一种基于BIM和GIS的地铁车站智慧管理系统及其方法

摘要

一种基于BIM和GIS的地铁车站智慧管理系统及其方法，包括车站基础信息单元，用于存储和查询车站空间位置，建筑、各类设施设备位置、几何、纹理、属性和元数据，及专题数据；物联设备监测单元，用于感知、识别和记录车站内设施设备运行状态；日常运营维护单元，用于日常状态下车站的行车组织、乘客服务和运营安全管理；应急响应管控单元，用于应急条件下车站的管理和服务；车站三维平台单元，实现车站信息查询和可视化展示；数据处理单元，与车站三维平台单元相连接，用于对所有车站设施设备运行情况进行统计分析处理。本发明实现智慧化程度高，可视化效果好，交互性功能强的地铁车站智慧管理。

说明书

技术领域

本发明涉及地铁车站管理技术领域，尤其涉及一种基于BIM和GIS的地铁车站智慧管理系统及其方法。

背景技术

随着以5G、人工智能、大数据、物联网等新一代信息技术为代表的新基建正在加速与各个行业相融合步伐，地铁车站智慧化、智能化、数字化成为一个重要的新课题。现今，不同城市的轨道交通管理运营均实现不同程度的信息化，建有电力监控与数据采集、环境监控、机电设备监控、火灾自动报警、门禁、自动售票等单一系统，或集成化综合监控系统，但缺乏全面感知、泛在互联、协同运行的智慧地铁车站管理系统。

发明内容

为了克服现有技术所存在的问题，本发明提供一种智慧化程度高，可视化效果好，交互性功能强基于BIM和GIS的地铁车站智慧管理系统及其方法，具体方案如下：

一种基于BIM和GIS的地铁车站智慧管理系统，包括

车站基础信息单元，用于存储和查询车站空间位置；建筑、各类设施设备位置、几何、纹理、属性和元数据；专题数据；

物联设备监测单元，用于感知、识别和记录车站内设施设备运行状态；

日常运营维护单元，用于组织日常状态下车站的行车、管理乘客服务和运营安全；

应急响应管控单元，用于应急条件下车站的管理和服务；

车站三维平台单元，分别与车站基础信息单元、物联设备监测单元、日常运营维护单元、应急响应管控单元实现数据交互，实现车站信息查询和可视化展示；

数据处理单元，与车站三维平台单元相连接，用于对所有车站设施设备运行情况进行统计分析处理。

具体地说，所述车站基础信息单元包括：

地理及场地信息模块，包括车站的空间位置信息、车站主体建筑与实际地坪间的关系、地铁车站建筑的周边信息；

土建施工信息模块，包括站厅、站台、出入口、设备用房、管理用房及附属设施的结构信息、建筑信息、装饰信息；

机电安装信息模块，为乘客提供服务的系统及设备信息，包括车站给排水设备及管网、车站电力设备及管网、暖通设备及管网、消防设备及系统，门禁、广播、视频、售检票、屏蔽门、站内客运；

其他附属信息模块，为设置在地铁车站内的各类广告空间、展示空间、商业空间的信息。

具体地说，车站三维平台单元包括建模，具体步骤如下：

S1:确定车站三维平台建模范围；

S2:确定车站三维平台建模内容；

S3:确定建模的分类编码体系；

S4:利用Revit建立BIM模型；

S5:BIM模型与GIS平台融合；

S6:设施设备信息数据加载；

S7:车站三维平台展示与应用。

具体地说，步骤S4具体如下：

S401:创建空白样板；

S402:创建标高和轴网；

S403:导入车站图纸；

S404:站外场地建模；

S405:车站BIM建模；

S406:查看是否需要模型优化，即检查所有的设备设施是否已纳入模型，如需要则执行S405步骤，如不需要则执行S407步骤；

S407:模型与设定平台交互验证准备。

具体地说，步骤S5具体包括以下步骤：

S501:获取几何文件；利用BIM模型，导出和生成Revit内各组件的IFC几何文件；

S502:中间格式转化；利用IfcOpenShell中转换框架，将各组件IFC子文件转换为obj格式；

S503:获取属性文件；利用BIMServer将各组件IFC子文件解析为json属性文件；

S504:生成三维数据；利用objTo3d-tiles工具，将S502生成的obj格式数据转换生成一个整体的b3dm三维数据文件，同时添加S503数据说明文件tileset.json数据，与b3dm转为3D Tiles数据；

