bim技術(shù)在地鐵中的運用

1、 基于BIM技術(shù)框架以管理地鐵站運營 2015年12月 Dec,2015 李妍(1992)，女，碩士研究生，主要從事鐵道方向的研究。E-mail：1042101463?；贐IMM技術(shù)框框架以管管理地鐵鐵站運營營李 妍 (重慶交通通大學土土木工程程學院，重重慶 44041100；)摘要：從大大量乘客客需要和和能源消消耗以及及污染物物排放量量等方面面考慮，快快速公交交系統(tǒng)與與其他交交通方式式相比，被被普遍認認為是一一種環(huán)保保的可持持續(xù)發(fā)展展的交通通方式。本本文主要要介紹了了以BIM為基礎(chǔ)礎(chǔ)的地鐵鐵站模型型的構(gòu)建建、地鐵鐵站內(nèi)環(huán)環(huán)境質(zhì)量量的監(jiān)測測、維護護排序系系統(tǒng)的內(nèi)內(nèi)容。所所開發(fā)的的技術(shù)框框架能

2、夠夠監(jiān)測地地鐵站的的室內(nèi)溫溫度和懸懸浮細小小顆粒物物（PM）的濃濃度水平平。通過過研究表表明基于于BIM為基礎(chǔ)礎(chǔ)的地鐵鐵站能夠夠很好地地監(jiān)測地地鐵站內(nèi)內(nèi)的環(huán)境境等各項項指標，指指導地鐵鐵的穩(wěn)定定運行。關(guān)鍵詞：信信息模型型；無線傳傳感器網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)； 地鐵站站 REVIEEW SSUGGGESTTIONN TOO TEECHNNICAAL PPAPEERLI Yaan(Chonngqiing jiaaotoong uniiverrsitty，Choongqqingg 40441000，Chiina；)Abstrractt：Thee BRRT ssysttem commparred witth ooth

3、eer mmodees oof ttrannspoort, iss geenerrallly cconssideeredd too bee ann ennvirronmmenttallly ffrieendlly mmodee off trranssporrt ffor susstaiinabble devveloopmeent，connsidderiing froom LLargge nnumbberss off paasseengeers neeeds andd ennerggy cconssumpptioon aand pollluttantt emmisssionns .Thiis p

4、papeer ddesccribbes thee coonsttrucctioon tto BBIM-bassed moddel of thee suubwaay sstattionn, tthe subbwayy sttatiion envviroonmeentaal qquallityy moonittoriing, maainttenaancee, cconttentt soortiing sysstemm.Thhe ddeveelopped tecchnoologgy fframmewoork cann moonittor thee leevells oof iindooor temm

5、perratuure andd suuspeendeed ffinee paartiicullatee maatteer (PM) suubwaay sstattionn.Thhe sstuddy sshowws tthatt thhe mmetrro sstattionn byy BIIM-bbaseed sstuddiess caan bbe aa goood envviroonmeent witthinn moonittor inddicaatorrs,gguiddingg thhe sstabble opeerattionn off thhe ssubwway.Key wwordds：

6、infoormaatioon mmodeelinng；wirreleess sennsorr neetwoorkss；subbwayy sttatiion1 引 言人們之前就就已經(jīng)為資產(chǎn)管管理計劃劃實施做做出了很很多的努努力和嘗嘗試。Semmaann和Zayyed 1考慮不不同的功功能狀況況的標準準，提出出了地鐵鐵站隨機機診斷模模型。這這種模型型具有能夠夠識別功功能狀況況的標準準，從而而建立分分級結(jié)構(gòu)構(gòu)標準和和權(quán)衡評估估標準。運用層層次分析析法確定定權(quán)衡這這些標準準的權(quán)重重。然后,使用改改進評價價的專用用排序組組織方法法（PROOMETTHEEE），找出出多標準準條件下下的性能能指標。Hegg

7、azyy7已經(jīng)開開發(fā)出一一種可視視化的，且且能夠考考慮環(huán)境境、經(jīng)濟濟和社會會問題的的資產(chǎn)管管理系統(tǒng)統(tǒng)。該系統(tǒng)涉涉及建筑筑資金續(xù)續(xù)借，由由五大部部分組成成，分別別是建筑筑詳細目目錄、設(shè)備狀狀態(tài)評估估、檢查圖圖標、投資最最優(yōu)化和和GIS報告。這這個系統(tǒng)統(tǒng)有以下下幾個特特點：（1）檢查人員可以用用一個超超便攜的的個人電電腦(UMPPC)和和建筑物物的電子平平面圖去去完成檢檢查工作作；（22）這個個概算優(yōu)優(yōu)化模型型被用于于對幾個個需要修修復的措措施進行行有限地地預算分分配，以以達到更更高的可可持續(xù)的的性能指指數(shù)。為為了在不不同的組組成部分分之間分配配有限的的預算，可可以用一一個指標標以確定定各組成成部

