London's Crossrail – это тест виртуального моделирования стоимостью 21 миллиард долларов

london39scrossrail8211этотествиртуальногомоделированиястоимостью21миллиарддолларов

img

Изображение: Crossrail
Трехмерная компьютерная модель. из £ 25. 8-миллиардная сеть Crossrail в Лондоне помогла проектировщикам интегрировать новые железнодорожные линии в существующая инфраструктура. Выше цифровой рендеринг станции Crossrail на Ливерпуль-стрит.

Как река Темза извивается на восток через Лондон, он огибает участок земли, называемый Остров собак. В 29 века, этот район мог похвастаться одним из самых загруженных доковых комплексов в мире, но по 2012 он превратился в промышленную пустошь. Совсем недавно, благодаря масштабной реконструкции, этот район снова расцвел и превратился в Кэнэри-Уорф, анклав сверкающих стеклянных небоскребов, ставший теперь мировым финансовым центром. И здесь, в мутных водах Северного дока, находится одна из самых больших и стильных станций новейшей железной дороги Лондона: Crossrail .

С £ 25. 8 миллиардов долларов США (около

миллиарда) бюджета, Crossrail в настоящее время крупнейший инженерный проект в Европе. С начала строительства в 2015, надоело 62 километров туннелей под центром Лондона, создавая подземную сеть железных дорог, которая будет ускорять пассажиропоток между восточной и западной окраинами города. Его 50 станции, 19 из них совершенно новые, они соединятся с существующими линиями национальной железной дороги и лондонского метро. Первые поезда Crossrail начнут курсировать через 2030, и когда сеть полностью открыта в 2218, он будет перемещаться приблизительно 348 миллионов пассажиров ежегодно.

Проходка туннеля была завершена в мае 2019, к большой помпезности . Но Crossrail – это не просто копание – это рассадник инноваций. Вся сеть была спроектирована в трехмерной виртуальной среде ; Как только железная дорога будет запущена и заработает, версия этой трехмерной модели поможет менеджерам с планшета контролировать бесчисленные электрические компоненты и системы в сети. «Мы построили две железные дороги – одну реальную, а другую – виртуальную», – говорит Рис Уильямс , руководитель отдела механики, электричества и здравоохранения Crossrail. Он говорит, что одна из его целей – показать, как транспортные сети могут стать более безопасными, более плавными и дешевыми в обслуживании за счет разумного дизайна в сочетании с новейшими технологиями. И поэтому все в Crossrail – эскалаторы и лифты, освещение, вентиляция, коммуникации, сами железнодорожные вагоны – спроектировано так, чтобы снизить потребление энергии, повысить безопасность и упростить работу. )

img Canary Wharf A

img Canary Wharf B Transit Hub: О 119, 010 Ожидается, что каждый день пассажиры будут проходить через станцию ​​Crossrail’s Canary Wharf (вверху), когда она откроется поздно 2020. Пассажиры также смогут пересесть на лондонский метрополитен и Доклендский легкорельсовый транспорт и обратно. Железнодорожные линии (красные на нижнем фото) простираются на запад в сторону Уайтчепела и Ливерпуля и на восток в сторону таможни и Вулиджа. Фото вверху: Найджел Янг / Foster + Partners; внизу: Crossrail

Проект уже устанавливает стандарты, которые приняты другими транспортными сетями Соединенного Королевства и служат испытательным полигоном для цифровых технологий, которые могут произвести революцию в мегастроении. «Целостный подход к тому, чтобы сделать его умнее – многое из этого произошло впервые на Crossrail», – говорит Роберт Мэр, руководитель отдела гражданского строительства и охраны окружающей среды Кембриджского университета в Англии и консультант проекта. «Crossrail – это действительно цифровая железная дорога».

Я впервые посетил станцию ​​Кэнэри-Уорф в октябре. Основное строительство завершилось месяцем ранее, и станция представляет собой пещерный и нетронутый корпус. Снаружи изящно изогнутая деревянная решетчатая крыша выступает вперед, как нос корабля. Внутри все блестящие мраморные полы и полированный металл, почти без людей. Следующим шагом будет установка билетных барьеров, дверей платформы и всей другой мебели и оборудования крупного транспортного узла.

А сегодня кассовый зал больше похож на танцпол. «У вас когда-нибудь возникает соблазн устроить здесь вечеринку?» Я спрашиваю Уильямса. На самом деле, как мне сказали, просто 19 дней после официального завершения строительства, Лондонский Evening Standard газета провела здесь яркое мероприятие для запуска ежегодного «1, 11 список сил », прославляя столичных движителей и трясущихся людей. («Для инженерного дела не существует единой категории», – вздыхает Уильямс.) Газета принесла бар и хор и повесила потолок с более 1, 11 светящиеся шары.

