【BIM项目案例】京张城际铁路BIM环保管理系统

随着众多客运专线投入运营，我国高铁建设实现了跨越式发展。同时，人们对高铁设计、施工及运营过程中的环保问题越发重视。为把对环境的影响减小到最低，应充分运用新技术对环境采取必要的防护措施。

京张城际铁路起自北京北，抵至河北张家口，全线长约174km，2016年上半年开工，2019年底建成。京张城际铁路将成为世界上第一条设计时速350km有砟轨道高速铁路，也是世界上第一条设计时速350km的高寒、大风沙高速铁路。京张铁路不仅有力保障2022冬奥会举办，还带动北京科技、金融和人才优势与张家口环境资源优势互补，促进京张联动发展。

冬奥之都——张家口

京张城际铁路在解决北京西北部运输问题的同时，需要做到环境问题可预测、可感知、可分析、可控制，为实现“绿色京张”“智慧京张”提供支持。

中国铁路总公司针对京张城际铁路信息化建设，专门成立了BIM项目组，不仅将“三站三隧”BIM应用、重点工程无人机倾斜摄影、BIM与GIS融合三维可视化管控等技术应用于京张，还利用BIM技术，实现大量、多维度数据的综合展示分析功能，从而提升对环境数据的综合利用，达到环境在线监测设备获取现场数据与管理手段紧密结合的目标。

建设期环境监控

环境监控系统由部署在现场的在线仪表、数据集成设备和远端环境监控平台组成。在线仪表与数据集成设备以在线仪表数据物理接口为界，数据集成和环境接口平台以服务器软件接口为界。

环境监控系统架构

在线仪表

在线仪表使用物理、化学原理，将单一时刻某项或某几项环境因素转换为确定的数字量数值，并与数据集成设备通信。在线仪表部署是监控系统的神经末梢，一般在以下地点部署：

• 对环境造成影响的工程设施出口，如污水排放口、锅炉烟囱、噪声源等

• 治理设施，如污水处理设施、废气处理设施等

• 环境敏感点、敏感区，如医院、学校、水源地、居民区等

• 人员活动区、工作区、聚集地

• 厂界、边界、交界

  数据集成

  数据集成一般由多种通信技术、数据接收模块、数据上报模块和本地服务器组成，是一项软硬件结合的技术服务：

  • 由铺设线路和通信调试组成，一般由在线仪器设备厂家与仪器安装服务打包、共同完成

  • 数据集成工作十分依赖设备本身特点

  • 为保证系统数据安全，应设置本地服务器存储数据，并部署数据接收模块和数据上报模块

    环境监控平台

    数据平台完成监测数据的展示、统计、预警、管理和导出工作。

    以空气监测为例，监测点数据通过三维空间位置信息，与BIM模型关联。原始数据可以使用导航树选择查看单一监测点或多个监测点数据。选择单一监测点查询数据，数据表格界面以时间为行、监测因子为列，展示具体数据值，为专家对标提供实际数字。可由用户选定时间范围。

    

    三维渲染模型

    三维渲染模型信息特点：

    • 三维模型视点位置关联导航树，在三维视图中选取监测点位等效于在导航树中选取监测点位

    • 三维模型对时间轴（位于模型下方蓝色进度条）所示时刻，选定监测点和选定因子进行动态粒子渲染。粒子密度、形态、着色与因子类型、数据和超标状态关联

    • 时间轴使用默认速度播放渲染效果动画

      环境监控平台不断获取在线仪表的数据，自动存储并展示。管理人员通过设置预警线，完成对数据情况的初步判断。

      运营期环境监控

      在工程建设期，数据监控平台实现的展示、统计、预警、管理和导出功能，满足工程建设对环境监控的需求。当升级至运营期公共服务监控时，在集成原有功能的同时，应更加深化系统应用。

      数据分析

      运营期主要监测对象由工程作业转为公共人群。对监控数据的空间位置分布，从点状升级为场。而增加布设监测点（在线仪表）受到诸多因素限制，因此需要使用数据模拟将点状数据补充为场状数据。

      运营期监测的主要数据类型为空气场（风场）、噪声场。

      噪声场兼顾站内和站外敏感点。数据模拟通过数学模型计算，将空气、噪声监测数据代入模型，并通过人工补充测量不断调校模型。最终，数据输出形式为BIM模型，填充敏感空间。空气场、噪声场BIM模型受到监测数据驱动不断变化。

      

      风场模拟

      数据发布

      环境监控数据为整个运营期多种运维保障信息化平台中的组成部分，在完成自身业务的同时，也向其他平台提供数据接口服务。数据接口类型如下：

      • 传统数据表式接口，获取某段时间某些监测点监测数据

      • BIM模型结合数据推流的形式，展示数据驱动模型，表达监控中的空气场、噪声场

        环境管理完善与提高

        监控数据经过模拟形成数据场，充实了数据内容，再通过反复调校验证，成为能够确实反映场内环境情况的可信数据。在此基础上，可实现深度分析，提高管理精度。

        溯源分析

        溯源分析是在时间轴上向前推移，根据现象分析该现象产生的原因。溯源步骤如下：

        • 在当前风速条件下，根据气体扩散速度，确定在预定时间间隔前可能影响该点的空气场范围

        • 追溯该空气场范围内监测点，判断此次超标是否为孤立事件。为非孤立事件时，扩大查询范围，获取更大范围内影响该点的气体数据；重复上一步直到确定事件影响范围，并确定源头为内部源或外来源

        • 模拟风场移动轨迹，形成报告

          环境数据辅助设计

          BIM技术为环境监控提供了丰富的数据信息载体，同时能够搭载铁路项目运维数据。全部数据都作为空气场、噪声场模拟程序的输入参数，可以得到经过真实运维项目调教过的铁路工程模拟工具。在此基础上，可为未来新项目设计提供仿真原型，设计方案经过该原型模拟建成后的空气场、噪声场等情况，为优化设计提供决策支持。

          

          京张美景

          参考文献：

          沈智.《基于BIM技术的京张城际铁路环保管理系统研究》.

          

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