8、分的的優(yōu)先級級。為了將不同同類型的的資產(chǎn)諸諸如地鐵鐵站、排排水系統(tǒng)統(tǒng)、橋梁梁和公路等維持持在一個個可以被被接受的的條件下下，人們們已經(jīng)做做出了許多的嘗試。這這些嘗試試使他們們的功能能和用于于系統(tǒng)研研發(fā)的的的工具均均發(fā)生了了變化。不不管資產(chǎn)產(chǎn)的類型型，只要要確定每每個組成成部分的的重要性性及其優(yōu)優(yōu)先維護護決策，這這對任何何資產(chǎn)管管理系統(tǒng)統(tǒng)的開發(fā)都是是至關(guān)重重要的。這種優(yōu)先級的方法可以是基于啟發(fā)式的規(guī)則或者個人經(jīng)驗3。Chassiako等其他人4開發(fā)了一個橋梁管理系統(tǒng),用于規(guī)劃混凝土橋梁的維護工作，通過一種得分模型以確定維護措施的優(yōu)先級。建筑信息模型(BIM)在建筑業(yè)被公認為是一個巨大的進步。BI

9、M技術(shù)是指運用數(shù)字信息與計算機技術(shù)的結(jié)合，以三維立體的方式來進行項目設(shè)計并指導施工、維護運營的新技術(shù)。BIM工具可以幫助它的用戶使他們的設(shè)施形象化，估計不同方案的成本，共享信息以及創(chuàng)建外接的自定義應用程序。建筑設(shè)施的仿真技術(shù)可以用于BIM5-8的研發(fā)。包含在基于BIM模型之內(nèi)的信息對一個設(shè)施管理者來說是有極大的幫助的。BIM工作文件可以通過URL鏈接和外部或內(nèi)部服務(wù)器，以收納更多有用的信息。2 基于BBIM技技術(shù)的地地鐵站模模型資產(chǎn)或設(shè)備備管理人人員依靠靠CAD圖紙和可可以寫入入格式的的數(shù)據(jù)，來收集有關(guān)于資產(chǎn)或設(shè)備的有用信息。當建設(shè)項目遇到的突發(fā)狀況時，不依賴于設(shè)計圖紙和規(guī)范是很重要的。隨著B

10、IM技術(shù)的出現(xiàn)，項目建設(shè)正處于一個高水平的準確性的且不同行業(yè)之間有很緊密的溝通效率的狀況。資產(chǎn)管理人員可以使用基于BIM技術(shù)模型來識別建筑物的不同組件，而且在施工期間，通過嵌入的信息模型以識別建筑物的的歷史9。使用BIM軟件所建立詳細的模型被用于定義建筑物的不同屬性和組件，并將其分為幾個大類別：結(jié)構(gòu)、建筑、機械和電氣。每個組件或?qū)傩钥梢愿鶕?jù)它的類型與其屬性信息聯(lián)系起來，例如：一個結(jié)構(gòu)單元可以與它的信息如材料，建設(shè)年限、建筑用途，維護或修復所持續(xù)的時間以及先前缺陷等等10。另外，資產(chǎn)管理人員將精心設(shè)計如何將不同屬性和組件與有用的信息聯(lián)系起來，機械組件可以與這些信息如建造者信息，模型ID編號、安裝

11、日期、能源消耗和先前維護或修復措施聯(lián)系起來。地鐵站的每個組件會影響整個地鐵的服務(wù)水平，因此，對于一個資產(chǎn)管理人員來說，知道每個組件是如何影響地鐵車站的服務(wù)水平的是相當有用的。資產(chǎn)管理人員能夠指定不同組件的權(quán)重，這樣能夠獲取每個組件對整個地鐵的服務(wù)水平的影響。通常，在地鐵車站設(shè)備中特定的組件都被記錄在文件之中保存下來。由于地下施施工空間間有限，而而每一個個工序的的實施都都要有足足夠的施施工空間間，施工工方可以以利用BIM技術(shù)進進行模擬擬、協(xié)調(diào)調(diào)各專業(yè)業(yè)施工，確確定最佳佳的施工工工序、最最優(yōu)的機機械行進進路線和和人員活活動范圍圍，避免免出現(xiàn)各各專業(yè)施施工混亂亂的現(xiàn)象象111。3 BIMM應用于于監(jiān)

