基于BIM技术的地铁轨行区施工信息化管理系统研究与应用

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基于BIM 技术的地铁轨行区施工信息化管理系统
研究与应用
Research and Application of Construction Information Management System of
Railway Area Based on BIM Technology
张庆广
（中铁二十二局集团第二工程有限公司，北京100041）
ZHANG Qing-guang
(China Railway 22Bureau Group Second Engineering Co.Ltd.,Beijing 100041,China)
【摘要】地铁工程轨行区管理不同于隧道工程施工，其施工区域多处于地下空间且相对密闭，部分区段甚至长达数千米，在此环境
中，民用通信与GPS 信号不稳定，加之地铁轨行区交叉作业多、参建人员复杂，施工管理与协调难度极高。

为保障地铁工程轨行区施工活动顺利进行以及施工安全，论文尝试设计基于BIM 技术的地铁轨行区施工信息化管理系统，以期解决地铁工程轨行区施工中管理范围广、调度难度高、施工区域监控缺失以及安全预警等问题，提升施工管理水平。

【Abstract 】Rail linesubwayproject areaconstruction isdifferent fromcommon tunnelengineeringconstruction,theconstruction areaislocated
in underground space and relatively closed,section or even a few kilometers long,in this environment,the civilian communications and GPS signal is not stable,plus to cross homework more,cooperated-builing railway line area personnel complex,high difficulty of construction managementand coordination.To ensurethesubwayengineering rail lineareaconstruction activitiessmoothlyand construction safety,this paper tries to design railway line area construction information management system based on BIM technology,in order to solve the subway engineering rail line area during the construction of the high difficulty of wide scope of management,scheduling,problems such as lack of monitoring and securitywarningconstruction area,enhance thelevelofconstruction management.
【关键词】BIM 技术；地铁轨行区；信息化系统
【Keywords 】BIM technology;underground rail travelarea;information system 【中图分类号】TP311；U231.7
【文献标志码】A
【文章编号】1007-9467（2022）02-0063-03
【DOI 】10.13616/ki.gcjsysj.2022.02.220
【作者简介】张庆广（1982~），男，河北石家庄人，工程师，从事铁路
及城市轨道交通工程研究。

1引言
由于地铁工程轨行区施工具有一定的特殊性，因此，目前此类工程施工管理主要依赖于项目总调度办公室，主要工作内容包括审核、审批施工计划；下发施工作业令；巡查轨行区各个作业面并整理巡查记录。

这种管理模式主要依赖于人工作业，缺少施工现场视频监控资源，易出现失误，无法对施工活动实施全过程管理、控制施工风险并及时做出预警。

而采用基于BIM 技术的地铁轨行区施工信息化管理系统可有效弥补传统管理模式缺陷，依靠全方位的视频监控，可实现施工全过程管理，提升施工管理水平。

2项目概况
北京市轨道交通17号线轨道专业I 标段安装工程，正线全长16.5km ，均为地下线，跨7站7区间，平均站间距2.6km 。

本标段的主要施工内容为：正线、出入段线及次渠南停车场轨道工程及正线疏散平台安装。

施工中轨行区的规范管理对工程总体进度及施工安全至关重要。

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3基于BIM技术的地铁轨行区施工信息化管理系统设计目标
地铁轨行区施工信息化管理系统主要是解决地铁工程轨行区施工中管理范围广、调度难度高、施工区域监控缺失以及安全预警等问题，系统设计目标主要包括以下方面：1）通过安装在轨行区的通信设备进行信息交流与控制，实时获取进入轨行区的机车和人员位置、速度信息，轨行区人员定位，机车位置及速度信息等。

2）轨行区移动视频监控与BIM信息虚实对应，在施工下料口及铺轨作业面和其他安全隐患较多地区安装固定或移动式査
摄像头，通过网络可实时看现场数据信息。

3）调度命令的实时下达，可有效提高施工效率。

调度人员可通过调度软件下达调度命令，调度命令通过无线传输到工程运输车辆上，司机接到调度命令后在机车显示屏幕上点击签字确认，调度软件接到司机签字确认信息，使得调度命令实现闭环传输下达。

4）根据每日施工计划，将每项施工信息标注在相应施工位置，并在二维地图中同时展示，增强了施工信息展示的直观性，同时，也增强了轨行区车辆运行的安全性。

5）隧道内安装覆盖全隧道的无线网络通信平台，可设置轨行区广播警示系统，通过语音广播和警示提醒警告施工人员，也可根据不同线路的状态和施工情况，对限速地段车辆与车辆，车辆与前方大型物体或小型平板车进行设置，轨道车接近该地段200m时报警装置自动提示司机，能够有效防止轨道车超速和撞车事故。

4基于BIM技术的地铁轨行区施工信息化管理系统方案设计
4.1系统架构
系统以BIM三维模型为基础，根据项目施工管理需求规划设计功能模块、搭建数据模型，要求系统始终保持可扩展状态，以便随时根据施工管理需求进行调整，增加系统功能[1]。

