楊小彥 曹龍胤

摘 要：地鐵是現(xiàn)階段環(huán)節(jié)城市交通壓力的有效手段，很多城市都開始大力推進地鐵事業(yè)的建設(shè)，地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)作為地鐵系統(tǒng)中的關(guān)鍵系統(tǒng)，在地鐵環(huán)控電力調(diào)度、系統(tǒng)可靠運行、營造安全良好乘車環(huán)境、節(jié)能減排等方面發(fā)揮著重要的作用。智慧化 = 數(shù)字化+[感知+儲存/傳輸+思維]，本文將通過新型的智能材料與信息化設(shè)計管理，實現(xiàn)地下空間世界變得更加可視化、透明化、可控化，使其在全壽命期內(nèi)具有高度智能特征。

關(guān)鍵詞：智能材料與結(jié)構(gòu)；智慧運維

智慧地鐵是指在地鐵建造與運維過程中，采用新型的智能材料與信息化設(shè)計管理方案，使其在全壽命期內(nèi)具有高度智能特征的過程。其中包含：智能材料與結(jié)構(gòu)、智能建造和智慧運維三個方面的內(nèi)容。

智能材料與結(jié)構(gòu)，模仿生物體具有感知和響應(yīng)功能的材料或結(jié)構(gòu)。它可以感知環(huán)境并分析相關(guān)信息，同時做出類似于生物體的反應(yīng)，如自診斷、自適應(yīng)與自修復(fù)。現(xiàn)代地鐵全壽命智慧建造與運維的核心技術(shù)是工程設(shè)計、建造與運維過程中信息化技術(shù)的應(yīng)用，如GIS/BIM模型、iS3 平臺的應(yīng)用等。

一、信息集成平臺（iS3）

基礎(chǔ)設(shè)施全壽命數(shù)據(jù)采集、處理、表達、分析的一體化智慧決策服務(wù)系統(tǒng)（iS3，2013）。主要功能：數(shù)據(jù)獲?。ㄎ锫?lián)網(wǎng)-RFID，無線感知，GPS，激光與攝影掃描，智能機器人等）。數(shù)據(jù)處理（大數(shù)據(jù)處理/標準化）。數(shù)據(jù)表達（3D/4D模型重構(gòu)，BIM模型，仿真可視化）。數(shù)據(jù)分析（智能分析，數(shù)據(jù)挖掘，云計算）。數(shù)據(jù)服務(wù)（協(xié)同集成平臺，webGIS）。

信息集成平臺（iS3）主要特點：

數(shù)據(jù)管理

n（1）工程全壽命數(shù)據(jù)管理。

n（2）用XML定義數(shù)字化工程，關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫和圖形。

n（3）同時管理多個工程。

n（4）制訂工程數(shù)據(jù)格式標準和數(shù)據(jù)準備指南。

可視化

n（1）2D平面圖/GIS地圖/剖面圖/數(shù)據(jù)視圖/3D視圖一體化聯(lián)動。

用戶操作

n（1）無菜單，全圖形操作。

二次開發(fā)

n（1）內(nèi)嵌Python語言開發(fā)工具和開發(fā)范例。

n（2）提供C#二次開發(fā)接口和范例。

分析功能

n（1）內(nèi)置地質(zhì)剖面分析、隧道剖面分析，用戶可擴展。

二、地下結(jié)構(gòu)感知（iS3_感知）

損傷缺陷隧道結(jié)構(gòu)的獨立覆蓋無網(wǎng)格ICMM計算分析理論與方法：保留了無網(wǎng)格法所有的動網(wǎng)格模擬優(yōu)點；插值函數(shù)為一般多項式，計算公式簡單、計算時間少、易精確積分、易施加位移邊界條件，解決了無網(wǎng)格法的難題，適合于包括三維問題在內(nèi)的具有任意多條復(fù)雜裂紋的地下結(jié)構(gòu)斷裂及破壞過程模擬分析，為地下結(jié)構(gòu)服役性能的健康評估提供了理論和軟件支撐。

三、工程實踐

提出智慧基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)系統(tǒng)（infrastructure Smart Service System，iS3），實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理、表達、分析的一體化智慧決策服務(wù)。變被動獲取結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)為主動控制服役性能，實現(xiàn)城市軌道交通地下結(jié)構(gòu)健康服役的數(shù)字化保障和控制。

應(yīng)用：工程概況

上行線里程為SK22+473.443～SK23 +924.353（單線長1450.910m）區(qū)間隧道內(nèi)徑為5.5m，外徑為6.2m，上下行線均為1208環(huán)（含聯(lián)絡(luò)通道特殊管片）。臨近12號線天潼路-國客站上行區(qū)間，與地鐵線路平行長度約100m（84環(huán)）

結(jié)語

數(shù)字化是智慧化的基礎(chǔ)，數(shù)字化使得地下空間世界變得更加可視化、透明化、可控化；在此基礎(chǔ)上，借助智慧感知技術(shù)，可使得地下基礎(chǔ)設(shè)施變得更加“聰明”。

實現(xiàn)智慧地鐵的關(guān)鍵是，迫切需要發(fā)展地鐵結(jié)構(gòu)體內(nèi)外的便宜、快速、方便的智慧感知技術(shù)，包括智能感知材料。

打造新一代的智慧分析平臺，是實現(xiàn)智慧地鐵的核心內(nèi)容。

參考文獻

[1]土木信息工程分卷_土木工程大百科全書（第三版）

[2]田燈旺 云架構(gòu)下的地鐵綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計《電子技術(shù)與軟件工程》2017年第12期

（作者單位：1.鄭州地鐵集團有限公司運營分公司；2.廣東省電信規(guī)劃設(shè)計院有限公司北京分院）