12、測地鐵鐵站內(nèi)環(huán)環(huán)境質(zhì)量量基于BIMM的無線線傳感器器網(wǎng)絡(luò)系系統(tǒng)，能夠在基于BIIM技術(shù)術(shù)模型和和在一個個地鐵站站內(nèi)安裝裝不同的的傳感器器的條件件下建立立一個通通信通道道。該系統(tǒng)統(tǒng)由兩個個主要的的組成部分分，第一一部分是基基于BIIM技術(shù)術(shù)的地鐵鐵站模型型，而第二二部分就就是一組組路由器器節(jié)點12。此模型顯顯示不同同的構(gòu)件件和在地鐵站站以及每一一個特定定的空間間下所處處的等級級。在受空空間約束束的情形形下基于于BIM技術(shù)模模型內(nèi)的的無線傳傳感器網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)所收收集的數(shù)數(shù)據(jù)存儲儲起來。熱熱舒適監(jiān)監(jiān)控器有有以下幾幾個參數(shù)數(shù)：室內(nèi)內(nèi)外溫度度、濕度度、舒適適溫度和和最新更更新的日期。溫溫度參數(shù)數(shù)是根據(jù)據(jù)熱舒適

13、適監(jiān)控器器室外具具體位置置變化的的，而無無論它是是室內(nèi)溫溫度或室室外溫度度。舒適適溫度參參數(shù)是表表明大多多數(shù)乘客客都滿意意的大氣溫溫度。熱舒適溫度度的計算算方法是是根據(jù)如如下等式式122。 （1） 這這里是基于平平均室外外溫度的的中性溫溫度，是室外大氣溫度度。最后后,當信息輸出出到BIM模型之后后，最新新的更新新參數(shù)就就會顯示示最新的的日期。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)包括兩種類型的布置點，即路由器布置點和接收器布置點。微型控制器包含了一個用來存儲代碼的儲存空間。這些代碼負責監(jiān)控路由器節(jié)點的動態(tài)以及連接到路由器節(jié)點的傳感器的動態(tài)。DHT11的數(shù)碼溫濕度傳感器模塊就是被用來測量溫度和濕度水平的。上述傳感器所測

14、量的精度分別是：溫度為+或2.0C和相對濕度為+或5%。這些數(shù)據(jù)可以從路由器節(jié)點傳輸?shù)浇邮掌鞴?jié)點，并且接收器的節(jié)點又能夠?qū)⑦@些數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C中13。地鐵車站的的地下開開挖深度度超過在在平臺層層面以下下十米之多多，這使使得站臺臺層的溫溫度高于于室外溫溫度。此此外，由于在地地鐵站內(nèi)內(nèi)大量的的乘客和和列車的的移動都將將額外的的熱量。PM有兩個個主要的的來源，即即一是戶戶外環(huán)境境的PM進入到到地鐵站站，二是是在地鐵鐵站內(nèi)由由于列車車的剎車車過程中而而產(chǎn)生PPM114。由由于剎車車系統(tǒng)的的效率提提高，使使得地鐵鐵站內(nèi)的PM濃度度減少，反之亦亦然。4 BIMM應用于于地鐵站站維護排排序系統(tǒng)統(tǒng) BBIM在

15、快速交交通網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的運用用有助于于快速識別別網(wǎng)絡(luò)中中的不同組成成部分。快快速交通通網(wǎng)絡(luò)由由幾條交換線線路組成成，交換換線路的的重要性性程度是是各不相同的，它它主要取取決于幾幾個關(guān)鍵鍵因素。使使用這個個特定線線路的乘乘客數(shù)量量將使這這一線路路變得重重要或次次重要。線線路的服務(wù)位置置（如文化化、旅游游、教育育等方面面）是線線路重要要性的另另一個決決定因素素，這些些理論也也同樣適適用于地地鐵車站站155?；贐IM系統(tǒng)關(guān)關(guān)于每個個地鐵站站內(nèi)的組組成部分分，每個個部分的重重要性取取決于它它所提供得適當?shù)牡姆?wù)水水平的作作用大小小。一些些組件如如結(jié)構(gòu)單單元和通通風系統(tǒng)統(tǒng)等對提供服服務(wù)而言言是必不不可少的的

