“GIS+BIM”技术在城市轨道交通保护中的应用

苏 木

中设设计集团股份有限公司，江苏南京 210000

随着城市轨道交通事业的发展、全国运营轨道线路不断增加，城市轨道交通保护工作正越来越成为维护公众生命财产安全的重要环节。目前，城市轨道交通结构及运营安全的保护主要通过在外部建设项目规划、设计、施工三个阶段将已编制完成的方案提交城市轨道交通相关管理部门征求意见来实现，城市轨道交通管理部门对既有方案进行审查并提出修改意见，再由建设单位对各阶段方案进行二次修改后提交城市轨道交通相关管理部门进行备案。由于外部作业方案同时受周边其它城市规划要素影响，且外部作业施工对轨道交通的影响受既有轨道交通结构状态（沉降、差异沉降、水平位移、收敛变形等）、在建轨道交通施工先后时序等影响，目前针对城市轨道交通保护区内外部作业的管理模式存在一定缺陷。为优化现有的城市轨道交通保护区内外部作业管理体系，提高工作效率，本文就GIS+BIM技术在未来轨道交通保护工作中的应用进行探讨展望。

1 国内现状

目前，国内城市轨道交通线路投入运营比较早的几座一线城市都建立了各自的城市轨道交通控制保护区信息管理平台，平台主要依托GIS技术，对地铁控制保护区范围内外部作业项目的地理位置进行标记，并对项目类型、地理位置、项目各阶段方案、实施时间节点等内容进行汇总存储。目前各大城市的城市轨道交通保护工作普遍遵循“先进行各阶段方案设计再进行审查备案、归档汇总记录”的模式进行，程序繁琐，且一旦因轨道交通保护需要需对外部作业方案进行调整，往往导致外部作业项目工期改变和成本增加，从而诱发违规施工等情况。

目前的城市轨道交通保护区内外部作业方案的各阶段方案审查主要依托人工完成。由于外部作业项目往往存在工程种类繁杂、涉及专业多、大型项目建设周期较长的特点，其方案审查人员往往需要具备多学科专业知识，熟练的轨道交通保护区管理从业人员的培养周期较长，且一旦人员调整，会存在周期较长的重点影响类项目监管薄弱的隐患。而国内目前的城市轨道交通发展速度远远超过培养相应轨道交通保护工作人才的速度，很多新建设城市轨道交通线路存在保护区管理空置的情况。人工方案审查由于不同审查人员的技术特长差异，尽管已出台了相对应的城市轨道交通结构安全保护技术规范，也很难确保每一位从业人员能兼顾每项外部作业项目对地铁影响的各个环节。

对于城市轨道交通保护工作而言，最重要的不仅在于把控常规规划、设计、施工这三个阶段的方案是否满足相应的城市轨道交通保护要求，更需要对实际工程实施时是否按照核准的外部作业施工方案进行实施、是否落实了相应的地铁保护措施进行施工阶段的监管。目前国内主要依托安排专门的现场符合性巡查人员对外部作业方案落实情况进行监督管理，通过将现场实际施工方案与城市轨道交通保护区管理部门核准的施工方案进行比对，同时与城市轨道交通结构监测单位、城市轨道交通保护相关执法机构巡查人员协同，确保外部作业对城市轨道交通的影响控制在一定范围内。由于现场符合性巡查人员一般为巡查专员，复核性巡查的启动时间节点一般为外部作业施工方案报城市轨道交通部门备案完成后，因此，巡查专员一般对外部作业方案施工方案报备前的方案审查进度节点不甚熟悉，外部作业施工备案前违规施工情况难以控制。

城市轨道交通的结构的日常维保监测和城市轨道交通保护区内外部作业时对城市轨道交通结构的监测一般由两个独立的工作组完成，在轨道交通结构发生沉降、变形时，如何评价其诱因，需要对两方数据进行比对分析。只有建立起有效的信息互通平台，才能及时对监测数据进行比对分析，准确判断影响城市轨道交通结构安全的外部诱因，采取针对性处置措施，确保结构安全。目前国内由于保护区内外部作业方案审查、日常维保监测、外部作业实施期城市轨道交通结构监测一般由不同的工作组完成，及时信息互通工作存在一定缺陷。

2 城市轨道交通保护区内外部作业类型及影响因素

2.1 城市轨道交通保护区内外部作业常见类型

（1）民用建筑；

（2）市政道路；

（3）桥梁；

（4）市政管线（廊）、箱涵；

（5）既有建筑物改扩建；

（6）其它。

2.2 外部作业对城市轨道交通的影响因素

（1）地下结构施工：如工程桩、围护桩、地下连续墙、钻探、锚杆、锚索、土钉等施工对轨道交通地下结构所在土层的扰动；

（2）地面施工：如施工机械、地上建构筑物的地面附加荷载影响；起重、吊装等对地铁高架结构的碰撞等；施工机械振动影响等；

（3）土方开挖：城市轨道交通保护区内外部作业项目基坑开挖等引起的周边土体扰动；

（4）地下水作业：地下水作业引起的城市轨道交通结构沉降、差异沉降、水平位移、收敛变形等；

（5）其它：爆破作业、次生灾害影响等。

3 GIS+BIM技术应用思路

目前BIM技术在城市轨道交通中主要用于施工管理、后期竣工图整合等，但随着国家对BIM技术的推广，BIM技术必然将渗透到未来的城市轨道交通的各个阶段中，使信息模型同时具备集合规划、设计、施工、运营维保等轨道交通建设工程全寿命信息。

