城市軌道交通數字化建設與測評技術國家工程實驗室

組織機構 ^[9] 

① 開展城市軌道交通各專業參數化BIM生成或建模技術研究，實現城市軌道交通參數化BIM設計；

② 開展城市軌道交通車站房間佈局智能化調整技術研究，實現城市軌道交通智能化BIM設計。

① 開展城市軌道交通工程不同格式模型集成應用研究，實現在同一平台上的集成展示；

② 開展城市軌道交通工程行業全生命週期的數字化應用研究，實現城市軌道交通工程數字化設計、數字化施工、數字化施工管理與數字化運營管理。

① 開展部分基於BIM模型的城市軌道交通仿真模擬研究，實現基於BIM模型的城市軌道交通仿真模擬；

② 開展基於BIM模型的城市軌道交通多因素耦合模擬。

構建具有自主導航定位和精準時空同步的快速移動搭載平台；研究在GNSS信號失鎖條件下，搭載平台自主定姿定位理論與方法；研究搭載平台與各類檢測系統的空間及時間同步控制技術。

研究搭載平台在每小時40公里及以上時速，基於激光掃描、高清攝影、紅外攝像及慣性導航等系統的綜合檢測及評估技術；研究探地雷達成果自動化解譯及隧道襯砌狀態多方法綜合評價技術；形成滿足我國城市軌道交通基礎設施日常運營維護所需要的快速移動綜合檢測裝備和技術標準。

研究基於多類型傳感器的結構本體、周邊環境及其相互擾動影響的實時、動態、微變形監測及評估技術；集成開發適用於建設和運營期的高精度、分佈、無線、實時軟硬件監測系統；形成重點工程高精度監測、實時預警、智能分析和多專業綜合評估的技術標準。

噪聲源辨識與振源特性測試；場站段邊界噪聲自動辨識監測預警技術；振動傳遞路徑及傳播規律測試；環境振動與噪聲測試；建築振動與結構二次噪聲測試。

車站廳堂噪聲振動預測；高架線噪聲振動預測；地鐵運行引起的環境、鄰近建築振動噪聲（含結構二次噪聲）預測；減隔振措施減振效果預測；吸隔聲裝置降噪效果預測。

隔振排樁等路徑隔振措施研究；週期結構振動控制理論研究；超結構吸聲技術；聲屏障優化研究。

環境綜合檢測技術裝備及方案；城市軌道交通環境數據庫；地下空間環境客觀指標；過渡舒適性環境熱舒適性；城市軌道交通環控系統綜合評價體系。

隧道空氣動力學、弓網關係、屏蔽門風壓載荷綜合測試方法研究；高速地下城市軌道交通實測數據庫；高速城軌運行速度-列車氣密指數-隧道斷面推薦技術標準；屏蔽門、區間風閥風壓載推薦技術標準；軌道減振技術措施；弓網關係推薦技術標準。

除塵淨化機理及方法；環控系統淨化除塵方案；嚴寒地區防凍措施；超長隧道通風及排煙方案研究；智能防災疏散系統研究；管道低真空環境實現與維持技術方案研究。

（4）城市軌道交通環控系統節能技術

土壤蓄熱特性對地下空間環境影響；地鐵車站熱回收型通風空調系統；通風空調系統負荷預測；主、被動節能技術研究；清潔能源利用方案研究；基於安全舒適節能的環控系統運行策略研究。

① 地下工程工業化建造創新方法及理論體系研究。

② 地下車站圍護結構、主體結構工業化建造技術研究。

③ 高烈度地區裝配式地下結構減震隔震技術體系研究。

④ 基於BIM技術的地下結構裝配式智能化建造技術研究。

⑤ 地下工程工業化建造的室內模型實驗的方法研究。

⑥ 地下結構工業化建造的新工藝、新技術、新裝備研究。

① 隧道常見病害對結構安全及性能影響標準研究。

② 隧道運營智能化數據採集與預警系統研究。

③ 隧道常見病害維修治理研究。

④ 隧道運營維修技術的室內模型實驗的方法研究。

⑤ 隧道運營維修技術的新工藝、新技術、新裝備研究。 ^[2] 