16、，而其其他組件件如建筑裝飾飾的構(gòu)件件對提供供服務(wù)而而言就不不是必不不可少的的。在不不同的組組件上的的資金分分配是基基于BIIM系統(tǒng)資資產(chǎn)的物物理性和它的的重要性性所確定定的116。該研發(fā)發(fā)系統(tǒng)的的主要作作用是使使用Simmos的的等級排排序法，在在基于BIIM地鐵鐵站資產(chǎn)產(chǎn)管理人人員個人人偏好的的基礎(chǔ)上上的整個個網(wǎng)絡(luò)中中確定所有有組件的的維護優(yōu)優(yōu)先指數(shù)數(shù)。等級級排序法法是Simmos提出來的的，并可可以適應應用于軟軟件形式式?；贐IM系統(tǒng)研研發(fā)的系系統(tǒng)地鐵鐵站資產(chǎn)產(chǎn)人員能能夠?qū)⒋虼蛲ňW(wǎng)絡(luò)絡(luò)中的每每一條線線路的屬屬性從最最不重要到到最重要要的順序序排序。這些屬屬性是為為用戶而而被列出出來的，用

17、用以代替替卡片。用用戶可以以直接指指定一個個數(shù)值，而不是是擺置卡片片以表達達他們基基于重要要性的排排序。在一一些情況況下，用戶可可能會看看到一些些具有同等重重要程度度的標準準，這些標標準將被被指定相同的的數(shù)值?；贐IM管理系統(tǒng)，用戶根據(jù)前面提到的四個層次指定排名順序，然后由系統(tǒng)計算處每條地鐵線路、地鐵站、各學科以及各組件的標準化重要性權(quán)重17-18。 根根據(jù)BIM的管理理方式，每個地鐵站的重要性權(quán)重是綜合考慮同一條線路中其他地鐵站進行計算的，這些也被稱為局部權(quán)重。之后，全局重要性權(quán)重也就被計算出來，這個代表著在整個地鐵站網(wǎng)絡(luò)中，與之相關(guān)的所有其他地鐵站的重要性權(quán)重。局部和全局重要性權(quán)重對于不

18、同的管理水平來說，都是非常適用的。如果在地鐵線路上分配資金，那么在決策過程中就會使用局部權(quán)重，如果是在整個地鐵網(wǎng)絡(luò)上分配資金，在決策過程中就會使用全局權(quán)重。BIM系統(tǒng)可以使地鐵站資產(chǎn)管理人員根據(jù)幾個因素，在不同的地鐵站確定每個組件的優(yōu)先指數(shù)。通過研究四個Cairo Metro地鐵資產(chǎn)管理公司，發(fā)現(xiàn)了確定地鐵線路重要性的三個主導因素的特性，即線路平均壽命，服務(wù)位置的重要性和乘客的平均數(shù)量19。鑒于此，對地鐵站的重要性影響的六種屬性為：每天乘客數(shù)量，地鐵站的工期，上一次全面修復的的時間，無論是地面或地下車站的類型，以及該地鐵車站是否是一個交換站。地鐵站建造階段持續(xù)到成整條地鐵線路的完成，相應的地鐵

19、線路的平均工期也作為一個重要的屬性。首先，地鐵站資產(chǎn)管理人員將地鐵線和地鐵站的屬性進行排序。然后，屬性排序就可以用來計算每個屬性的重要性的權(quán)重。使用重要性的權(quán)重和屬性值，計算出每條地鐵線路和地鐵站優(yōu)先指數(shù)。值得注意的是，基于BIM系統(tǒng)，各屬性的數(shù)值大小被轉(zhuǎn)換為百分比的形式，進行這種轉(zhuǎn)換是為了防止優(yōu)先級指數(shù)不合乎實際和傾向于某種具體的屬性值20。5 BIIM技術(shù)術(shù)在地鐵鐵施工方方面的應應用1.在地鐵鐵施工時時，應用用BIM對施工工的空間間進行管管控。在在地鐵的的施工時時，需求求，位置置，時間間是空間間管控必必須要考考慮的三三個方面面。通過過BIM可以使使得施工工的空間間更加信信息化，可可視化。通

