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在基础设施项目中,每一步都很重要:预算、进度、范围和最重要的 — 风险。建筑、工程和设计咨询公司 Norconsult 在挪威卑尔根设计新的铁路隧道时,通过在重大但繁琐的设计要求 — 铁路信号系统上应用先进技术,使重大风险得以缓解。为防止由于标志和信号不足发生代价高昂的施工延误,Norconsult 在基础设施设计中使用三维建模和 VR 游戏化技术,帮助预测潜在的设计问题。创建的交互式游戏环境设定了新的标准,简化了设计评估、验证、优化和批准。
Norconsult 的来源可以追溯到 1929 年,它是挪威最大的多领域的技术咨询公司。它将专业知识应用于机场、公共活动场所、油田、公路、医院、堤坝、桥梁、铁路和隧道等项目的设计和建设中,这些只是其名下 20,000 个项目的一部分。
Norconsult 的总部位于挪威首都奥斯陆附近的桑维卡,在全球 88 个办公地点拥有近 3,300 名员工。尽管它庞大的规模是一种资产,但也可以是一个缺点:组织越大、机动性越弱。为了像一个更加紧凑更加灵活的企业一样行事,Norconsult 组建了一个内部团队,名为“前沿小组”。“我们由 30 到 40 名最具创新思维的员工组成,他们推动技术发展,使我们的工作实践更有效率地开展、为客户提供更好的产品,”前沿小组的成员 Thomas Angeltveit 解释道,其为一名土木工程师和 BIM 协调员,负责在 Norconsult 蓬勃发展的运输实践中推进三维建模和技术的使用。“我们正尝试通过始终使用最新技术来竭力成为最佳顾问。”
挪威奥斯陆和卑尔根之间的铁路也称为 Bergensbanen 或卑尔根铁路,绵延 500 公里(约 310 英里),穿过景色壮美的北欧地形。但它并不仅仅是欧洲风景最优美的一条铁路线,它还连接着挪威最大的两座城市,是一条经济命脉。让列车快速、轻松和安全地通过非常重要。
线路的最后一个路段位于阿纳和卑尔根之间,通过乌尔瑞肯隧道。该隧道位于乌尔瑞肯山下,长 7.8 公里(4.8 英里)。该隧道建于 1964 年,是欧洲北部交通最繁忙的单轨隧道,近年来,它已成为最严重的一个瓶颈。“现有隧道的容量不足以驱动足够的列车”以满足客运和货运交通需求,Angeltveit 解释说。2010 年,Norconsult 开始与挪威国有铁路管理局 Bane NOR 洽谈修建与原先隧道平行的另一条乌尔瑞肯隧道的项目,旨在将隧道运力扩充一倍。
该项目预计于 2022 年完工,对承建商而言是巨大的挑战,因为其必须在乌尔瑞肯山中凿通一条新的隧道,并且同时升级现有的隧道和关联的火车站,而这些工作均需在不中断当前铁路交通的条件下完成。
为了建造一条新的乌尔瑞肯隧道,同时不中断旧隧道的运营,也不中断铁路服务,Bane NOR 需要使用一台 1,800 吨的盾构机 (TBM) 耗时 18 个月来开凿构成乌尔瑞肯山的坚硬岩石。这是在挪威首次使用 TBM 来开凿铁路隧道,之前通常使用传统的爆破。将需要 18 个月来开凿构成乌尔瑞肯山的坚硬岩石。
如此的大型基础设施项目不仅面临着技术挑战,还存在管理难题。在铁路项目,其中一个最重要的障碍是使标志和信号系统获得监管批准,因为这对于铁路安全至关重要。“在铁路项目中,最难获得批准的就是信号系统。”Angeltveit 表示。“这是因为它是铁路的核心。它操控着一切。如果列车操作员没看到信号,开得过远或没有停车,它将关闭整个铁路系统。”
为了解决乌尔瑞肯隧道项目复杂的设计和施工挑战,Norconsult 使用建筑信息建模 (BIM) 帮助公司更高效地跨领域协调。“BIM 是我们的项目成功的关键因素,因为我们现在开发新技术的速度非常快。”Angeltveit 说道。隧道项目和车站升级的 BIM 模型使用 AutoCAD、Civil 3D 和 Revit,以及 Navisworks 与施工团队合作。
解决信号系统面临的管理挑战需要不同的方法。很难获取必要批准的原因在于,信号系统在安装数年之后,列车操作员才能对其进行测试。因此,出错很常见。Angeltveit 在想:如果列车操作员能够早一点测试信号,是不是更容易获得批准?
