轨道交通信息模型在地铁站设计中的应用研究

文｜宁波市测绘设计研究 周 鑫 徐狄军 王芬旗

一、引言

＞＞图1 RIM系统实现效果

轨道交通运输是先导性基础产业，是经济社会运行的基本载体，它与城市经济的发展、市民生活的改善有着密切的关系。据统计，目前中国己有36个城市正在建设和筹建自己的轨道交通。其中，北京、上海、广州在改建或进一步完善城市地铁系统。2010年全国轨道交通运营里程将达到1708.4公里，地铁站点1131个。据国家发展改革委消息，2015年，全国轨道交通运营里程将达到3000余公里。宁波、杭州、南京、苏州、武汉等城市也在动工兴建或已在拟建地铁及轻轨交通。然而，就在地铁带给人们方便快捷的同时，地铁车站施工周期长，车站建设期加重了交通压力，极大地影响了人们的日常工作和生活。同时，我们注意到地铁站点建设是整个地铁建设中重要的组成部分，其中地铁站点管线布置更是错综复杂。地铁站点在设计阶段，设计任务重，各方协调工作量大；在施工阶段，施工周期长，材料浪费大；运行维护阶段，运营维护信息量大，统筹管理困难。

地铁设计阶段，地铁车站管网设计都是使用AutoCAD等二维软件来制图，所有管线都只能显示在同一个平面上，无法看出管线与管线之间的空间关系，给地铁车站的管网设计带来了相当的难度。而且同专业管线之间与不同专业管线之间都在设计中存在大量的冲突需要协调和修改，例如暖通空调专业中的排风管和送风管，排风管的位置调整后会影响到的送风管或者冷冻水管或者其他管线的位置。设计图纸中只要有某一个专业的管线设计发生改变，无法实时更新，需要牵动所有专业的工作人员来对发生改变的位置来做出修改，协调难度大，工作效率极低。

为了使整个轨道交通建设工程设计、施工和运营维护更快速、更智能、更具成本效益，我院提出轨道交通信息模型的全生命周期管理（Rail transit Information modeling lifecycle Management，简称 RIM），用来辅助轨道交通工程的建设。

二、目的和意义

轨道交通信息模型的全生命周期管理（Rail transit Information Modeling lifecycle Management，RIM），指在项目全命周期内综合应用三维仿真、激光扫描、GIS和物联网等信息技术进行设计协同管理、施工精细管理和运营智能管理的过程。

RIM可将地铁车站管网的2D设计图纸转换成3D的可视化模型进行查错纠偏，对设计图纸进行优化，有效地避免管网施工中由于设计原因造成的工期拖延和资源浪费，并能用可视化的手段，来指导管网施工，并可以即时查询管网设计信息。同时，用信息化、可视化的管理手段对地铁车站管网系统进行运维管理，有效地解决对轨道交通运维阶段中信息量大、管理复杂等问题，大大提高地铁车站管网建设的效率，对轨道交通的建设和发展意义重大。

三、应用优势

针对轨道交通项目设计中所存在的系统繁多、布局复杂等设备管线布置问题，RIM技术有如下优点：

协同设计：设计、创建和管理包含来自多个数据源的详细数据和聚合数据的多维结构，其中这些数据源（如关系数据库）都存在于内置计算支持的单个统一逻辑模型中。RIM可以嵌入主流应用程序中，不增加工作人员的负担。

三维管线综合设计：该项目三维管线综合设计采用的技术方案为，将所有管线的设计信息纳入RIM系统，确定总体的排布方案和排布原则，根据安装要求，确定管线综合排布的空间层次分配，根据交叉点管线冲突整体调整管线高度，解决了冲突点标高问题，又减少了管线的翻弯。

＞＞图2 轨道交通站点信息模型

＞＞图3 三维剖面大样图

四、总体思路

三维管线综合设计采用的技术方案为，将所有管线的设计信息纳入RIM系统，确定总体的排布方案和排布原则，根据安装要求，确定管线综合排布的空间层次分配，根据交叉点管线冲突整体调整管线高度，解决了冲突点标高问题，又减少了管线的翻弯。具体思路为前期准备工作，建立土建模型，设备管线模型，管线综合调整，以及成果出图。

