在澳大利亚发展最快的城市，数字孪生引导铁路扩张

在澳大利亚发展最快的城市布里斯班，数字孪生和虚拟现实程序指导地下铁路的设计和建设。

关键要点

• 在澳大利亚布里斯班，一个不断发展的数字孪生正在帮助团队设计和建造地下跨河铁路项目，这是该市的第一条地铁。
• 工程师和设计师使用一个中央存储库来整合与新隧道和车站相关的所有数据，并与上面城市的真实模型相结合。
• 游戏引擎将孪生转变为虚拟现实工具，以浏览设计、规划复杂的构造并交流进度。

负责在澳大利亚发展最快的城市中心地带设计第一条地下铁路的团队知道这将是一项艰巨的任务，充满了基础设施方面的风险。在布里斯班繁华的大都市下开挖几层楼，建造广阔的地下车站——哪里会出问题？

距预定完工还有不到两年的时间，很明显他们做出了明智的选择。但一开始，没有人知道这项工作将涉及地理信息系统 (GIS) 的巧妙应用，创建该项目及其上方昆士兰州首府的详细且最新的 3D 模型，以及身临其境的数字使项目栩栩如生的孪生。

快速发展的昆士兰

昆士兰州政府将跨河铁路项目视为缓解人口压力的一种方式。到 2036 年，东南昆士兰都会区预计将再增加 150 万居民（这个数字本身就足以使其成为澳大利亚第五大城市），使该地区的总人口达到近 500 万。

Cross River Rail 项目将提供一条穿过布里斯班内城的 10.2 公里长的新线路，其中包括在布里斯班河和 CBD 下方运行的两条 5.9 公里长的隧道。作为 5.4b 美元项目的一部分，除了升级八个现有车站外，还将建造四个新的地下车站

这些新移民中的大多数将住在布里斯班以外，但在通勤距离之内。然而，许多新工作将位于布里斯班河北岸的布里斯班 CBD（中央商务区）。

目前的铁路基础设施不足以应对 CBD 方向火车交通的必要增长。 Cross River Rail 将在河下增加 6 公里的双隧道和四个新的地铁站。

更大、更好的模型

该项目宣布后不久，昆士兰州政府创建的监督机构跨河铁路运输管理局向世界另一端的同事征求意见。 2009 年启动的伦敦 Crossrail 项目具有类似的目标，即在整个伦敦市中心修建新隧道和十个新地铁站。

Crossrail 涉及在比布里斯班的密度还要高的都市区下方建设，其边缘极窄，以避免破坏现有的地下基础设施。 “他们就像我们崇拜的老大哥，”Cross River 的首席创新官 Russell Vine 说。

到 Cross River 的计划开始时，Crossrail 已经建设了将近七年。 Cross River 团队联系了他们的英国同行，询问如果可以重新开始，他们会做些什么不同的事情。

“他们基本上说，’我们会更快地构建一个更大、更好的 3D 数字模型，’”Vine 说。大哥接着给出了如何构建完美的 GIS 驱动的数字孪生体的三个步骤：

• 创建通用数据环境
• 规定所有承包商在他们的 3D 建筑模型中使用相同的标准，以便他们可以为项目全部组合成一个模型
• 让模型身临其境

广阔的使命

首先，Crossrail 建议 Cross River 为所有工作创建一个通用数据环境。任何与项目相关的数据集，无论格式如何——GIS、建筑信息模型 (BIM)、体积、摄影测量（一种使用照片的三维坐标测量技术），所有的一切——都应该在一个中央存储库中。

这是有用的建议。近年来，GIS 技术已经擅长将 BIM 模型和其他与项目相关的数据格式集成到 GIS 环境中。

BIM 模型是 3D 建筑模型。它们描述和描绘正在建造或挖掘的实际事物，而 GIS 则增加了上下文意识。

Wgabba Station 的 BIM 模型显示了指导施工所需的详细程度。

Cross River Rail 的联合 BIM 模型汇集了整个项目的项目范围细节。

对于隧道作业，部件的组成和顺序需要密切跟踪。

下一张幻灯片

幻灯片 1 幻灯片 2 幻灯片 3

参与项目的人员不仅可以将 BIM 模型视为漂浮在太空中的惰性物体，还可以想象周围的事物。在 GIS 中，他们可以看到每个结构如何融入地面基础设施（例如道路、道路和灯杆）、地下基础设施（连接公用事业服务的管道和线路）以及自然世界（景观、地下水，甚至野生动物）和生物多样性方面的考虑）。

该建议还帮助 Cross River 处理了广泛的任务。昆士兰州政府成立跨河铁路运输管理局时，要求该机构不仅要对铁路本身负责，还要负责规划和评估该项目的经济影响。

将这项任务纳入该机构的章程是有充分理由的。尽管 Cross River 的目标是预测该地区的未来发展，但它的位置意味着 Cross River 也将影响这些发展。