为了得到答案,他构思了将 BIM 模型与虚拟现实结合在一起,创建一个游戏环境,允许列车操作员在未来修建的轨道上“驾驶”。“我们在所有领域都有模型,这与交付给承包商的一样,并且我们将这些模型放入游戏引擎。”Angeltveit 解释说。团队使用 3ds Max 使三维模型动画化并使用现实世界数据的激光扫描对其进行扩充,例如列车座舱的布局(使用 ReCap)(英文)。
在游戏模拟体验过程中,列车操作员在土木工程师的监控下在虚拟列车轨道上驾驶,后者使用驾驶表现来评估标志与信号装置的放置。虚拟环境让人有“身临其境”的感觉,Angeltveit 解释说:“这对要为尚未建造的东西获取批准而言是一个巨大的有利之处。” 工程师通过迭代设计过程改良和优化信号系统。“与列车操作员一同工作让我们更好地了解他们的想法,”他继续说道。“我们能够受益于他们在现实中驾驶列车的经验。”
Bane NOR 还将游戏模拟用作对紧急响应人员的可视辅助,从中获得额外的益处。在游戏模拟过程中使用“无人机模式”可从无人驾驶飞行器的视角巡览项目,工作人员可以熟悉疏散路线或模拟应急场景。类似的沉浸式环境能够帮助项目团队预见操作和维护需求,帮助他们设计建筑和基础设施,并为最终用户实施优化。“这里有许多机遇有待发掘。”Angeltveit 说道。
隧道的建造正在向着 2022 的完工日期推进,于 2017 年 8 月达到一个里程碑,即 TBM 完成对乌尔瑞肯山的凿通作业。新的双轨铁路完工后,将能够在阿纳和卑尔根之间运输更多乘客和货物,而且运输速度更快,发车间隔时间更短。
同时,BIM、VR 和游戏化技术的结合已为 Norconsult 带来了成果,它获得了Autodesk 2017 AEC 卓越奖(英文)基础设施类中的第三名。据 Angeltveit 表示,VR 游戏体验的好处包括精简了监管审查程序,比标准审批时间缩短了几年;加强了利益相关者的认可,因为游戏模拟使非技术专业人员也可以看懂项目规划;最后,降低了成本,因为问题可以在建设开始之前就得到解决,而不是事后才解决。
也许最强大的优点是隧道本身,多亏有了游戏模拟,隧道在施工人员离场后将始终以最佳性能运行。“最终,我们能够协助交付前所未有的更好、更安全的隧道和车站。”Angeltveit 表示。
基于 VR 游戏化技术在乌尔瑞肯隧道项目中的成功应用,Norconsult 将该技术定为一项标准操作程序,用于其所有铁路项目以支持信号系统设计和审批。公司还在探索其他使用案例。例如,在城市轻轨项目中,Norconsult 使用 VR 游戏体验来获取列车操作员的反馈意见,从而优化自行车和应急车辆用交通车道的设计。同时,客户使用沉浸式环境向高级管理层和社区利益相关者做演示,从而通过 VR 可视化技术的帮助更容易更积极地获得他们至关重要的支持和认可。
长期来看不难发现,VR 游戏化技术能够引领我们进入主动设计的新时代,而不是停留在被动设计上。“对于我们而言,这改变了游戏规则。”Angeltveit 总结道。“利用我们的 BIM 提供交互式虚拟现实体验为传统保守的行业带来了真正的变革。”
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