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            Norconsult

            基礎設施領域創新者使用 VR 游戲模擬來簡化北歐隧道設計

            未來智造

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            圖片由 LimbForge 提供

            虛擬環境可以在施工之前識別實際設計問題

            在基礎設施項目中,每一步都很重要:預算、進度、范圍和最重要的 — 風險。建筑、工程和設計咨詢公司 Norconsult 在挪威卑爾根設計新的鐵路隧道時,通過在重大但繁瑣的設計要求 — 鐵路信號系統上應用先進技術,使重大風險得以緩解。為防止由于標志和信號不足發生代價高昂的施工延誤,Norconsult 在基礎設施設計中使用三維建模和 VR 游戲化技術,幫助預測潛在的設計問題。創建的交互式游戲環境設定了新的標準,簡化了設計評估、驗證、優化和批準。

            大型組織中孕育出了新興企業的精神

            Norconsult 的來源可以追溯到 1929 年,它是挪威最大的多領域的技術咨詢公司。它將專業知識應用于機場、公共活動場所、油田、公路、醫院、堤壩、橋梁、鐵路和隧道等項目的設計和建設中,這些只是其名下 20,000 個項目的一部分。

            Norconsult 的總部位于挪威首都奧斯陸附近的桑維卡,在全球 88 個辦公地點擁有近 3,300 名員工。盡管它龐大的規模是一種資產,但也可以是一個缺點:組織越大、機動性越弱。為了像一個更加緊湊更加靈活的企業一樣行事,Norconsult 組建了一個內部團隊,名為“前沿小組”。“我們由 30 到 40 名最具創新思維的員工組成,他們推動技術發展,使我們的工作實踐更有效率地開展、為客戶提供更好的產品,”前沿小組的成員 Thomas Angeltveit 解釋道,其為一名土木工程師和 BIM 協調員,負責在 Norconsult 蓬勃發展的運輸實踐中推進三維建模和技術的使用。“我們正嘗試通過始終使用最新技術來竭力成為最佳顧問。”

            Thomas Angeltveit,Norconsult 鐵路團隊的 BIM 協調員自 2015 年開始參與烏爾瑞肯隧道項目。圖片由 Norconsult AS 提供。

            打通經濟命脈

            挪威奧斯陸和卑爾根之間的鐵路也稱為 Bergensbanen 或卑爾根鐵路,綿延 500 公里(約 310 英里),穿過景色壯美的北歐地形。但它并不僅僅是歐洲風景最優美的一條鐵路線,它還連接著挪威最大的兩座城市,是一條經濟命脈。讓列車快速、輕松和安全地通過非常重要。

            線路的最后一個路段位于阿納和卑爾根之間,通過烏爾瑞肯隧道。該隧道位于烏爾瑞肯山下,長 7.8 公里(4.8 英里)。該隧道建于 1964 年,是歐洲北部交通最繁忙的單軌隧道,近年來,它已成為最嚴重的一個瓶頸。“現有隧道的容量不足以驅動足夠的列車”以滿足客運和貨運交通需求,Angeltveit 解釋說。2010 年,Norconsult 開始與挪威國有鐵路管理局 Bane NOR 洽談修建與原先隧道平行的另一條烏爾瑞肯隧道的項目,旨在將隧道運力擴充一倍。

            該項目預計于 2022 年完工,對承建商而言是巨大的挑戰,因為其必須在烏爾瑞肯山中鑿通一條新的隧道,并且同時升級現有的隧道和關聯的火車站,而這些工作均需在不中斷當前鐵路交通的條件下完成。

            卑爾根鐵路終點站卑爾根車站的渲染圖。圖片由 Norconsult AS/Bane NOR/Baezeni 提供。

            最先考慮鐵路安全性

            為了建造一條新的烏爾瑞肯隧道,同時不中斷舊隧道的運營,也不中斷鐵路服務,Bane NOR 需要使用一臺 1,800 噸的盾構機 (TBM) 耗時 18 個月來開鑿構成烏爾瑞肯山的堅硬巖石。這是在挪威首次使用 TBM 來開鑿鐵路隧道,之前通常使用傳統的爆破。將需要 18 個月來開鑿構成烏爾瑞肯山的堅硬巖石。

            如此的大型基礎設施項目不僅面臨著技術挑戰,還存在管理難題。在鐵路項目,其中一個最重要的障礙是使標志和信號系統獲得監管批準,因為這對于鐵路安全至關重要。“在鐵路項目中,最難獲得批準的就是信號系統。”Angeltveit 表示。“這是因為它是鐵路的核心。它操控著一切。如果列車操作員沒看到信號,開得過遠或沒有停車,它將關閉整個鐵路系統。”

            盾構機于 2017 年 8 月 29 日鑿通了烏爾瑞肯山。圖片由沃倫 Warren Eversley/Bane NOR/Norconsult AS 提供。

            游戲化系統

            為了解決烏爾瑞肯隧道項目復雜的設計和施工挑戰,Norconsult 使用建筑信息建模 (BIM) 幫助公司更高效地跨領域協調。“BIM 是我們的項目成功的關鍵因素,因為我們現在開發新技術的速度非常快。”Angeltveit 說道。隧道項目和車站升級的 BIM 模型使用 AutoCADCivil 3DRevit,以及 Navisworks 與施工團隊合作。

            解決信號系統面臨的管理挑戰需要不同的方法。很難獲取必要批準的原因在于,信號系統在安裝數年之后,列車操作員才能對其進行測試。因此,出錯很常見。Angeltveit 在想:如果列車操作員能夠早一點測試信號,是不是更容易獲得批準?