2016年09月21日，國家發改委正式公示了國家工程實驗室名單，其中鐵道第三勘察設計院集團有限公司承擔的“城市軌道交通數字化建設與測評技術國家工程實驗室”入圍名單。 ^[1] 

三維研發平台是城市軌道交通數字化建設所需的硬件和軟件，總體功能是為建立城市軌道交通激光點雲數據庫、地理信息庫、模型庫、構件庫、參數庫提供設備支持，實現基礎地理數據採集、設計建模、統計分析、模型集成管理等功能，以及基於GIS+BIM實現多專業三維協同設計和基於雲平台的資料共享。在設計階段可完成地理信息數據（地表信息包括地形地貌、建築物、構築物；地下信息包括地質情況、地下室、地下管線）採集和處理、BIM模型的建立、BIM協同設計；在施工階段可完成GIS+BIM的數字化施工管理、數字化施工和加工；在運維階段可完成設備、設施管理。

三維研發平台由三維研發所需硬件和軟件組成，包括： 雲計算系統、GIS+BIM集成系統研發平台、三維協同設計系統研發平台，其中雲計算系統利用集團公司研發基地雲平台。

三維研發平台設備軟件表

仿真分析評估平台是城市軌道交通數字化仿真模擬所需的硬件和軟件，總體功能是為建立城市軌道交通三維客流、建築環境、行車組織等仿真模擬提供設備支持，在設計階段可完成建築內外環境、內外客流、行車組織的仿真分析與評價；在施工階段可完成虛擬建造；在運維階段可完成數字化虛擬運營。同時，可以為其他四個平台提供仿真模擬。

仿真分析評估平台由仿真分析及評估所需硬件和軟件組成，包括：雲計算系統、三維客流仿真、建築環境仿真、行車組織仿真，其中雲計算系統利用集團公司研發基地雲平台。

仿真分析評估平台設備軟件表

創新管理平台是城市軌道交通數字化管理所需的硬件和軟件，總體功能是為七大國家工程實驗室的創新管理網絡提供子平台，為虛擬現實提供硬件支持，包括三維建模、三維視覺顯示、三維聲音、虛擬現實交互；為建立城市軌道交通激光點雲數據庫、地理信息庫、模型庫、構件庫、參數庫提供設備支持。

創新管理平台由創新管理所需硬件和軟件組成，包括：創新網絡子平台、虛擬現實會議室系統、數據中心及大數據分析。

虛擬現實顯示系統及交互系統　　

創新管理平台設備軟件表 ^[4] 

為各類先進檢測監測設備提供室內外測試環境和基礎條件，滿足精度比對、穩定性驗證、參數標定及系統整體測試等功能需求。

系統組成

典型案例

激光雷達標定檢校區主要包括地面激光雷達檢校區和車載移動激光雷達檢校區，主要功能：對地面激光雷達和車載激光雷達進行進行精度標定。

總體功能系統

為各類檢測監測設備提供移動定姿定位搭載服務，具備時間同步、數據接口及模塊式組裝等功能。

系統組成

典型案例

對檢測監測原始數據、特徵數據等進行預處理、解譯分析及智能評估，為社會上相關專業開展檢測監測數據挖掘及分析評估提供技術服務。　　

典型案例

^[5] 

系統功能

開展軌道交通噪聲、振動現場測試技術研究，提升行業噪聲、振動測試分析技術水平；進行軌道交通噪聲、振動現場測試，用於建立我國軌道交通行業認可的噪聲、振動數據庫，為減振降噪產品開發提供數據支撐，提高產品的工程適用性，推進產品工程化；提供軌道交通噪聲、振動現場測試及減振降噪產品減振降噪效果現場測試和數據分析技術服務。

典型應用案例應用1：城市軌道交通高架段車外噪聲源辨識測試

2. 噪聲振動預測評估系統

系統功能

開展軌道交通橋樑段、路基段、隧道內、站廳(台)層及環境噪聲、振動預測技術和評估方法研究；進行軌道交通減振降噪產品開發過程中的聲學、振動仿真分析；進行軌道交通環境噪聲、振動、二次結構噪聲和產品的減振降噪效果預測評估，並提供相應的技術諮詢服務。