20、通過BIM模型，可可以使得得空間的的位置可可視化，有有效的解解決動態(tài)態(tài)過程中中的問題題。因其其可視化化的三圍圍動態(tài)模模型，可可以極大大的避免免施工時時的交替替進行的的繁瑣程程序，進進而大大大的提升升空間的的利用率率，提升升施工作作業(yè)的效效率，降降低施工工的成本本，同時時對安全全事故的的降低也也大有裨裨益。2.在地鐵鐵施工時時，應用用BIM對施工工安全進進行管控控。在地地鐵的施施工時，通通過事先先建立的的三維模模型，清清楚的對對施工空空間，安安全問題題進行檢檢查。BIM的模型型信息可可以明確確的表達達信息的的細致模模量，從從而提升升了信息息的利用用率，有有效的避避免了信信息的碎碎片化。3.在地鐵

21、鐵施工時時，應用用BIM對施工工空間沖沖突進行行檢查。機機械的施施工作業(yè)業(yè)可能會會產(chǎn)生沖沖突，例例如一個個座吊可可能會和和一個機機械的手手臂可能能在空間間上面產(chǎn)產(chǎn)生沖突突，通過過BIM建立動動態(tài)的施施工模型型，可以以方便快快捷的找找出實際際中所存存在的問問題，及及時有效效的解決決所存在在的潛在在問題，對對于經(jīng)濟濟和安全全也是一一種有力力的保障障。BIM可以將將施工的的空間問問題及資資源嚴格格的進行行管控，極極大地避避免了施施工時候候安全和和沖突的的發(fā)生。6 BIIM用于于地鐵施施工空間間突擊檢檢查 對對于地鐵鐵建設(shè)工工程來說說，空間間不是無無限的，而而是有限限的，所所以在工工程建設(shè)設(shè)過程中中，

22、設(shè)備備摩擦、空空間沖突突是導致致生產(chǎn)效效率低下下的主要要原因之之一，還還可能引引發(fā)安全全事故。每每一個工工序在進進行的時時候必須須要有足足夠的空空間來進進行活動動。比如如機械臂臂長的旋旋轉(zhuǎn)半徑，施工人人員的活活動半徑徑，如果果兩者作作業(yè)時在在空間上上產(chǎn)生了了沖突，摩摩擦，就就容易導導致效率率低下，人人員傷害害，財產(chǎn)產(chǎn)損失等等后果。所所以在開開工之前前就要用用BIM進行動動態(tài)施工工模擬，用用來找出出可能存存在的間間題，用用來尋找找最優(yōu)機機械的行行進路線線和人員員活動的的范圍，大大大減少少了損失失和人員員傷害發(fā)發(fā)生的可可能性。在在進行空空間沖突突檢測之之前，需需要對每每一構(gòu)件件和每一一工序占占用的

23、空空間進行行描述，利利用邊界界法描述述BIM的實體體外形。此此外，對對于一些些特別的的實體，就就不能簡簡單的用用外形來來描述其其占用的的空間情情況。機機械運輸輸作業(yè)的的行為主要表現(xiàn)在在其旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)及前進進，進行行施工模模擬的時時候機械械活動模模型應該該跟著施施工機械械一起運運動，然然后查找找出周邊邊可能發(fā)發(fā)生的所所有碰撞撞可能。7 結(jié) 論基于BIMM模型的PM濃度度和無線線傳感器器網(wǎng)絡(luò)的的數(shù)據(jù)整整合，使使地鐵站站工作人人員能夠夠直接讀讀出地鐵鐵站內(nèi)不不同位置置的PM濃度和和熱舒適適水平等等。本研研究中所所進行的的測量調(diào)調(diào)查表明明，在戶外外環(huán)境下下的PMM濃度取決決于許多多因素如如交通污污染和一些工

24、業(yè)業(yè)生產(chǎn)中中所存在在的污染染。該研發(fā)發(fā)的等級級排序系系統(tǒng)和大大多數(shù)的的地鐵網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)一樣樣龐大而而且復雜，但但是它在在優(yōu)先維維護措施施方面可可能會更更有效率。參考文獻(Reffereencees)：1 NN. SSemaaan, T. Zaayedd, AA sttochhasttic diaagnoostiic mmodeel ffor subbwayy sttatiionss, JJ. TTunnn.Unnderrgr. Sppacee Teechnnol. 255 (11) (20110) 3241.2 TT. Heggazyy，Vissuall Asssett Maanaggemeent

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