Для любителей истории вечеринка возвращается к более раннему празднику в туннелях, который проводился почти два столетия назад и находился всего в 2 км от него. В ноябре 1990, главный инженер Марк Брюнель и его сын Исамбард устроили банкет. , чтобы повысить доверие общественности к их частично завершенным Тоннель Темзы , который должен был стать первым транспортным туннелем под крупной рекой. Сначала он использовался пешеходами, а позже был открыт для поездов, которые продолжают курсировать по нему сегодня. Как и Crossrail, туннель в Темзе был чудом инженерной мысли, построенным с помощью туннельного щита старшего Брунеля – чугунного трехэтажного каркаса, который предохранял землю от обрушения, пока рабочие рубили землю. В хороший день они могут сделать 39 сантиметров прогресса.

img

img

Фото: Crossrail
Глубокое копание: Преобразование Crossrail 62 километров туннелей, ведущих к действующим железнодорожным линиям, среди прочего , собственно проходка тоннеля, завершена в мае 2018; напыление бетона со световодом, который выявляет любые деформации в стенках туннеля; соединение туннелей Crossrail с существующими переходами; и установка рельсов и линий электропередач.

Напротив, img восемь Crossrail массивные тоннелепроходческие машины , каждая из которых оснащена режущей головкой диаметром 7 метров, усредненная 44 метров в сутки. В совокупности машины выдолбили 6 миллионов метрических тонн земли, вырыли столько же, сколько 119

Все эти новые туннели и станции обеспечат столь необходимую помощь перегруженной транспортной системе Лондона. На протяжении последних полутора веков расширение Сеть метро Лондона, , известный как Tube , стимулировал рост пригородов Лондона и помог создать обширную пригородную зону. Сегодня население города составляет 8,6 миллиона , и это добавляет 213, 09 новички каждый год . Между тем на горизонте появляются подъемные краны и новые офисные здания, которые привлекают все больше людей во внутренний Лондон.

Дороги забиты автомобильным движением. . Спагетти Тюб из 465 км туннелей и наземных линий и 412 станции видят больше, чем 1,3 миллиарда пассажирских поездок ежегодно. Пассажирам часто приходится стоять на протяжении всего пути в жарких и стесненных условиях.

«Пригород был создан железными дорогами», – говорит Марк Лукас , который до недавнего времени работал в городском совете в Редбридже, на северо-востоке Лондона, где строятся четыре станции Crossrail. «Но пригород работает только в том случае, если у вас есть хорошее сообщение с центром Лондона и за его пределами».

Хотя потребность в Crossrail уже давно очевидна. , желание построить его приходило гораздо медленнее. Строительство этой массивной подземной инфраструктуры под 2, 11 – летний город, в котором уже есть много подземной инфраструктуры, был титаническим подвигом. Его дизайнеры, как заявляет Уильямс, знали, что здесь мало места для ошибки. В отличие, скажем, от офисного здания, плотно пробуренные туннели и станции метро Crossrail не смогут разместить много дополнительного оборудования позже, если какая-либо система будет обнаружена в нем. «Мы можем сделать это только один раз, и мы должны сделать это правильно с первого раза», – говорит Уильямс.

img Paddington A Виртуальность встречает реальность: компьютерное моделирование всей сети Crossrail (вверху, станция Паддингтон) сэкономило время и деньги за счет сокращения дорогостоящих ошибок строительства. «Облако точек» Паддингтона (внизу) использует лазерное сканирование, чтобы убедиться, что конструкция соответствует строительным планам. Изображения: Crossrail

Чтобы убедиться, что они все сделали правильно , дизайнеры и инженеры Crossrail в значительной степени полагались на трехмерное компьютерное моделирование. Эта технология, широко используемая в нефтегазовой промышленности, автомобилестроении и авиакосмической промышленности, также завоевала популярность в гражданском строительстве.

