城市轨道交通勘测大数据平台及其在正向BIM规划设计中的应用

2021年5月12日
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BIM技术自引入国内起,就逐渐被设计行业所持续关注,民用建筑行业率先深入应用,现已影响到地铁、铁路、公路、水电等其他各个行业[1]。BIM技术对于勘测、设计行业的革命性影响,可与CAD技术取代手工制图所带来的冲击进行相提并论,是设计行业继计算机辅助设计(CAD)后的第二次设计革命,是对传统的设计、建造和管理模式的一种颠覆[2]。

目前,国内有很多建筑工程设计企业也已经开始做好了从CAD向BIM的转变的准备,有些项目也将开始推行基于BIM的IPD(Integrated Project Delivery,集成项目交付)模式,把工程项目的主要参与方在设计阶段集合在一起,基于BIM协同工作,进行虚拟设计、建造、维护及管理[3]。岩土勘察与测量作为参与方,其转变似乎也是不可避免的,如果还停留在CAD时代工作模式,将不能应对各种挑战,不能融入整个BIM的大环境。

BIM正向设计模式的成熟与推广应用,势必导致轨道交通勘测业务的生产模式和成果提资的模式和维度的转变。一方面,随着技术的不断创新发展,特别是BIM技术在工程项目中的广泛使用,传统的勘测资料将无法与设计人员的BIM模型无缝对接,已经无法满足设计人员以及施工人员的作业要求。迫切需要勘测人员所提交的资料进行产品升级,制定信息化标准化下的新型勘测输出标准,以支撑设计、施工等人员进行BIM正向设计等工作。另一方面,BIM的整个生命周期从设计、施工到运维针对的都是BIM单体精细化模型,利用BIM-GIS [4]融合技术,将BIM系统中的数据带入到GIS地理坐标下的可视化空间可以使建筑物与自然环境形成交互与比对,将用户置身于自然地理和社会环境之中,确保设计人员、施工人员、业主等地铁建设相关人员全面掌握工程沿线地上、地下工程环境,实现对宏观情况的全盘掌握、统筹安排,从而使现代化建设管理迈上一个更高的台阶。

未来是数据驱动的时代,基于BIM技术的正向设计就是从源头采集BIM数据信息同时提升设计质量,所以未来的设计必然是基于BIM技术的正向设计,也必然在所有的设计企业中进行全面推广。对此,实现新形势下勘测产品升级,制定信息化标准化下的新型勘测输出标准,构建城市轨道交通勘测大数据平台,实现勘察与设计工作的无缝连接,以支撑设计、施工等人员进行BIM正向设计等工作势在必行。

城市轨道交通勘测大数据平台及其在正向BIM规划设计中的应用

2 勘测大数据中心

建筑物信息模型(BIM)是以三维模型来进行数字表达的,其应用于工程设计以及建造管理,可以将模型参数信息以及项目信息进行共享和传递,是项目参建各方提供协同作业的基础,为项目决策提供依据,从而提高工作效率,缩短工期,节约成本[5-6] 。BIM的核心是虚拟设计、虚拟建造。以设计单位数据为基础、施工单位数据为复核,实现模型可视化设计与施工[7-9]。BIM技术的出现极大的改变的规划设计工作的模式,实现从二维到三维的转变,促进了BIM正向设计的发展。与此同时,无人机航测、三维激光扫描等测绘新技术的出现以及GIS软件的不断发展,使得测绘行业三维数据采集及建模新技术也在不断出现,三维地质、管线等模型也可以在BIM以及3ds Max等多种专业软件中实现,传统建筑与勘测行业正在逐步由二维数据向三维数据转变。这就使得通过三维数据来进行勘察、设计、施工成为了可能。

勘测大数据中心的建立旨在通过BIM-GIS融合、场景轻量化等技术将BIM模型、地表三维模型、地质管线模型、设备模型、土地利用规划数据、交通线路等模型数据、过程数据以及相关成果资料等进行统一管理、分类存储、信息关联,实现建设期全过程数据积累与传递,便于后续筛选和加工中及时有效的利用信息,以便为不同阶段、不同需求的决策提供强有力的综合性技术支持,更好地辅助城市轨道交通的建设和管理。

勘测大数据中心所集成的数据主要分为以下几类:

