪費等問題。在設計階段的圖紙還存在許多問題,例如在施工階段發(fā)現(xiàn)管線之間發(fā)生沖突,先把問題反饋給設計人員,由設計人員出具圖紙變更,再按圖施工,極大地影響了施工時間,造成了窩工、返工、工期延誤等問題。

2　以測繪技術為核心的RIM理論

目前三維仿真、GIS、激光掃描等技術在軌道交通領域的應用已經(jīng)初見成果,然而,已有的系統(tǒng)都是針對一些特定的需求而開發(fā)的,它們在城市軌道交通的某一方面的應用取得了一定的效果,例如線網(wǎng)規(guī)劃、施工監(jiān)測等;但未能將這些技術在軌道交通項目全生命期內(nèi)進行集成。

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,故提出RIM理論,即軌道交通信息模型的全生命周期管理(Rail transportation Information model lifecycle Management,RIM),是指項目全生命周期內(nèi)綜合應用三維仿真、激光掃描、GIS和物聯(lián)網(wǎng)等信息技術進行設計協(xié)同管理、施工精細管理和運營智能管理的過程。

以三維仿真技術和GIS為核心,依托ERP和云技術等建立起“RIM平臺”,將設計協(xié)同管理、施工精細管理和運營智能管理等服務部署在云端。通過RIM技術,將設計、施工和運營等多源異構數(shù)據(jù)進行超細粒度分解,用于多專業(yè)協(xié)同作業(yè),方便信息流轉、管理和調(diào)度。

3　施工階段RIM和激光掃描結合應用

在已取得成果的基礎上,利用激光掃描方式協(xié)同整個軌道交通施工,項目各參與方,就需要一個強大的信息系統(tǒng)作為支撐。因此,軌道交通施工信息化的新階段就是實時獲取施工信息,并及時反饋至設計、施工、監(jiān)理等等,提供信息資源的集成、共享、交互。

三維施工監(jiān)測的主要研究在建筑施工階段,我們通過三維激光掃描等技術掃描軌道施工站點,獲取施工現(xiàn)場的施工信息,并快速獲取施工現(xiàn)場的點云模型,利用自動化生成的激光點云數(shù)據(jù)和設計階段信息模型進行對比查看和擬合,并由檢測軟件自動校核,生成精度誤差圖譜,由此及時發(fā)現(xiàn)并糾正施工誤差,減少施工返工,以達到一定的施工監(jiān)督的作用。

3.1數(shù)據(jù)深化

在施工階段,要進行管線安裝施工監(jiān)測,需要對未完善的設計階段模型進行補充完善和細化,包括管線閥門、機電設備、支吊架、吊頂和孔洞等,需對模型的制作精度進行細致歸類,增加軌道站點信息模型數(shù)據(jù)制作種類,并對每一個圖層進行建模。如圖1所示:

圖1　軌道交通信息模型

3.2施工數(shù)據(jù)采集

在站點主體施工結束,全程跟蹤站點的管線施工,在管線施工階段,設若干激光掃描測站,最大限度掃描已施工部分建筑主體和管線。工程測量由控制網(wǎng)測量和施工過程控制測量兩大部分組成,它們之間相互關系是:控制網(wǎng)測量是工程施工的先導,原區(qū)域已建立的平面和高程控制網(wǎng),當滿足施工測量技術要求時,應予利用。獲取管件的激光點云數(shù)據(jù),具體的操作步驟如下:

(1)利用三維激光掃描儀和全站儀分別對軌道交通站點施工數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)采集,架站掃描的數(shù)據(jù)要求能夠準確并完整地獲取所有施工的管線。

(2)在車站現(xiàn)場布置好三維激光掃描儀,完成車站測站布設、后視點坐標掃描、測站坐標掃描、車站場景粗掃描、場景精掃描;三維激光掃描儀獲取車站點云數(shù)據(jù)和車站影像數(shù)據(jù),全站儀獲取車站參考點云數(shù)據(jù)。

圖2　激光掃描數(shù)據(jù)

3.3點云數(shù)據(jù)和模型的擬合

根據(jù)快速獲取的站點的點云數(shù)據(jù),直接導入到軟件中,進行配準,配準過程中應保證模型不損失精度,得到三維矢量模型,并賦予必要的建筑信息。如圖3所示:

圖3　激光點云數(shù)據(jù)和軌道信息模型通過測繪數(shù)據(jù)配準

不同區(qū)域按柱體、旋轉體等特征劃分,然后以不同的CAD特征進行擬合并修剪為最終三維實體模型。每次擬合完成時,將顯示被處理的點云的實時偏差分析結果以輔助做出決策,施工數(shù)據(jù)模型能更精確。將處理后的點云數(shù)據(jù)直接導入,直接與設計模型進行精度對比。通過計算出實測值和設計值的標準差,得出實測數(shù)據(jù)的離散程度,從而判斷管線施工工程總體質量。

3.4設計施工協(xié)調(diào)

將對點云數(shù)據(jù)和信息模型進行精確匹配和對應,最后計算出點云數(shù)據(jù)與信息模型的偏差并用色譜圖顯示,使檢測結果可視化。同時可以挑選特征點,列出對比分析報告,包含偏差、公差、偏差半徑、參考差等項目。由此及時發(fā)現(xiàn)并糾正施工誤差,減少施工返工,以達到一定的施工監(jiān)督的作用。將分析結果反饋給建設單位、設計單位和施工單位等。設計單位和施工單位根據(jù)檢測報告判斷是否修改設計或重新施工。管線的設計和施工協(xié)調(diào)過程與主體結構的設計和施工協(xié)調(diào)過程整體流程基本相同。如圖4所示:

圖4　設計和施工協(xié)調(diào)

4　結 語

軌道交通車站建設中管理內(nèi)容千頭萬緒,管理過程中許多因素互相制約、相互關聯(lián),設計與施工的協(xié)調(diào)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(fā)現(xiàn)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?；谲壍佬畔⒛Ｐ涂蓪⒐芫€進行模擬施工安裝,可以將復雜工程可視化,使各專業(yè)協(xié)同施工,對于一些施工難的節(jié)點,可查看三維管線綜合模型。而激光掃描技術作為連接施工和設計的可靠紐帶,可以有效獲取站點的現(xiàn)場施工信息,與軌道交通信息模型進行分析比對,完成站點的三維施工監(jiān)測,可以有效避免施工誤差和施工返工,提高施工效率。

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Application on Rail Transportation Information Model for Engineering Construction of Ningbo Subway Stations

Wang Fenqi ,Xu Dijun,Zhou Xin
(Ningbo Design Research Institute of Surveying and Mapping,Ningbo 315042,China)

Abstract:Taking Ningbo rail transportation project design and construction stage as an example,expounds the theoretical achievements in surveying and mapping as the core of RIM,describes Rail transportation Information Model and laser scanning combined with the application situation,introduced RIM data production process and its application in the design stage,introduces the the laser scanning data collection process and fitting technique between RIM data and the laser scanning data,and introduces the design and construction of coordination technology.

Key words:rail transportation information model;RIM;lifecycle management;laser scan

文章編號:1672-8262(2015)01-130-03中圖分類號:P258,P234.4

文獻標識碼:A

收稿日期:?2014—08—01

作者簡介:王芬旗(1984—),男,工程師,主要從事BIM、GIS、三維仿真技術及激光掃描應用研究工作。

基金項目:寧波市重大(重點)共性關鍵技術難題項目(11C26113311612),本項目獲2014年寧波市科技進步二等獎。