轨道交通信息模型在宁波地铁建设中的应用研究

吴敦 ，马楠，徐宁

(1.宁波市测绘设计研究院，浙江宁波 315042;2.包头市测绘院，内蒙古包头 014030)

1 引言

据统计，目前中国已有36个城市正在建设和筹建轨道交通项目。2015年，全国轨道交通运营里程将达到 3 000余公里。宁波市已经在动工兴建地铁及轻轨交通项目，地铁车站的综合管网建设是宁波地铁车站建设中重要的组成部分，车站管网布置错综复杂。在车站设计阶段，管网设计任务重，协调工作量大;在施工阶段，管网施工周期长，材料浪费大;运行维护阶段，管网信息量大，统筹管理困难。为了使整个轨道交通建设工程设计和施工更快速、更智能、更具成本效益，宁波市测绘设计研究院与宁波市轨道交通工程建设指挥部提出了轨道交通信息模型的全生命周期管理，用来辅助轨道交通的建设。

图1 RIM涵盖设计施工运维

RIM是轨道交通信息模型的全生命周期管理(Rail transit Information modeling lifecycle Management)的英文简写，如图1所示，“R”特指是轨道交通工程，是将与轨道交通工程有关的数据进行信息建模，并将其应用于项目全生命周期管理的过程。RIM系统以BIM和GIS技术为基础，是为地铁管网协同设计、现场安装即时调整和运维信息快速更新及查询的综合信息管理平台，其包括二维平面信息、三维空间信息、四维时间信息、五维成本信息和六维工序信息等内容。项目参与各方均可利用轨道交通信息模型，达到设计分析可视化、施工管理精确化和营运维护智能化的目的。

2 RIM的建模

RIM的信息建模包括轨道交通站点的水、暖、电、建筑、结构信息模型，如图2所示。深化的RIM模型可出建筑、管线施工图，也可以进行各类的空间分析。RIM建模在设计阶段主要包括标准制定、模型生成和模型二三维联动修改三部分。

图2 RIM数据建模成果

(1)制图标准制定

由于各家设计单位的设计习惯与采用的设计规范不尽相同，管网设计图纸中的各管线颜色、标注、标高等都不完全相同，这将会给信息模型的生成带来不小的困难。因此，需要制定一套标准化、规范化的制图标准，来规范各家设计单位提交的图纸，既要满足管网图纸导入RIM系统的需要，又能避免后期施工、运维中由于图纸不规范造成的管理混乱。制图标准由双方共同协商制订完成，确定并统一制作利用信息模型出施工图的平面标注样式，主要包括制作对象样式、线样式、线宽、线型图案、注释样式、项目单位、视图样板、详细程度、颜色等等。信息模型有了完善的平面标准，能够提高信息模型出施工图的效率以及减少后期施工图图面修改的工作量。

(2)模型生成

建模方式分为管网建模与土建、设备等其他设施建模两种方式。三维表面在几何上主要由三角条带(Triangle Strip)、三角扇(Triangle Fan)和环(Ring)构成，一系列相互连接的三角形构成的三维几何形状;因此管线的表面可按一定规则分解为多个相互连接的三角形。管网建模基于上述原理，通过读取规范化后的CAD图纸中的二维信息数据，将信息存储于空间数据库中，实现管网参数化建模。土建、设备等其他设施，基于ArcGIS Engine(AE)提供众多接口用于三维实体的建模，即通过第三方软件建模，将模型数据导入进系统。管网建模亦可通过土建、设备等其他设施建模方式将模型数据导入至系统中。

(3)二三维一体化联动修改

通过计算机编程与ArcGIS、Autodesk平台的运用，开发二三维一体化联动功能。如图3所示，无论是二维CAD图纸的信息还是三维模型信息，均是基于数据库存储的，通过数据工厂的FEM模块和三维引擎实现了二三维设计信息的联动，即“一处修改，多处关联变化”的二三维信息互逆，修改二维信息时三维模型信息也关联变化，同样在修改三维模型时二维设计信息也随之变化。最终依据无空间冲突以及设计缺陷，生成优化后的最终成果模型。