“Cross River Rail 就在 CBD 下方，因此车站周围的区域已经是城市下一步发展的黄金地段，”Vine 说。

联邦的一切

Crossrail 的第二条建议与来自该项目的许多承包商和分包商的 BIM 数据有关。英国人建议，创建一个“联合”BIM 模型。

这意味着将不同的 BIM 信息组合到一个描述所有内容的 BIM 文件中。为此，Cross River 需要确保每个签约实体都使用完全相同的数据格式、标准和协议。

“Crossrail 团队直到为时已晚才意识到，他们的所有承包商都在告诉 Crossrail 他们将如何提交他们的 BIM 模型——它已写入合同，”Vine 说。 “他们告诉我们，‘我们纵容了他们，我们不应该纵容他们。’”

铁路游戏

Vine 说，Crossrail 的第三个建议是“派对作品，每个人都喜欢的作品”，因为它是关于让模型身临其境。 “他们告诉我们，他们应该将所有数据放入游戏引擎，并将其转化为虚拟现实。”

将 BIM 模型放入虚幻引擎中，工程师和其他利益相关者可以在建造车站之前体验每个车站。

澳大利亚团队正是这样做的，他们使用 3D 游戏工具 Unreal Engine 将所有内容结合在一起，这样坐在任何地方的任何人都可以传送到他们要建造的地方。

“因此，我们拥有所有车站和所有隧道的联合 BIM 模型，以及 3D GIS 土地测绘，”Vine 说。 “但后来我们将它全部放入虚幻引擎中，转动神奇的游戏引擎手柄，它给了我们一个单一的虚拟现实。”

结果是 17 公里的沉浸式铁路基础设施可供探索，就像第一人称游戏一样，在屏幕上操纵网络场景或使用虚拟现实 (VR) 耳机。 Cross River 团队甚至用五向投影系统搭建了一个虚拟现实影院，让很多人可以一起探索这个项目。

虚拟现实组件超越了单纯的闪光，为非技术利益相关者（不直接参与 Cross River 的设计和施工的人）提供了一种在项目进行时查看项目的方式。它还为设计团队的成员提供了即使是最详细的 3D BIM 模型也无法提供的视觉评估。作为一个例子，Vine 提到了罗马街车站，那里的团队正在试验在大厅墙上安装一个巨大的艺术展览空间的方法，在他们最终确定设计和建造之前虚拟地尝试和测试不同的想法。

数字孪生扩展以捕获整个布里斯班

Cross River 对公共数据环境的承诺（英国人推荐的三点计划的第一步）标志着此类大型基础设施项目中 GIS 和 BIM 之间通常关系的转变。在过去，GIS 肯定会作为一个关键的支持者，一个为 3D 建筑 BIM 渲染添加上下文的主机。但鉴于记录火车站周围经济发展的任务，Cross River 提高了 GIS 的重要性。为了描绘这些地上区域，Cross River 需要熟练的 3D 地图，包括激光雷达传感器收集的数据以捕获工程级测量值。

这反过来又导致了另一个要求。地上数据也需要上下文。

如果目标是了解站点将如何影响 CBD 的经济发展，那么仅绘制站点周围区域的地图是没有意义的。您需要一张整个CBD 的地图。所有东西都需要完美地分层，这样地下的任何东西（车站、轨道、隧道、电缆和管道）在各个方面都与上面的东西对齐。

罗马街洞穴展示了双隧道地铁线路的复杂性。

工作人员进入罗马街洞窟进行检查。

这个罗马街车站地上部分的模型展示了巨大的艺术墙，这将是车站的一个显着特征。

结果是显示地块、公用设施和其他相关视觉信息的 3D 土地图层。 Cross River 对 3D 的使用甚至包括与 Brett Leavy 协商设计的材料，Brett Leavy 是一位自称为“文化遗产数字绝地武士”的人，他使用先进的 VR 技术重建前殖民时期的布里斯班。 Vine 解释说，Leavy 的意见有助于确保该项目尊重并尊重原住民的观点。

“我们从‘一切都是为了修建铁路’变成了‘啊，这也是为了重建城市，’”他说。 “我们最终制作了布里斯班的 3D 模型，因为只做一个就不可能不做另一个。”

没有尽头的孪生

Cross River 数字孪生是一项持续进行的工作。随着设计的最终确定和施工的进行，在承包商初始 BIM 提交中作为单个项目存在的楼梯或隧道在联合 BIM 模型中变成了具有数千个单独组件的组件。

除了 Cross River 项目之外，数字孪生没有理由不能继续永久增长，与布里斯班本身一起发展。 “关于跨河铁路，我们流传着一个笑话，你看得越多，它就越大，”瓦恩说，并指出在项目开始后，这座城市被选为 2032 年夏季奥运会的举办地。 “我们有机会把我们在这里所做的作为建设铁路线的一部分，并将其延伸到包括我们为奥运会建设所需的一切。”