S505:三维模型加载与开发；利用Cesium加载混合GIS+BIM的3D Tiles数据，实现分片式加载三维建筑物，采用JavaScript开发语言对可视化系统进行开发。

具体地说，所述日常运营管理单元还提供一键开关车站和智慧环境管控。

具体地说，所述应急响应管控单元包括

车站应急指挥协调模块，集成综合监控、火灾自动报警、乘客信息系统、设施设备与城市轨道交通运营控制中心相连接；

应急状态缓冲区分析模块，应急状态下利用三维模型缓冲区分析以确定危险物的影响范围；

应急导航指引模块，应急状态下指导乘客和管理人员在最短时间内找到合适的逃生路线和避险设备。

一种基于BIM和GIS的地铁车站智慧管理方法，包括以下步骤：

S1:确定车站三维平台建模范围；

S2:确定车站三维平台建模内容；

S3:确定建模的分类编码体系；

S4:利用Revit建立BIM模型；

S5:BIM模型与GIS平台融合；

S6:设施设备信息数据加载；

S7:车站三维平台展示与应用。

本发明的有益效果在于：本发明通过BIM与GIS建立地铁车站智慧管理的三维模型，结合BIM进行精细化处理，再通过GIS进行三维可视化，增强车站的全息感知，实现自动运行、全景监控、自主服务，以提高地铁车站交互性功能，较少站务人员的劳动强度，实现智慧化程度高，可视化效果好，交互性功能强的地铁车站智慧管理。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中车站基础信息单元结构示意图。

图3为本发明中车站三维平台单元流程示意图。

图4为本发明中车站三维平台单元BIM建模流程示意图。

图5为本发明中车站三维平台单元BIM模型与GIS平台融合流程示意图。

图6为本发明中应急响应管控单元结构示意图。

图中：

1、车站基础信息单元；11、地理及场地信息模块；12、土建施工信息模块；13、机电安装信息模块；14、其他附属信息模块；2、物联设备监测单元；3、车站三维平台单元；4、数据处理单元；5、日常运营维护单元；6、应急响应管控单元；61、车站应急指挥协调模块；62、应急状态缓冲区分析模块；63、应急导航指引模块；

具体实施方式

参照图1，本发明提出一种基于BIM和GIS的地铁车站智慧管理系统，包括车站基础信息单元1、物联设备监测单元2、日常运营维护单元5、应急响应管控单元6、车站三维平台单元3、数据处理单元4。

如图2所示，车站基础信息单元1用于存储和查询车站空间位置；建筑、各类设施设备位置、几何、纹理、属性和元数据；各类专题数据。主要包括地理及场地信息模块11、土建施工信息模块12、机电安装信息模块13及其他附属信息模块14。

其中地理及场地信息模块11包括车站的空间位置信息，车站主体建筑与实际地坪间的关系，以及地铁车站建筑的周边信息。土建施工信息模块12包括站厅、站台、出入口、设备用房、管理用房及附属设施的结构信息、建筑信息、装饰信息。结构信息主要是指车站建筑物或构筑物的主体部分中的骨架部分信息，如基础、梁、板、柱、楼梯；建筑信息是除结构外的主体部分构成信息，如屋面、楼地面、墙面、内外墙及室内外其他附属构建部分；装饰信息主要是车站地面、墙柱面、天花的装饰信息。机电安装信息模块13包括车站给排水设备及管网、车站电力设备及管网、暖通设备及管网、消防设备及系统，门禁、广播、视频、售检票、屏蔽门、站内客运为乘客提供服务的系统及设备信息。所述其他附属信息模块14主要为设置在地铁车站内的各类广告空间、展示空间、商业空间及其他类型的信息。

物联设备监测单元2运用传感器、定位器、射频识别、红外感应装置与技术，全面感知、识别和记录车站内水、电、气、热、安防、消防、电梯、水泵、照明、管线、变压器设施设备运行。

车站三维平台单元3分别与车站基础信息单元1、物联设备监测单元2、日常运营维护单元5、应急响应管控单元6实现数据交互，建立三维模型，实现车站信息查询和可视化展示。更进一步地，如图3所示，车站三维平台模型的建立包含如下步骤：