图3 二、三维联动修改

3 RIM的应用

(1)协同设计

轨道交通的设计项目涉及数十至数百人，他们使用的专业应用程序种类繁多，制作的模型和图纸更是数以千计。除了这些设计数据之外，大多数项目还有合约、标书、照片、电子邮件等大量“非设计”信息。应用RIM制定完善的沟通与协作计划将有助于项目成员在整个项目组中高效地沟通、复用和共享数据并且避免数据丢失和误解。在项目设计阶段，项目团队成员通过RIM紧密协作，在破土动工前解决所有设计问题，主要的协作流程如图4所示。

图4 协作流程

RIM在协作过程能够快速有效地呈现所需的成果资料，不仅仅是工程材料信息还是工程预算信息，更包括了设计阶段进行各专业间三维管线软、硬碰撞冲突分析，生成碰撞检测报告以及可以由模型直接导出标准的二维CAD施工图纸，供专业人员进行审查，如图5所示，其左图展示的是设计冲突的碰撞检测报告，右图是直接从RIM导出的施工图。

图5 碰撞分析报告与导出的二维施工图

(2)三维施工检测

目前设计与施工的协调性还存在着不少的问题，往往导致施工存在一定的遗漏和失误，等到发现的时候只能采取一定的弥补措施，大大降低了施工效率和施工质量。通过RIM模型的三维施工监测，可以有效避免施工误差和施工返工，提高施工效率。如图6所示，其主要过程是通过三维激光扫描仪快速获取施工现场的三维信息，生成的点云模型，利用现场模型数据和设计阶段RIM的模型进行对比查看和拟合，如在施工阶段超出阈值，可由系统自动生成检测报告，及时发现并纠正施工误差，减少施工返工，以达到一定的施工监督的作用。

图6 点云与RIM模型施工冲突分析

(3)站点运营管理

用于站点运营管理的RIM系统，涵盖了车站所有数据，包括轨道信息模型、设计图纸、施工图纸、各类文档日志等等，站点管理员垂直管理整个站点各项运维事务。整个RIM运维系统以物联网的技术为基础，通过运维二维码索引库和二维码标识建立了RIM中各类模型与现实站点设备的联系。各个站点的空间二维码索引库，按物理间隔及使用功能不同进行空间划分。按物理间隔划分为各类机房、配电房、信号间、走廊、风道等等。按使用功能不同划分，主要有公共区、办公室、售票间、服务区等等。只要满足其中一点，即可划分为一个空间，进行分类。如图7所示，管理人员可以通过手机检索和查询云端上的所有设备管理信息，进行站点设施的日常维护。

图7 基于移动设备的站点管理

4 结语

RIM系统成功辅助轨道交通工程建设，达到了较高水平，获得了同行业广泛认可和受到社会的密切关注，成为宁波轨道交通工程建设中的亮点。同时项目各参与单位RIM的应用水平不断提高，创新能力和综合竞争能力不断增强，信息化水平不断提高。在RIM实施过程中，宁波市测绘设计研究院以生产带动研究、以研究促进生产，形成了良性循环。通过开展跨专业、跨部门、跨领域的应用研究工作，公司培养了一批具有创新意识、掌握高新技术的复合型人才，为今后RIM在更宽更广的领域深入应用打下了坚实基础。

［1］建筑业发展“十二五”规划，中华人民共和国中央人民政府网站，2011－07［DB/OL］．http://www．gov．cn/zwgk/2011/content1927995．htm

［2］ 何关培，李刚．那个叫BIM的东西究竟是什么［M］．北京:中国建筑工业出版社，2012(1)．

［3］何关培，葛清，赵斌．BIM第一维度:项目不同阶段的BIM应用［M］．北京:中国建筑工业出版社，2013(7)．

［4］ 王琪．网络二维地图与三维虚拟场景集成探讨［J］．测绘科学，2008(2)．

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