系统按照标准MVC架构设计，主要分为三大模块，分别是数据模块、功能处理模块与功能展示模块，其中，数据模块包括隧道数据模型、车辆数据模型、人员数据模型以及轨道数据模型；功能处理模块主要通过对数据模块提供的基础数据信息进行处理和调用，为管理者提供特定功能；功能展示模块主要是交互层与显示层，在为管理者或调度人员显示各种信息的同时提供即时通信功能。

4.2系统功能设计
4.2.1语音预警
机车出现超速行为、临近施工区段或其他机车时，系统同时向司机与调度室进行语音报警，提示司机注意减速、加强瞭望。

超速报警：列车调度员可根据不同路段的线路质量状况设置机车最高运行速度，当列车运行速度超过该速度时，系统自动向司机和调度室进行报警提示，并将报警数据保存在系统内，以备后查。

接近预警：列车调度员可对影响行车的施工地段和道岔、路口等关键地点进行标注，当机车运行接近标注位置时，系统自动提醒司机和调度室。

临近预警：相同线路上2辆运动机车位置接近0.5~2km 时（数据视实际情况可设置），系统向司机语音报警，同时向调度报警，并记录报警发生的时间、车辆、里程、速度等信息。

4.2.2即时通信
在施工期间，系统正常运行状态下，前端机车司机、相关授权人员可通过呼叫终端和调度室进行直接沟通；调度室可从大屏幕上看到施工现场具体情况，也可直接语音沟通。

4.2.3调度命令
调度员可通过本系统拟写行车（施工）调度命令，并向司机、车长及相关人员（如扳道员）通过无线传输下达并进行语音提示，司机通过触摸屏系统点击“确认”并签字后，“命令已接收”的信息将自动反馈至调度室，司机未确认前，语音提示不间断[2]。

4.2.4列车运行图
调度员可使用该功能进行列车计划运行图的绘制，列车运行图采用专用的十分格；计算机可自动生成列车实时运行轨迹，列车区间运行所在线别可用不同颜色区分。

4.2.5定位
隧道人员定位管理系统集隧道施工人员具体位置定位、人员考勤日常管理等功能于一体，使管理人员能够随时掌握施工现场人员、机具的分布状况，便于进行更加合理的调度管理以及安全监控管理。

发生事故时，救援人员可根据该系统提供的数据迅速了解有关人员位置情况，及时采取相应救援措
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施，提高应急救援工作效率。

人员和机具定位功能利用安装在安全帽上的电子芯片标签来实现，可确定人员和机具的单位、所处位置、进场时间等。

4.2.6施工调度
调度员通过施工计划，针对轨行区影响行车的交叉施工，在施工区段设置和标注施工防护区域，在二维地图展示施工区域信息，当施工列车运行至施工区域附近时，系统自动向调度室和轨道车司机报警，提示司机注意行车安全。

司机可通过车载系统屏幕了解行车范围内所有施工分布状况及防护区段建立情况，可极大地提高行车交叉施工的安全性。

4.2.7视频领航、实时监控
视频领航系统：通过安装在轨道车、平板车上的车载设备，将采集的视频信息实时传输至机车车载终端显示屏上，司机通过观察，并配合车长的语音指示，降低施工风险，提高工作效率。

在铺轨基地、轨排井、下料口、隧道内、铺轨龙门吊和轨道车等关键点位置设置视频监控，并将信号实时传输至调度室内，掌握现场发生情况。

4.3系统软件设计
4.3.1PC端
PC端软件的基本功能包括轨行区虚拟地图、机车定位及速度实时监控、视频监控、视频回放、调度命令发送、列车运行图、机车限速管理、机车接近报警、线路巡检、工程进度、施工计划上报、统计分析等。

4.3.2移动端
移动端软件的基本功能包括行车监控、视频监控、人员定位、调度命令、报警记录、线路巡检、施工计划上报、施工请销点、工程进度、值班查询等。

移动端具备的优点：方便管理人员随时随地监管行车状况，快捷了解施工现场情况，及时应对突发情况，快捷申报施工计划，提高移动办公效率，全员参与施工安全隐患上报，杜绝重大事故发生。

4.4系统硬件设计
4.4.1调度室
根据调度指挥需求，提高调度指挥效率及处理突发事件的工作效率，更准确及时地进行各种资源调配，增强综合协调的指挥能力，通过信息显示交流平台，实现对调度所管辖范围内的统一调度指挥、综合监控、管理与协调。

项目设置总调度室，在3个铺轨基地设置分调度室，硬件配置见表1。

4.4.2现场视频监控
对铺轨基地作业区入口、轨排加工区、下料口、龙门吊、围挡等多区域全天候、多方位的进行实时监控录像，本地高清视频存储，可随时调出视频回放记录，方便管理人员全局把握情况，了解生产、施工情况。