2.1工程勘测信息模型

工程环境类数据的作用是实现全面可视化设计输入,减少现场踏勘,提升方案稳定效率。

(1)倾斜摄影模型:城市地表环境俯瞰,覆盖沿线两侧1km,数据精度5-8cm;

(2)全景模型:地铁站周边道路及建筑等环境的全景数据;

(3)手工精模模型:利用三维激光扫描数据进行地铁沿线房屋、道路等模型的建立,道路两侧各50m;

(4)单体建筑物(属性信息):地铁沿线建筑物的名称、产权、面积、层数等信息;

(5)建构筑物模型:包括地下室、桩基、沟渠等建构筑物;

(6)管线模型:地铁沿线,所有地下的通信、天然气、污水等十几类管线的勘察实测数据,并进行三维模型可视化;

(7)三维地质模型:地铁沿线两侧进行地质勘探钻孔,并根据钻孔数据进行三维地质建模。

2.2城市规划数据

(1)行政区划图:城市的行政区划图,查看地铁横跨行政区域;

(2)组团:城市建设功能区划分,根据城市结构的划分,辅助地铁线路规划;

(3)土地利用:地铁沿线城市土地利用类型图,对轨道交通的客流预测有重要影响;

(4)交通道路和枢纽:交通道路和大型交通枢纽,分析现有交通的客流疏散能力,预测地铁线与其他交通方式的衔接程度紧密相关,分析其合理性;

(5)客流预测:地铁各站的初期、近期和远期客流预测情况,分析轨道线路站点乘客量与站点的区位条件、交通功能等相关性;

(6)经济、人口:地铁沿线的经济与人口现有数据及预测数据,辅助客流预测及分析地铁线路合理性;

(7)线网规划:城市交通线网规划数据,辅助地铁线路设计。

2.3 BIM设计模型数据

BIM设计模型的作用是设计模型合理性评估、设计成果储存管理与协同共享。

(1)车站BIM模型:设计人员提供的BIM模型数据,结合倾斜数据、管线数据、地质数据以及建构筑物模型数据等,查看车站与周边环境的关系,指导后期施工等工作;

(2)区间BIM模型:设计人员提供的BIM模型数据,结合倾斜数据、管线数据、地质数据以及建构筑物模型数据等,查看区间模型与周边环境的关系,指导后期施工等工作;

(3)风险源识别:对风险源进行BIM模型建立,标识风险源等级,确定地铁沿线风险源位置。

2.4其他数据模型

随着轨道交通工程建设的推进,除了上述在规划设计阶段产生的数据以外,在后续的施工、运维阶段,还会产生实时动态数据(设备、客流、环境监测等)以及静态数据(地表、管线),勘测大数据中心也支持后续施工、运维等方面的数据集成,以便实现轨道交通全过程的数据积累,建立对象化多属性结构全周期的数据管理模式和数据更新机制。

勘测大数据中心通过融合多方位数据,打造全面、实时、地上、地下、空间、属性、动态的完整大数据生态体系,形成准确直观的城市轨道交通工程虚拟环境。可为轨道交通提供:①一个云数据中心基础;②工程项目管理、BIM综合应用管理两个核心管理平台;③一站式三维规划设计系统辅助BIM正向设计应用。对后续轨道交通信息化建设具有参考与指导意义。

城市轨道交通勘测大数据平台及其在正向BIM规划设计中的应用

城市轨道交通勘测大数据平台及其在正向BIM规划设计中的应用

3 辅助BIM正向规划设计

地铁规划设计需要统筹考虑各方面影响,地形地貌、地下管线分布、房屋拆迁、桩基、周边建构筑物分等对车站设计与地铁施工具有重大影响,都是设计人员与施工人员所需要考虑的问题。如:地铁设计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方案及其潜在的风险,既要保障施工安全,又要保障企业与居民的生产生活;房屋拆迁与商业赔偿是影响地铁成本的重要因素,如何快速有效的对房屋拆迁进行评估,统计拆迁赔偿额,是必须要面对的问题。针对这些问题,平台通过BIM-GIS融合技术以及GIS强大的空间分析功能,提供了一系列解决方案,为地铁规划设计提供了强有力的支撑。

针对城市轨道交通规划设计业务的应用需求,为了辅助BIM正向规划设计,平台具备以下功能:

(1)线站选址业务模块

将城市现状、经济、人口、地形地貌、交通设施和建筑物等影响轨道交通选线、选址的因素,进行定性、定量分析,综合评估分析得出最优方案,同时,用户通过平台进行线上洽商会谈和方案比选,保留会议形成的草图和专家意见,供设计用户进行进一步优化方案,提高沟通效率。

城市轨道交通勘测大数据平台及其在正向BIM规划设计中的应用

(2)设计协同业务模块

工筹设计专业人员在平台上进行协同设计,线上编辑和发布交通疏导方案、管线改移方案等,用户之间通过共享和权限控制机制,实现业主、设计总包、设计各专业人员等权限的用户浏览不同的数据、获取不同的信息,线上进行方案会审,并保留评审意见,快速形成最优化设计方案。

(3)交通导改业务模块

将设计工筹专业的交通导改方案与规划资料、现状资料进行集成并三维展现,直观反应交通导改方案与建筑物、道路等各类型信息之间的空间位置关系,设计人员可以在二三维模式下联动编辑对导改方案进行修改编辑,或添加新的交通道路、施工占用场地、标注道路宽度等操作。

城市轨道交通勘测大数据平台及其在正向BIM规划设计中的应用

(4)园林伐移业务模块

根据轨道交通线路、车站规划设计方案,划定施工围挡范围,建立周边影响范围的缓冲区,自动统计出园林伐移数量和面积,再结合园林自身属性:园林类型、园林名称、树种规格、产权单位、占用绿地面积等,参照国家或行业园林伐移标准,自动计算出园林伐移费用。

(5)商业赔偿估算业务模块

划定施工围挡范围后,根据商业建筑物距施工围挡的距离、影响程度,结合其自身的属性:商业性质、商业营业面积、营业额、产权归属等,参照国家或行业的相关商业赔偿标准,其自动计算出商业补偿费用。

(6)管线改移业务模块

系统自动识别车站基坑与市政管线的相对位置情况,进行碰撞检测分析,并且设计人员可以在二三维联动模式下对相交部分的管线进行新增、编辑、删除和添加注记等操作,并将管线改移成果实时反映到三维场景中进行展示。

城市轨道交通勘测大数据平台及其在正向BIM规划设计中的应用

(7)房屋拆迁业务模块

根据轨道交通线路、车站规划设计方案,划定缓冲区及拆迁范围,计算出待拆迁房屋的总用地面积和总建筑面积,再按房屋性质、布局、结 构分类,统计不同类型房屋拆迁的总建筑面积;根据规划管理部门提供的地方性拆迁补偿标准,准确计算出分项拆迁费用和总拆迁费用。

城市轨道交通勘测大数据平台及其在正向BIM规划设计中的应用

(8)周边风险分析业务模块

直观反映轨道交通线路、车站及附属结构与周边环境(桥梁、建筑物、管线)之间的位置关系,对轨道交通线路、车站及附属结构定义宽度产生线和面缓冲区,对缓冲区范围内的桥梁、建筑物、管线等矢量化对象进行统计分析和高亮显示;用户可以在图上对建筑物、桥梁、管线等风险源进行矢量化,选中矢量化后的某一对象,对该对象添加风险源名称、风险源等级等属性。

城市轨道交通勘测大数据平台及其在正向BIM规划设计中的应用

(9)设计资料文档管理业务模块

针对城市轨道交通多专业资料轨道问题,提供涵盖《北京城市轨道交通资料管理规程》的全部规范标准的成果资料管理系统,支持成果资料协同共享、专家在线审核、消息提醒推送、多版本管理等功能,并且支持将有效数据从文档报告中自动提取入库,实现快速构建地铁工程大数据的有效路径。

城市轨道交通勘测大数据平台及其在正向BIM规划设计中的应用

4 结语

本文基于BIM与GIS技术,搭建城市轨道交通勘测大数据平台,实现整个地铁建设过程中的大数据共享,通过搭建和使用虚拟三维场景,解决了地铁建设中一直存在的信息不对称、沟通效率低、决策效率低等问题。辅助BIM正向设计在地铁规划设计中的应用,为管理者提供对工程质量、进度、安全、成本的全过程精细化管控和决策工具,为城市轨道交通建设提供了新思路、新方案。

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