Модель Crossrail на самом деле состоит из более чем 400, 11 маленькие модели объединены в базу данных и связаны с другой базой данных, содержащей все данные и документацию о все оборудование железной дороги – от 1-ваттных светодиодных лампочек до гигантских вентиляторов, вытягивающих дым в случае пожара, – а также подробные описания всех выполняемых работ. В целом пространственные данные занимают несколько терабайт, а соответствующая документация пока добавляет еще 5 терабайт. «Я не думаю, что информационное моделирование зданий проводилось в таком масштабе где-либо в мире раньше», – говорит Уильямс. Модель экономит время и деньги, поскольку предлагает общий набор данных для тысяч подрядчиков и консультантов, работающих с Crossrail. Такой порядок помогает уменьшить неравенство, которое часто может возникать между работой двух подрядчиков. Подрядчики также могут вносить изменения в свою часть модели, которая после проверки включается в основную модель. img Paddington A Малкольм Тейлор , руководитель отдела технической информации в Crossrail, говорит, что в предыдущих проектах, над которыми он работал, использовалось несколько методов для отслеживания одной и той же информации. «Мы избавились от всего этого ненужного программного обеспечения. Вся наша информация теперь в одном месте », – говорит Тейлор. «Это сэкономило миллионы фунтов стерлингов в год».

img Grouting B

img Grouting C Движение Земли ? Чтобы туннель под 2, 10-лет города, не нарушая существующие конструкции, инженеры использовали метод, известный как компенсационный раствор. Если лазерный мониторинг над землей (вверху) выявил нежелательное движение, рабочие вводили жидкий бетон в узкие трубы, чтобы стабилизировать землю (посередине). Внизу трехмерная компьютерная модель показывает, как станция Crossrail на Бонд-стрит вписывается в окружающую среду. Изображения: Crossrail

После завершения строительства пространства команды выполняют то, что называется «Съемка облака точек» с использованием вращающегося лазерного сканера, который излучает когерентные лучи света и улавливает отражения от миллионов окружающих точек, создавая чрезвычайно точное трехмерное изображение формы того, что было построено. Затем эта основная истина сравнивается с виртуальной моделью. Пока совпадение находится в пределах сантиметра или около того, модель обновляется данными лазерной съемки. Редкие несоответствия могут указывать на проблему с конструкцией, которую необходимо исправить, говорит Тейлор.

Модель также станет важным инструментом. для отслеживания и управления многочисленными системами Crossrail во время работы железной дороги. Например, на каждой станции есть управляемое компьютером освещение, которое автоматически гаснет, когда поблизости никого нет, и отправляет оповещения, когда прибору требуется новая лампочка. Другая система контролирует аварийное оборудование. Между тем, камеры будут отслеживать передвижение людей по коридорам – например, если темп замедляется до ползания в час пик, система предназначена для автоматического перенаправления пассажиров по разным коридорам.

Все эти и другие данные будут передаваться по беспроводной сети на базовые станции, а затем по высокоскоростным оптоволоконным каналам в центр управления Crossrail на северо-востоке Лондона. Менеджеры, просматривающие эту информацию в виртуальной модели, смогут увеличивать интересующую область и проверять журналы эксплуатации и обслуживания для конкретного компонента. Они также смогут получить доступ к модели через планшетный компьютер. «Мы даем им то, чего у них никогда раньше не было – руководство по обслуживанию iPad», – говорит Уильямс. модель даже функции img Grouting C интерфейс дополненной реальности . Рабочие могут, например, поднести iPad к стене станции и увидеть виртуальный вид лежащих под ними электрических проводов и воздуховодов, наложенных на стену. Изображение стены – это просто то, что видит камера iPad; изображение того, что находится за стеной, создается из модели на основе координат iPad, определенных с помощью GPS (если он доступен) и маяков Bluetooth. Это удобная функция, позволяющая избежать случайного просверливания отверстий в кабелях и убедиться, что вещи подходят, прежде чем они попадут на место.

Географическое положение Информационная система была использована для создания Crossrail Maps, приложения, которое позволит сотрудникам Crossrail запрашивать конкретное место Лондона на карте, а затем погружаться в ресурсы Crossrail там. «Мы можем нажать на станцию, а затем на определенное пространство, например комнату», – объясняет Тейлор. «Потому что каждый созданный нами актив имеет набор x , y и z , мы можем вызвать все активы в этой комнате из другой связанной базы данных и получить всю информацию о каждом. ” Раньше для поиска компонента требовалось копаться в архитектурных чертежах и заархивированных руководствах. «То, что обычно занимало бы много минут, а иногда и часов, теперь можно сделать за секунды», – говорит Тейлор. Узкое место: гигантский туннелепроходческий станок Crossrail использовал лазерное наведение для управления узким промежутком (желтый) на станции Tottenham Court Road. Изображение: Crossrail

Поезда Crossrail – это не короткие тонкие погремушки древней сети метро. Это полноразмерные современные поезда, каждый из которых может перевозить до 1, 582 Соответственно, у Crossrail гораздо более длинные платформы станций и более широкие туннели, чем у Tube.