典型應用案例 　　

3. 減振降噪產品、材料性能試驗檢測系統　　

系統功能

開展軌道交通降噪產品降噪效果的實驗室測試技術和評價方法研究；進行軌道交通降噪材料、產品開發過程中或驗收階段的吸聲性能、隔聲性能的標準化測試，並提供相應的技術服務；進行軌道交通減振降噪產品開發過程中關鍵參數的檢測，包括吸聲材料的流阻、法向吸聲係數和減隔振材料的阻尼等；進行降噪產品上道前的室內模型實驗，檢驗產品降噪效果。半消聲室淨空尺寸（尖劈到尖劈）：10.05m×11.0m×6.75m（長*寬*高）；63Hz~20kHz自由場尺寸：≥9.8m×8.8m×5.94m （長*寬*高）；本底噪聲：空調關閉 7dB（A）。

　

系統功能　

開展軌道交通減振產品減振效果的試驗場測試技術和評價方法研究；進行新材料、新產品、新技術上道前的減振性能試驗檢測，提供產品減振效果的軌道試驗場測試技術服務。

採用電磁式激振器，在鋼軌頂部實現垂直向下的連續加載；輸出力譜可控，可以輸出單頻、掃頻、隨機和自定義信號。額定正弦激振力：70kN；衝擊激振力：210kN；使用頻率範圍：1-1000Hz。　　

典型應用案例應用1：自主研發扣件減振性能評估

^[6] 

系統功能

進行城市軌道交通車站環境現場測試，為建立我國城市軌道交通行業認可的環境標準提供基礎數據，為地鐵專用環境控制產品開發提供數據支撐，提高產品的工程適用性；提供城市軌道交通車站環境參數測試、環控系統能耗測試和問題診斷及改造措施等技術服務。

系統組成

系統功能

進行城市軌道交通區間隧道環境現場測試，火災試驗測試，為建立我國城市軌道交通行業認可的環境標準提供基礎數據，為地鐵專用環境控制產品開發提供數據支撐，提高產品的工程適用性；提供城市軌道交通區間隧道環境參數測試和環境控制問題診斷及改造措施等技術服務。

系統組成

系統功能

進行城市軌道交通車站和隧道重點位置環境參數長期監測，為建立我國城市軌道交通行業的環境標準和能耗指標提供基礎數據；對環境控制方案及產品長期運行使用效果進行驗證驗證，提供城市軌道交通環境參數的長期監測以及能耗診斷。

系統組成

系統功能

根據現場測試結果確定仿真計算邊界條件，對現場無法實現的工況進行計算，研究環境參數和能源消耗水平的變化規律，指導設計方案和運行策略；設計計算軟件、仿真計算軟件的二次開發，提高生產、科研效率；為方案/技術優化提供參考，輔助環境控制方案診斷與評估，提供方案優化服務。

系統組成

系統功能

用於測定空氣淨化裝置對空氣中目標污染物去除能力的限定空間裝置，進行地鐵內及站點過濾裝置過濾能力測試，為過濾裝置開發提供基礎數據，提高產品的工程適用性；風道式淨化系統，測試地鐵管道用過濾裝置性能效率，進行地鐵空氣質量評估；提供軌道交通過濾裝置淨化能力現場測試和數據分析技術服務。

系統組成

應用1：空氣過濾淨化實驗測試

系統功能

用於研究活塞風對隧道內運動體火災的熱釋放速率，燃燒特性，煙氣蔓延特性，温度分佈特性，臨界風速等特性的影響，為地鐵隧道環空系統運動體火災研究提供基礎數據，為長大地鐵隧道排煙系統設計提供支撐；研究活塞風與機械通風的耦合作用，為長大地鐵隧道排煙系統設計提供基礎數據及理論支撐；提供隧道火災模型實驗測試和數據分析技術服務。

系統組成

應用1：隧道活塞風特性實驗、隧道火災實驗 ^[7] 