为确保项目团队的相关信息能够及时、正确地产生、收集、发布、存储和最终处理，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。

设计、创建和管理包含来自多个数据源的详细数据和聚合数据的多维结构，其中这些数据源（如关系数据库）都存在于内置计算支持的单个统一逻辑模型中。RIM可以嵌入主流应用程序中，不增加工作人员的负担。

轨道交通项目设计阶段，RIM项目协作团队主要包括业主、总咨询方、总体设计方、分项设计方和RIM咨询方。RIM项目协作团队合理安排协作各方在各阶段的沟通与交流是保证项目顺利运行的关键。

RIM项目可能涉及特定类型的分析和应用，而项目应用的质量往往取决于基础数据的质量，因为模型是应用的基础。因此在建模之前需向建模人员明确传达分析及应用要求，以确保模型数据具有所需要的属性信息等。

为了保证模型数据的严谨，为项目后续阶段提供便利，保证项目协作团队沟通交流顺畅，需对模型内容、详细程度、文件命名以及文件结构做出规定。

五、研究过程及成果应用

在模型制作完成后，要对模型进行协作校审并，发现的协调冲突应进行记录和管理。通过管线与管线之间、管线与土建之间进行碰撞检测，逐个筛选，列出实际存在的冲突点。这些问题应以报告的形式传达给相关方，其中应至少包含以下内容：

（1）任何冲突的具体位置（应提供二维和三维图像）。

（2）有问题的对象的图元ID。

（3）问题的详细说明。

（4）被交叉引用的链接信息的详细日期/修订/出处。

（5）建议采取的解决方案或措施，以及实施人和实施日期。

应在项目协调会议上讨论未解决的问题，进行这项工作是非常有效的，有助于更有效地管理三维信息。

通过管线与管线之间、管线与土建之间进行碰撞检测，逐个筛选，列出实际存在的冲突点。

＞＞图4 碰撞大样之轴测图与剖面图

六、关键技术及创新点

1．三维GIS技术

三维GIS技术是在传统的二维地理信息系统的基础上将平面坐标系统变换为空间坐标系统的空间信息系统技术。

在RIM系统中，三维GIS技术是针对系统中所需要的二维CAD数据、三维管网和线站数据、施工运维数据的一体化管理而应用的。本系统采用ARCGIS的3D GIS平台，在基于ArcGIS Engine的基础上进行了具有针对性的二次开发，使系统具备良好的空间位置关系可视化的前提下，为系统所需要的空间分析、剖面分析、参数化建模、数据仓库等技术的实现构建必须的基础。

2．数据可视化技术

在RIM系统中，数据可视化技术的应用主要体现在空间相对位置分析和可量测的同时对所需要表现的对象进行色彩、形态和属性的协调统一的规范展现。系统需要识别并展现对符合系统数据仓库规范的对象数据，并赋予对应空间属性，在系统平台上实现有序的现状展示和信息交互。

3．创新点

粗粒度工程信息的超细粒度元素分解与复合技术，通过RIM技术，将工程设计、施工和运营等多源异构数据进行超细粒度分解，通过有效的筛选，进行相关信息的复合，用于多专业协同作业，方便信息流转、共享、使用与管理，成功解决了轨道交通工程建设全生命周期内产生的粗粒度的多源异构信息难以贯穿全生命周期的难题。

七、结语

采用该技术方案可有效解决管线碰撞，减少管线弯转，使管线排布美观，增加空间利用率，另外整个过程是可视化操作，可反复模拟以优化设计，另外还兼具良好的出图性，适用性强，基本能全部掌握和解决碰撞点的处理，模型美观易于发现碰撞，理顺管线排布。在设备招投标和施工之前，把管线综合排布理顺，把碰撞在设计阶段排除，提前发现问题，解决问题，避免浪费、返工和耽搁项目进度。

＞＞图5 模型色彩、形态和属性的统一协调和有序展示

该技术方案应用于宁波市轨道交通一号、二号线所有站点。宁波轨道交通二号线栎社机场站三维管线综合设计的碰撞个数有350多个，仅以此为例统计可节约人工及成本178.19万元。宁波地铁规划线路共6条，其中1、2号线已经全面应用RIM技术来辅助设计，后续建设项目也将应用RIM技术，形成了良好的经济效益和社会效益。