王芬旗,徐狄军,周鑫(宁波市测绘设计研究,浙江宁波 315042)

RIM在宁波地铁站工程建设中的应用

王芬旗∗,徐狄军,周鑫
(宁波市测绘设计研究,浙江宁波 315042)

摘 要:以宁波轨道交通工程设计和施工建设阶段为例,阐述了RIM以测绘为核心的理论成果,介绍了轨道交通信息模型和激光扫描结合应用的情况,介绍了RIM数据制作过程及其在设计阶段的应用,介绍了激光扫描数据的采集流程及其与RIM数据的拟合技术,同时介绍了设计和施工协调技术。

关键词:轨道交通信息模型;RIM;全生命周期管理;激光扫描

1　引 言

据统计,目前中国已有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1 708.4 km,地铁站点1 131个,据国家发改委消息,2015 年,全国地铁及轻轨运营里程将达到3 000余千米。宁波、南京、武汉等城市也在动工兴建或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,我们注意到地铁车站管网建设是整个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。

地铁施工阶段,在传统的管网施工模式是按照蓝图施工,管线的施工、安装顺序在图纸得不到反映,而且一条管线在现场安装完成后也不可以随意改动,发生少许偏差还可以通过调整其他管线的安装,如果发生较大偏差,将会造成不可估量的后果,造成大量的时间和资源的损失。据调查,一个地铁车站管网安装经济损失就高达200万元。在管网施工过程中无法即时查询设计信息,会造成了大量管网施工返工、重复施工和资源浪费等问题。在设计阶段的图纸还存在许多问题,例如在施工阶段发现管线之间发生冲突,先把问题反馈给设计人员,由设计人员出具图纸变更,再按图施工,极大地影响了施工时间,造成了窝工、返工、工期延误等问题。

2　以测绘技术为核心的RIM理论

目前三维仿真、GIS、激光扫描等技术在轨道交通领域的应用已经初见成果,然而,已有的系统都是针对一些特定的需求而开发的,它们在城市轨道交通的某一方面的应用取得了一定的效果,例如线网规划、施工监测等;但未能将这些技术在轨道交通项目全生命期内进行集成。

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,故提出RIM理论,即轨道交通信息模型的全生命周期管理(Rail transportation Information model lifecycle Management,RIM),是指项目全生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。

以三维仿真技术和GIS为核心,依托ERP和云技术等建立起“RIM平台”,将设计协同管理、施工精细管理和运营智能管理等服务部署在云端。通过RIM技术,将设计、施工和运营等多源异构数据进行超细粒度分解,用于多专业协同作业,方便信息流转、管理和调度。

3　施工阶段RIM和激光扫描结合应用

在已取得成果的基础上,利用激光扫描方式协同整个轨道交通施工,项目各参与方,就需要一个强大的信息系统作为支撑。因此,轨道交通施工信息化的新阶段就是实时获取施工信息,并及时反馈至设计、施工、监理等等,提供信息资源的集成、共享、交互。

三维施工监测的主要研究在建筑施工阶段,我们通过三维激光扫描等技术扫描轨道施工站点,获取施工现场的施工信息,并快速获取施工现场的点云模型,利用自动化生成的激光点云数据和设计阶段信息模型进行对比查看和拟合,并由检测软件自动校核,生成精度误差图谱,由此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。

3.1数据深化

在施工阶段,要进行管线安装施工监测,需要对未完善的设计阶段模型进行补充完善和细化,包括管线阀门、机电设备、支吊架、吊顶和孔洞等,需对模型的制作精度进行细致归类,增加轨道站点信息模型数据制作种类,并对每一个图层进行建模。如图1所示:

图1　轨道交通信息模型

3.2施工数据采集

在站点主体施工结束,全程跟踪站点的管线施工,在管线施工阶段,设若干激光扫描测站,最大限度扫描已施工部分建筑主体和管线。工程测量由控制网测量和施工过程控制测量两大部分组成,它们之间相互关系是:控制网测量是工程施工的先导,原区域已建立的平面和高程控制网,当满足施工测量技术要求时,应予利用。获取管件的激光点云数据,具体的操作步骤如下:

(1)利用三维激光扫描仪和全站仪分别对轨道交通站点施工数据进行数据采集,架站扫描的数据要求能够准确并完整地获取所有施工的管线。

(2)在车站现场布置好三维激光扫描仪,完成车站测站布设、后视点坐标扫描、测站坐标扫描、车站场景粗扫描、场景精扫描;三维激光扫描仪获取车站点云数据和车站影像数据,全站仪获取车站参考点云数据。

图2　激光扫描数据

3.3点云数据和模型的拟合

根据快速获取的站点的点云数据,直接导入到软件中,进行配准,配准过程中应保证模型不损失精度,得到三维矢量模型,并赋予必要的建筑信息。如图3所示:

图3　激光点云数据和轨道信息模型通过测绘数据配准

不同区域按柱体、旋转体等特征划分,然后以不同的CAD特征进行拟合并修剪为最终三维实体模型。每次拟合完成时,将显示被处理的点云的实时偏差分析结果以辅助做出决策,施工数据模型能更精确。将处理后的点云数据直接导入,直接与设计模型进行精度对比。通过计算出实测值和设计值的标准差,得出实测数据的离散程度,从而判断管线施工工程总体质量。

3.4设计施工协调

将对点云数据和信息模型进行精确匹配和对应,最后计算出点云数据与信息模型的偏差并用色谱图显示,使检测结果可视化。同时可以挑选特征点,列出对比分析报告,包含偏差、公差、偏差半径、参考差等项目。由此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。将分析结果反馈给建设单位、设计单位和施工单位等。设计单位和施工单位根据检测报告判断是否修改设计或重新施工。管线的设计和施工协调过程与主体结构的设计和施工协调过程整体流程基本相同。如图4所示:

图4　设计和施工协调

4　结 语

轨道交通车站建设中管理内容千头万绪,管理过程中许多因素互相制约、相互关联,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。基于轨道信息模型可将管线进行模拟施工安装,可以将复杂工程可视化,使各专业协同施工,对于一些施工难的节点,可查看三维管线综合模型。而激光扫描技术作为连接施工和设计的可靠纽带,可以有效获取站点的现场施工信息,与轨道交通信息模型进行分析比对,完成站点的三维施工监测,可以有效避免施工误差和施工返工,提高施工效率。

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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

文章编号:1672-8262(2015)01-130-03中图分类号:P258,P234.4

文献标识码:A

收稿日期:∗2014—08—01

作者简介:王芬旗(1984—),男,工程师,主要从事BIM、GIS、三维仿真技术及激光扫描应用研究工作。

基金项目:宁波市重大(重点)共性关键技术难题项目(11C26113311612),本项目获2014年宁波市科技进步二等奖。