            為了得到答案,他構思了將 BIM 模型與虛擬現實結合在一起,創建一個游戲環境,允許列車操作員在未來修建的軌道上“駕駛”。“我們在所有領域都有模型,這與交付給承包商的一樣,并且我們將這些模型放入游戲引擎。”Angeltveit 解釋說。團隊使用 3ds Max 使三維模型動畫化并使用現實世界數據的激光掃描對其進行擴充,例如列車座艙的布局(使用 ReCap)(英文)。

            • 沉浸式 VR 游戲允許列車操作員在使用現實列車三維激光掃描創建的模擬座艙中“駕駛”通過烏爾瑞肯隧道。

            • 用戶在線路上駕駛,使用軌道路基上的米數標記來判斷與最近的信號柱之間的距離,并在過程中發現信號存在哪些問題。

            • 列車操作員建議移動隧道內的某些信號柱以擴大視野,像這樣在施工前做出修改可以節省大量成本。

            • 虛擬環境還顯示隧道中的裝置和設備,進行應急模擬,支持操作和維護培訓。

            • “無人機模式”提供了已升級的阿納車站的“鳥瞰”視圖,該車站位于烏爾瑞肯隧道入口處。

            圖片由 Norconsult AS/Bane NOR/Baezeni 提供

            潛力無限

            在游戲模擬體驗過程中,列車操作員在土木工程師的監控下在虛擬列車軌道上駕駛,后者使用駕駛表現來評估標志與信號裝置的放置。虛擬環境讓人有“身臨其境”的感覺,Angeltveit 解釋說:“這對要為尚未建造的東西獲取批準而言是一個巨大的有利之處。” 工程師通過迭代設計過程改良和優化信號系統。“與列車操作員一同工作讓我們更好地了解他們的想法,”他繼續說道。“我們能夠受益于他們在現實中駕駛列車的經驗。”

            Bane NOR 還將游戲模擬用作對緊急響應人員的可視輔助,從中獲得額外的益處。在游戲模擬過程中使用“無人機模式”可從無人駕駛飛行器的視角巡覽項目,工作人員可以熟悉疏散路線或模擬應急場景。類似的沉浸式環境能夠幫助項目團隊預見操作和維護需求,幫助他們設計建筑和基礎設施,并為最終用戶實施優化。“這里有許多機遇有待發掘。”Angeltveit 說道。

            視頻由 Norconsult AS/Bane NOR/Baezeni 提供(2 分 18 秒)

            更好、更安全的隧道,前所未有

            隧道的建造正在向著 2022 的完工日期推進,于 2017 年 8 月達到一個里程碑,即 TBM 完成對烏爾瑞肯山的鑿通作業。新的雙軌鐵路完工后,將能夠在阿納和卑爾根之間運輸更多乘客和貨物,而且運輸速度更快,發車間隔時間更短。

            同時,BIM、VR 和游戲化技術的結合已為 Norconsult 帶來了成果,它獲得了Autodesk 2017 AEC 卓越獎(英文)基礎設施類中的第三名。據 Angeltveit 表示,VR 游戲體驗的好處包括精簡了監管審查程序,比標準審批時間縮短了幾年;加強了利益相關者的認可,因為游戲模擬使非技術專業人員也可以看懂項目規劃;最后,降低了成本,因為問題可以在建設開始之前就得到解決,而不是事后才解決。

            也許最強大的優點是隧道本身,多虧有了游戲模擬,隧道在施工人員離場后將始終以最佳性能運行。“最終,我們能夠協助交付前所未有的更好、更安全的隧道和車站。”Angeltveit 表示。

            阿納車站升級項目正在施工中。列車從現有隧道中駛出,左側為新隧道。圖片由 Ingvild Eikeland/Bane NOR/Norconsult AS 提供。

            信號系統為了將來的基礎設施設計作出改變

            基于 VR 游戲化技術在烏爾瑞肯隧道項目中的成功應用,Norconsult 將該技術定為一項標準操作程序,用于其所有鐵路項目以支持信號系統設計和審批。公司還在探索其他使用案例。例如,在城市輕軌項目中,Norconsult 使用 VR 游戲體驗來獲取列車操作員的反饋意見,從而優化自行車和應急車輛用交通車道的設計。同時,客戶使用沉浸式環境向高級管理層和社區利益相關者做演示,從而通過 VR 可視化技術的幫助更容易更積極地獲得他們至關重要的支持和認可。

            長期來看不難發現,VR 游戲化技術能夠引領我們進入主動設計的新時代,而不是停留在被動設計上。“對于我們而言,這改變了游戲規則。”Angeltveit 總結道。“利用我們的 BIM 提供交互式虛擬現實體驗為傳統保守的行業帶來了真正的變革。”

            卑爾根鐵路信號系統布局的 VR 渲染圖。圖片由 Norconsult AS/Bane NOR/Baezeni 提供。

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