若想将GIS+BIM技术应用到城市轨道交通保护工作中来，首先应对城市轨道交通自身和其保护区内其它建构筑物的信息进行汇总整理。利用BIM技术弥补GIS技术在项目信息模型精度上存在的不足，基于GIS技术对各项目零散的建筑信息模型数据进行整合，然后通过对既有建筑信息模型进行数据分析，获得对后期城市轨道交通保护区范围内外部作业的限界要求、施工期轨道交通监测数据限值、施工期间场地平面布置推荐方案、基坑开挖分区分块施工指导、地下水管控要求等。

根据上述的GIS+BIM技术应用思路，第一步就是对既有城市轨道交通线路进行建筑信息数据录入。数据内容主要包括城市轨道交通线路的竣工信息、运营期实时的运营维保数据等。城市轨道交通线路的竣工数据是对后期城市轨道交通保护区内外部作业项目规划阶段地面和地下建筑退让、设计阶段基坑支护结构选型和降排水方案选择、施工阶段方案编制的重要指导依据，而运营期的监测数据则是外部作业实施期间对地铁进行结构安全监测时地铁结构零状态和监测限值的重要依据。

后期外部作业项目在规划、设计阶段建模时，通过将拟建建筑物的数据信息录入到信息化管理系统平台中，通过计算机将拟建建筑模型数据与已有城市轨道交通、建构筑物、市政管线数据等进行实时汇总分析，获得外部作业项目对城市轨道交通影响的分析结果，通过实时信息互通高效地指导拟建工程设计者建立起满足城市轨道交通保护要求的建筑模型。

GIS与BIM技术的结合不仅适用于已建成的城市轨道交通保护工作，更适用于规划及在建城市轨道交通线路控保护区范围内外部作业与轨道交通之间的施工步序控制。由于BIM技术具备反映城市轨道交通线路实施时间节点的功能，对于城市轨道交通保护区内外部作业而言，尤其是工期临近的市政管线类项目，可通过对管线与城市轨道交通结构相对平纵布置、施工步序统筹规划，避免管线施工的二次开挖、最大程度地降低先建管线的改移成本。

对于城市轨道交通与周边地块联通的通道设计，BIM技术可通过对站内消防、安保布置及客流进行分析，使得通道在满足地铁安保、消防要求的同时，实现地块客流的最大引流。

4 基于GIS+BIM技术的城市轨道交通管理平台建设难点

城市轨道交通的地下车站在城市中往往兼顾地下人防设施的角色，因此，其数据保密要求与一般建筑物有所区别，系统中涉及城市轨道交通地下结构的数据对于不同的系统用户的信息展现程度要求需要进行严格的筛选分级处理。

目前城市轨道交通建筑信息模型的录入主要依托于人工，是一项工作量较为繁重的工程，而且由于周边城市建筑、市政管线实际结构布置情况影响因素较多，各部门信息统筹存在一定的滞后性，城市轨道交通保护区内外部作业施工时，如果造成轨道交通结构周边市政管线损坏（如燃气管线差异沉降导致管线漏气爆炸、给排水管线漏水造成周边土体水土流失等），其诱发的次生灾害对城市轨道交通安全影响也较大。因此，如何实现各部门数据的及时更新和数据互通，也是系统建设难点之一。

由于城市的发展建设是一个有机整体，城市轨道交通保护只是整个城市健康运行的一个环节，仅仅做好城市轨道交通保护对于整个城市良性运行是远远不够的，因此，城市轨道交通保护管理系统平台的建立应由城市规划建设部门主导，确保该系统作为整个城市规划管理中的一部分与其他部门保持良好的数据互通。而一旦引入其它城市规划的环节，其需要统筹考虑的因素将会成倍增长，对于各方面数据的处理就不仅仅停留在保护城市轨道交通结构和运营安全的层面，其最优解不仅是工程技术上的最优解，还需考虑整个城市中社会运行的方方面面，通过博弈取舍，获得最后的答案。

5 结语

随着信息化技术的不断发展，在未来城市轨道交通保护工作中，GIS+BIM技术的应用必然会成为城市轨道交通保护工作的一个主要方向，该技术将极大提高城市轨道交通保护工作的效率，优化城市建设管理系统。本文仅从城市轨道交通管理系统建设思路方面，对GIS+BIM技术在轨道交通保护工作中的应用进行初步探讨。