用於鋼筋混凝土結構構件（如梁、板、柱、節點）及接頭、盾構隧道管片及接頭的剛度、強度試驗研究，以及盾構隧道管片加固驗證試驗。

系統組成

用於鋼筋混凝土結構構件（如梁、板、柱、節點）及接頭、盾構隧道管片及接頭的剛度、強度試驗研究，以及盾構隧道管片加固驗證試驗。

系統組成

用於鋼筋混凝土結構構件（如梁、板、柱、節點）及接頭、盾構隧道管片及接頭的剛度、強度試驗研究，以及盾構隧道管片加固驗證試驗。

用於鋼筋混凝土結構構件（如梁、板、柱、節點）及接頭、盾構隧道管片及接頭的剛度、強度試驗研究，以及盾構隧道管片加固驗證試驗。

系統組成

用於鋼筋混凝土結構構件（如梁、板、柱、節點）及接頭、盾構隧道管片及接頭的剛度、強度試驗研究，以及盾構隧道管片加固驗證試驗。

系統組成

^[8] 

攻克了大型基礎構件外觀尺寸的高精度、快速、智能檢測技術，研發了CRDC_BTSIMS外觀尺寸快速智能檢測系統。該系統集成工業機器人、激光掃描儀、光學跟蹤儀等設備，開發了基於點雲處理算法的外觀尺寸智能檢測軟件，實現了對無砟軌道板、地鐵管片等大型基礎構件外觀尺寸的自動化、智能化和信息化檢測，與傳統的人工檢測方式相比，效率提升5倍以上，檢測精度提高了一個數量級。

2. 軌道交通基礎設施移動檢測技術

攻克了基於車載激光雷達的基礎設施快速檢測技術，研發了軌道交通移動激光掃描系統。該系統集成了衞星導航、慣性導航、激光掃描及全景相機等設備，可搭載在80公里時速行駛的軌道車輛上，快速獲取線路兩側百米範圍內高密度點雲及高清晰影像數據。經內業解算分析，實現了軌道線形、接觸網幾何參數、橋樑偏心、隧道收斂、建築限界及線路複測等多種檢測監測工作，真正做到“外業一次性採集、內業多方面應用”。

3. 軌道交通軌道幾何狀態快速檢測技術及裝備

攻克了多類型傳感器集成及多源數據融合解算技術，研發了基於慣性導航的軌道幾何狀態測量儀。該裝備集成全站儀、慣性導航、衞星導航、里程計、傾角計、位移計等多類型傳感器，採用“走走停停”的作業方式，快速採集軌道幾何狀態數據，經過多源數據融合解算，得到軌距、超高、軌向、高低、三角坑及長短波不平順等軌道幾何狀態參數，極大提高了檢測作業效率。

4. 鐵路道砟厚度快速無損測量系統

研究突破了特徵層自動追蹤人機交互等技術，研發了鐵路道砟厚度快速無損測量系統，研製了輕便式軌道小車，搭載探地雷達、GPS定位設備、DMI測距系統，形成集探測、定位於一體的鐵路道砟快速測量系統，具有輕便、精度高、定位準確等優點。

5. 隧道襯砌無損智能檢測系統

研發了隧道襯砌無損智能檢測系統，配備超聲波、激光傳感器，計算機伺服控制，利用激光掃描識別，實時顯示探測距離，遇到障礙支撐臂自動化升降，可以自主繞避鐵路隧道前方接觸懸掛，機械臂頂端配置距離傳感器，使地質雷達天線與隧道襯砌間距保持恆定，有效提高檢測數據質量，替代傳統鐵路隧道襯砌檢測人工扶持的模式，感應式智能機械臂可自主行進或搭載在平板車，實現鐵路隧道襯砌的車載檢測模式，檢測過程不停車，極大的提高檢測效率。

6. 城市軌道交通車外噪聲源高精度、寬頻域辨識技術及裝備

首次應用進化策略方法優化了聲陣列寬頻辨識清晰度，突破了高精度、寬頻域的城市軌道交通快速移動噪聲源辨識技術，研製完成座標可調的多通道、大孔徑聲陣列,實現了車外噪聲源辨識精度達到±0.2m。提出了城市軌道交通二聲源分區模式及其分聲源頻譜計算方法，揭示了城市軌道交通聲源能量空間分佈規律及頻譜特徵，建立了城市軌道交通可視化噪聲源數據庫。研製的裝備在青島地鐵11號線90~110km/h地鐵聲源辨識測試中應用。