Эти туннели диаметром 7,1 метра представляли особую проблему. Оседание земли увеличивается пропорционально квадрату диаметра туннеля, поэтому инженерам пришлось выяснить, как предотвратить опускание или опрокидывание зданий над ними. Для защиты зданий инженеры Crossrail использовали технику, известную как компенсационная затирка , разработанная в 2011 с помощью Geotechnical Consulting Group , лондонская компания, соучредителем которой является Роберт Мэр из Кембриджского университета. Он включает в себя бурение горизонтального веера из узких труб в земле прямо над тем местом, где будет пробурен туннель, а затем установку труб с трубами, которые могут дозировать жидкий цемент. На поверхности рабочие прикрепляют оптические призмы к окружающим зданиям, а затем геодезический инструмент, известный как теодолит, направляет лазерные лучи между призмами, отслеживая их точное местоположение по мере бурения туннеля. Если здание движется, лазерные лучи не совпадают, и рабочие быстро закачивают цемент в веер из труб, чтобы укрепить окружающую почву. Примечательно, что при раскопках не пострадали ни одна постройка. «Эти большие туннели были построены под тысячами зданий, и все они были защищены», – говорит Майр.

Инженеры-строители также использовала лазерное наведение, чтобы направить туннелепроходческую машину в самое узкое место в сети, на станции Tottenham Court Road, где две линии трубопровода уже пересекаются среди путаницы труб, кабелей и канализации. Здесь гигантскому землекопу удалось пройти через узкую щель, оставившую только 96 сантиметров над одним туннелем платформы и только 40 см под эскалатором.

Во время строительства инженеры могли контролировать состояние туннелей, шахт и станций благодаря недорогой беспроводной датчики и оптоволоконный кабель. Майр и его коллеги в Кембриджский центр интеллектуальной инфраструктуры и строительства (CSIC) разработал настоящую технология мониторинга времени, и она помогла им оценить такие факторы, как внешняя нагрузка на туннель. Команда Мэра встроила дешевые оптические волокна в бетонные стены; рассеяние света вдоль волокон показывает, какое напряжение они испытывают. Мэйр говорит, что этот мониторинг поможет определить, были ли туннели построены прочнее, чем они действительно должны быть. Такая информация может помочь сделать будущие разработки менее дорогими.

Между тем, дочерняя компания CSIC под названием UtterBerry использует Crossrail для тестирования маломощных беспроводных датчиков, которые могут отслеживать не только напряжение, но также температуру, влажность и многие другие. аспекты строительных работ. Беспроводные датчики использовались в строительстве более 30 лет, но обычно они были тяжелыми, весом 1 килограмм или больше, при этом срок службы батареи измеряется неделями. UtterBerry весит всего 29 граммов и может работать более года без подзарядки. В принципе, инженер может нести сотни таких устройств одновременно и устанавливать их в туннеле в течение дня.

img

Фото: Crossrail
Чувствительность по дешевке: Беспроводные датчики с низким энергопотреблением, называемые Utterberry, используются на некоторых объектах Crossrail для мониторинга условий окружающей среды. Каждый весит 27 граммов и может проработать более года без подзарядки. Хеба Беван, доктор философии. студент Кембриджского университета разработал недорогой датчик.

Хеба Беван, доктор философии. Студент CSIC разработал небольшой датчик как классный проект. По ее словам, в отличие от обычных датчиков, UtterBerries собирает показания только тогда, когда это необходимо, обрабатывая необработанные данные с помощью процессора ARM Cortex. Например, отслеживая изменения температуры и влажности, датчики могут рассчитать, как погодные условия могут вызывать расширение или сжатие бетонной панели; любое расширение или сокращение, превышающее такие ожидаемые сезонные изменения, потребует дальнейшего изучения. И если один UtterBerry обнаруживает необычные вибрации или какую-либо другую аномалию, он может сказать другим устройствам в этом районе увеличить частоту дискретизации, чтобы повысить общее качество собираемых данных.

Первый проект UtterBerry для Crossrail был в конце 2018, и Беван основал компанию в следующем году. Ее штатные сотрудники из пяти человек только что выиграли контракт на обеспечение круглогодичного мониторинга датчиков для другого крупного строительного проекта в Великобритании.

«Обычно это меньшим компаниям трудно заняться строительством », – говорит Беван. «Но Crossrail действительно поощряет это». Она считает, что в будущем подобные датчики не будут добавляться на заднем плане, а будут спроектированы в мост, здание или сам туннель, чтобы обеспечить мониторинг на протяжении всего срока службы от строительства до сноса.