S1:确定车站三维平台建模范围；

S2:确定车站三维平台建模内容；

S3:确定建模的分类编码体系；

S4:利用Revit建立BIM模型；

具体地如图4所示，包含如下步骤：

S401:创建空白样板；

S402:创建标高和轴网；

S403:导入车站图纸；

S404:站外场地建模；

S405:车站BIM建模；

S406:查看是否需要模型优化？即检查所有的设备设施是否已纳入模型，如需要则执行S305步骤，如不需要则执行S307步骤；

S407:模型与设定平台交互验证准备。

S5:BIM模型与GIS平台融合；具体是指将BIM模型IFC转换嵌入到三维GIS Cesium平台中展示，即将所有的BIM数据转换为b3dm数据并以3D Tiles的模型处理形式呈现。如图5所示，具体步骤为：

S501:获取几何文件；利用BIM模型，导出和生成Revit内各组件的IFC几何文件；其中Revit内各组件包括内部的各部件和组。

S502:中间格式转化；利用IfcOpenShell中转换框架，将各组件IFC子文件转换为obj格式；

S503:获取属性文件；利用BIMServer将各组件IFC子文件解析为json属性文件；

S504:生成三维数据；利用objTo3d-tiles工具，将S402生成的obj格式数据转换生成一个整体的b3dm三维数据文件，同时添加S403数据说明文件tileset.json数据，与b3dm转为3D Tiles数据；

S505:三维模型加载与开发；利用Cesium加载混合GIS+BIM的3D Tiles数据，实现分片式加载三维建筑物，采用JavaScript开发语言对可视化系统进行开发。具体地说，利用Cesium加载混合GIS+BIM的3D Tiles数据，是因为Cesium具有跨平台、跨浏览器展示三维平台及多源空间数据的优点。

S6:设施设备信息数据加载；

S7:车站三维平台展示与应用。

数据处理单元4与车站三维平台单元3相连接，用于对所有车站设施设备运行情况进行统计分析处理。

日常运营维护单元5用于日常状态下组织车站的行车、管理乘客服务和运营安全。所述日常运营管理单元集成车站综合监控各系统，并与中央综合监控相连接。日常运营管理单元还提供一键开关车站和智慧环境管控。一键开关车站，提供车站系统和设备的一键开关站，无需人员现场操作，减少站务人员工作强度，实现车站供电、照明，通风、空调和供暖，自动售票，闭路电视综合监控，乘客信息，广播和无线通信各系统、设施设备的联动控制。智慧环境管控，提供车站能耗-客流实时耦合，根据季节、温湿度、客流变化自动调节温湿度,为乘客提供舒适环境，实现车站通风、空调和供暖，环境和设备监控，供电，站内客运设备系统、设施设备的联动控制。日常运营维护单元5还提供车站全景信息展示，用于向提供包括车站概览、实景漫游体验、站内最短路径推荐、到站信息服务、周边商业和公共服务展示服务。所述车站全景信息展示包括管理者和乘客两种身份的应用，管理者负责各车站展示内容的后台管理和更新。

如图6所示，应急响应管控单元6用于应急条件下车站的管理和服务。包括车站应急指挥协调模块61、应急状态缓冲区分析模块62、应急导航指引模块63。车站应急指挥协调模块61，集成综合监控、火灾自动报警、乘客信息系统、设施设备与城市轨道交通运营控制中心相连接，旨在紧急状态下远程指挥、控制和信息发布。应急状态缓冲区分析模块62，应急状态下利用三维模型缓冲区分析以确定危险物的影响范围，帮助救灾人员对应急决策有一个合理的判断。应急导航指引模块63，应急状态下指导乘客和管理人员在最短时间内找到合适的逃生路线和避险设备，以准确、合理、可视化程度高的车站室内导航。

一种使用上述系统的方法，包括以下步骤：

S1:确定车站三维平台建模范围；与所述车站基础信息单元1相关联，具体建模范围可以参考各城市轨道交通关于安全保护区管理规定的范围。在一具体实施例中，合肥城市轨道交通车站建模范围参考《合肥市城市轨道交通条例》关于严格保护区的规定：地下车站、高架车站、地面车站十米以内的范围。

S2:确定车站三维平台建模内容，且与所述车站基础信息单元1相关联；

S3:确定建模的分类编码体系；

S4:利用Revit建立BIM模型；

S5:BIM模型与GIS平台融合；

S6:设施设备信息数据加载；

S7:车站三维平台展示与应用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。