7. 城市軌道交通施工場界噪聲自動辨識監控技術及裝備

首創城市軌道交通施工場界排放噪聲辨識技術。提出了不等間距傳聲器端射陣分頻辨識方法和變係數聲壓梯度空間噪聲濾波算法，突破了施工場界噪聲的動態自解耦技術，解決了施工場內機械不停工條件下施工噪聲和外部噪聲不能識別分離的難題。發明了施工場界排放噪聲自動實時辨識監控裝置。研製了全天候三傳聲器組成的前端測量裝置，開發了寬頻噪聲高速辨識計算單元，場界排放噪聲辨識顯示延時不超過1秒。經第三方檢測聲學性能達到環境噪聲監測2級精度。該裝置適用於施工場界、工廠、綜合樞鈕站、車輛段、機務段等封閉或半封閉場地排放噪聲監測。

施工場界噪聲自動辨識監控設備聲學性能實驗室測試 施工場界排放噪聲監控系統現場應用

8. 開放空間多聲源辨識分離技術及裝備

研究突破開放空間多聲源辨識分離技術，提出了不停工條件下多施工機械噪聲源辨識分離方法。採用聲陣列實現大範圍開放空間內多個準靜置聲源的辨識分離，基於非相干聲源能量疊加原理，揭示了軌道交通大型施工機械噪聲源位置、幅值、時域及頻譜特徵。首次應用開放空間多聲源辨識分離技術，實現工地不停工條件下多機械同期作業時的聲源分離與辨識，獲得天津地鐵建設15種主要機械、40餘種工況下的聲源位置、幅值、時域及頻譜特性。

工地機械聲源現場測試

機械聲源辨識雲圖和頻譜特性分析

9. 城市軌道交通數字化設計技術

研究突破了城市軌道交通三維信息模型參數化三維設計技術，基於計算機C#語言，深刻分析總結城市軌道交通工程車站及區間構建邏輯及算法，自主研發了一系列城市軌道交通三維信息模型參數化設計軟件，包括總圖參數化設計軟件、車站主體參數化設計軟件、區間參數化設計軟件、工程量統計參數化設計軟件。目前正在積極向智能化設計方向研究，並且已經在管線綜合自動排布方面取得初步成果。與傳統維信息模型設計模式相比，該項技術能顯著提高設計效率。

研究突破了城市軌道交通三維信息模型多專業協同設計技術，基於計算機支持的協同方法理論，深刻分析城市軌道交通工程特點，形成了基於數據共享、流程協同、成果校核的具備典型協同特徵的城市軌道交通三維設計技術，建立了基於三維正向設計的專業分工、信息流轉、模型交付三要素一體化的城市軌道交通設計系統管理機制，打造了基於設計維度提升和更新的城市軌道交通設計模式。該項技術已石家莊市軌道交通5號線軍械學院站—勝利北街站兩站一區間進行設計嘗試，與傳統設計模式相比，顯著提高效率。

基於我國主要城市軌道交通數字化交付的調研，首創了城市軌道交通數字化交付統計方法，提出了城市軌道交通設計成果數字化交付率定義和統計方法，構建了基於三維設計平台的數字化成果交付體系，提出了城市軌道交通設計成果交付內容分類方法，形成了“已實現、可實現、無法實現”分類標準體系，應用該方法，指出了當前城市軌道交通設計成果數字化交付率已達到90%的理論體系。。

城市軌道交通數字化設計平台

10. 城市軌道交通數字化信息管理技術

形成了基於BIM+3D GIS深度融合的城市軌道交通建設管理基礎平台，在CGCS2000座標系下實現DEM、DOM、城市三維實景模型、地下管線、工程信息模型的集成和信息關聯，解決了模型整合變形問題，通過地理座標、信息熱點、模型屬性編碼與信息化管理系統深度融合。工程信息模型與城市景觀模型集成與地上地下一體化瀏覽查詢。