硬件配置见表2。

表1调度室硬件配置表
设备名称数量备注
铝型材支架1个定制
电脑1台CPU i7/SSD256G/8G内存/显卡55寸高清屏幕4块拼接缝不超过3.5mm
电脑显示器1台71.88cm（28.3英寸）
开关1个
无线键鼠1套
辅材1
表2现场视频监控硬件配置表
设备名称数量备注
枪机摄像头12个200万像素高清6mm镜头交换机1台根据现场需求，可与调度室共用硬盘录像机1台根据现场需求，可与调度室共用硬盘1个根据现场需求
无线数据传输1
监控立杆1个
摄像头支架10个
电源箱1个
开关1个
电源适配器10个室外专用型
4.4.3车站及视频监控
每个车站设4个监控点位，覆盖隧道入口及车站的轨行区，全天候进行实时监控录像，本地高清视频存储，利用隧道无线网上传至调度室，调度室可随时调出视频回放记录。

4.4.4轨行区视频监控
隧道内每隔500m安装2个监控点位，在曲线地段根据需要适当加密，覆盖轨行区，全天候进行实时监控录像，本地高清视频存储，利用隧道无线网上传调度室，调度室可随时调出视频回放记录。

（下转第86页
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面材料。

5）定义荷载和荷载组合。

包括移动荷载、恒荷载、风荷载等。

6）定义边界条件。

根据实际情况将约束台架柱底3个方向的平动自由度定义为：X向平行于纸面水平向右为正：Y向平行于纸面水平向上为正；Z向垂直于纸面向外为正。

7）定义施工阶段。

根据各工况，激活和钝化结构组、边界组和荷载组。

8）运行结构分析。

5BIM技术、Midas软件与传统手算方法的对比分析
1）运用BIM技术可助力工程项目数字化变革，即通过虚拟建模和真实地貌相辅相成，从而实现工程实体的数字化和环境要素的可视化。

2）BIM技术可视化模型将传统的二维线条式的钢箱梁结构，形成了一种三维的立体实物图，更直观、更真实。

3）BIM技术能够从根本上改变依靠符号文字形式图纸进行项目施工管理的方式，从而在建设项目全生命周期内实现提高工作效率和质量、减少错误和风险的目标。

4）相对于传统的手算，Midas软件计算精度更高，可以很好地辅助钢箱梁施工过程的控制管理，使施工过程可借助计算结果，做到有的放矢，抓重点、抓关键，与此同时，为结构优化提供了依据。

5）Midas软件计算过程更为细化，且计算结果能够可视化。

但传统手算方法往往更注重结构的使用功能，忽略了结构施工过程，这为后续结构施工埋下了较大的安全隐患。

6）Midas软件仅通过建立模型以及输入各种荷载和边界条件就可以得到各种荷载下的结构受力计算结果，大幅度地减少了重复的计算工作，从而提高了效率。

6结语
BIM技术的出现引发了工程建设领域的第二次数字革命，不仅带来现有技术的进步与更新换代，也将影响生产组织模式与管理模式的变革，这将推动人们思维模式的转变。

施工组织就是对施工活动实行科学管理的重要手段，通过BIM技术，可以对施工重点和难点进行可见性模拟，提高工程的可造性。

Midas软件以往多运用于永久结构设计方面，而在临时结构计算方面运用较少，如果施工（监理）单位的人员熟练掌握并运用该软件，将使结构计算精度大大提高，而且有利于施工过程的安全控制；同时，临时结构设计也将更加优化，从而大大提高项目的经济效益。

【参考文献】
[1]顾安邦，向中富.桥梁工程：下册[M].北京：人民交通出版社，2000.
【收稿日期】2021-10-26
表1E匝道第2联钢箱梁分段参数表
节段编号长度/m宽度/m高度/m节段质量/t 节段118.5 4.75 1.749.25
节段218.5 4.25 1.744.07
节段317.5 4.75 1.746.59节段417.5 4.25 1.741.69
（上接第65页）
4.4.5现场通信网络
为满足轨行区通讯需求，对轨行区内进行无线网络全覆盖，并把轨道车、摄像头、铺轨龙门吊、网络对讲机、人员定位等数据呈现在调度系统上，结合铺轨基地位置分布，分别需要在各铺轨基地的地面接入100~200m商用光纤宽带引入地下隧道内，通过铺轨基地站台通道把左右线用光纤连接为一个局域网。

隧道内每隔一定距离安装1个无线基站箱，使无线信号覆盖整个隧道，并将数据情况通过无线基站箱连接调度室广域网上传到服务器，在调度系统上显示信号信息。

5结语
综上所述，基于BIM技术的地铁工程轨行区施工信息化管理系统能够有效弥补传统施工管理模式缺陷，依靠系统可实现对施工活动的全过程、全方位监控与管理，同时，能够高效协调人员与交叉作业，推动施工管理向智慧化、信息化发展。