提出了3D GIS平台中城市軌道交通工程信息模型的分級表達和管理方法，採用地理信息矢量圖層與三維模型相結合的方式分級表達城市軌道交通工程信息，採用分層爆炸模型對車站內部結構進行瀏覽，實現了宏觀和細部、與周邊環境關係和內部相對關係的全方位表達。

採用了4D圖形的基坑監測數據集成管理技術，在三維場景中，集成基坑監測歷史數據和實時數據，基於城市時空模型和工程信息模型，採用圖形和圖像渲染表達方法，實現了基坑監測數據的4D表達，為全線監測數據的快速瀏覽和規律分析提供了可視化表達方案。

城市軌道交通數字化信息管理平台　　　

其中的技術關鍵包括：

（1）全裝配式地鐵車站主體結構與內支撐圍護結構的一體化設計施工關鍵技術。

（2）全裝配式地下地連牆分塊及連接技術；

（3）全裝配式地下車站結構構件形式及分塊模式；

（4）全裝配式地下車站縱橫向連接技術；

（5）全裝配式地下車站結構三維參數化建模計算技術。

裝配式地鐵車站圍護結構套圖 裝配式地鐵車站主體結構套圖

裝配式地鐵車站圍護結構拼裝方式

其中的技術關鍵包括：

（1）提出了城市軌道交通隧道服役性能評估方法，編制了綜合考慮安全性、耐久性、功能性指標的城市軌道交通隧道服役性能評估軟件，形成了城市軌道交通隧道服役性能評估關鍵技術。

（2）研發了結構構件及盾構管片三維靜力加載設備，提出了基於三維加載的盾構管片結構靜態加載試驗方法和帶裂縫盾構管片結構加固效果的驗證實驗方法，形成了城市軌道交通隧道結構加固效果驗證實驗技術。

（3）提出了複雜地質環境下隧道遞進式滲漏水整治方法，構建了非滲水裂縫、滲水裂縫、點滲漏及面滲漏、變形縫滲漏、施工縫滲漏、透水孔洞綜合整治修復技術，形成了城市軌道交通隧道裂縫及滲漏水系統性整治修復技術。

城市軌道交通結構服役性能評估軟件

濟青高鐵膠州機場隧道滲漏水治理

通過調研傳統現澆地下連續牆施工存在的問題、施工質量控制難點、施工工藝控制難點以及由現澆地下連續牆質量問題引起的工程事故分析等，提出了裝配式地下連續牆結構設計、幅段設計、接縫設計、接頭設計、吊裝運輸方案、成槽和插入工藝等關鍵技術，開展了裝配式地連牆插入設備的研發研究，並結合實際工程開展裝配式地連牆現場試驗，主要包括構件連接實驗、吊裝實驗、成槽插入實驗、注漿實驗等，最終形成了成套工藝工法體系及相關技術規程。

裝配式地下連續牆吊裝 裝配式地下連續牆吊裝就位

構建了以天津、深圳為代表的北方、南方地區地鐵運營環境數據庫。研究建立了過渡性舒適環境聲、光、熱環境評價體系，突破了基於節能及人體生理特性過渡性舒適環境評價方法，實現用多個客觀環境參數及變化率來評價人體主觀舒適感受。

ECMS=a×ECMS(Q)+b×ECMS(S)+c×ECMS(G)

建立城市軌道交通隧道空氣動力學、站台門和風閥風壓載荷測試系統。並以某運行線路為對象，進行了高速地下城市軌道交通綜合測試，構建了高速地下軌道交通實測數據庫。首次提出了高速地下城市軌道交通速度-列車氣密指數-隧道斷面推薦技術標準，區間設備推薦風壓載荷標準、站台門安裝強度推薦技術標準。

太陽能環境調節系統就地採用清潔無污染的太陽能作為能源，為車站環境控制的用電裝置提供動力，包括光伏一體化出入口地面廳、光伏一體化地鐵高架車站環境調節系統。該系統解決了地上車站太陽輻射強烈時段站內温度偏高不舒適、環境調節系統用電設備耗電高的問題，通過“就地取材，就地使用”，維持車站內部的舒適性，在充分滿足地上車站功能要求的前提下，實現“零能耗”改善地上車站內部環境。 ^[3] 

如圖 ^[11] 

如圖