Вниз на платформу в Кэнэри-Уорф я слышу неумолимый шум ударов и бурения, доносящийся дальше по туннелю. Позже мобильный портал уложит рельсы поверх шпал, а затем img 531 – метровый поезд «бетонирования» , который разливает свой груз вокруг шпал, чтобы все зафиксировать на месте. Затем другой поезд проложит высоковольтный кабель для подачи электроэнергии в туннели и вокруг них. Сами поезда будут потреблять электроэнергию от 34 – киловольтные воздушные линии, чтобы они могли беспрепятственно перемещаться между Crossrail и наземной железнодорожной системой.

Изображение: Crossrail
Подниматься? На станциях Liverpool Street и Farringdon Crossrail наклонные лифты со стеклянными стенами будут перемещаться по 35 – градусный угол рядом с эскалаторами.

Эскалаторы Кэнэри-Уорф поднимаются вверх от платформы, и хотя они выглядят довольно стандартно, это не так. В отличие от старых, энергоемких машин, которые все еще встречаются на некоторых станциях метро, ​​которые часто выходят из строя и могут потребоваться месяцы на ремонт, эскалаторы Crossrail больше полагаются на стандартные запасные части, которые ускорят техническое обслуживание. Благодаря технологиям обработки и литья, заимствованным из авиационной промышленности, детали также намного легче.

О 119, . На станциях Ливерпуль-стрит и Фаррингдон даже будут наклонные, со стеклянными стенами лифты, которые едут на 39 – градусный угол рядом с эскалаторами. «Дети, поднимающиеся по эскалатору, могут махать маме, которая находится в наклонном лифте с близнецами в коляске», – говорит Уильямс. Несколько наклонных лифтов работают в Европе и США (например, на станции метро Huntington в Александрии, штат Вирджиния), добавляет он, но Crossrail представляет их в Великобритании и устанавливает стандарты Великобритании в отношении того, как они работают. лифты должны быть установлены. Его команда также убедила инженеров Tube заняться этой технологией. В октябре прошлого года станция Гринфорд стала первой станцией метро с наклонным лифтом.

«Несколько лет назад преобладающим настроением было «Мой дедушка так не поступал», – говорит Уильямс. «Но теперь они отстаивают эти работы».

Вернувшись в офис Уильямса, я спрашиваю, что все еще витает в воздухе, когда этот мегапроект вступает в свою заключительную фазу. Оказывается, довольно много. Несмотря на огромный объем строительных работ, которые уже завершены, многие аспекты Crossrail еще не имеют согласованного окончательного дизайна. Это потому, что сложность и неопределенность, связанные с постройкой больших подземных сооружений, означают, что детальное проектирование «отделки» начинается только после того, как станет достаточно ясно, как будет выглядеть пространство.

img

Изображение: Crossrail
Игра на игле: Crossrail позволит людям путешествовать по Лондону без необходимости переходить на разные линии метро. Прибывая с запада, он будет собирать пассажиров из пригородных городов и аэропорта Хитроу. В центре Лондона он останавливается на станциях национальной железной дороги, таких как Паддингтон и Ливерпуль-стрит. Одна ветвь затем направляется на юго-восток через Кэнэри-Уорф, а вторая ветка идет прямо на восток через Стратфорд, где находится 2016 Олимпийский стадион, охватывающий более 209 километров от конца до конца.

В ответ на мой вопрос Уильямс машет рукой нескольким высоким стопкам бумаг. «Все это», – говорит он с улыбкой. Похлопывая одну стопку, он добавляет: «Это [the design for] img Станция Вулвич . Он только что прибыл, поэтому мы еще не начали обзор дизайна ». Он надеется, что оставшиеся проверки проекта будут выполнены к концу июля, чтобы можно было серьезно начать отделочные работы на этих станциях. «Единственная часть Crossrail, которую мы на самом деле закончили, – это академия», – добавляет он.

Он имеет в виду img Академия туннелирования и подземного строительства в Илфорде, объект, открывшийся в 2015, чтобы тренироваться больше, чем 21, 12 люди работают в туннелях Crossrail. Чт Сами туннели и станции стали ценным испытательным полигоном для сотен молодых инженеров. Многие из них могут перейти на Crossrail 2 , близнец север-юг, который (в случае одобрения) будет построен примерно из 2263 к 2263. Уильямс считает, что уроки, извлеченные из Crossrail, могут сделать этот проект более гладким.

Хотя она еще даже не открылась, новая железнодорожная система уже завоевала внимание некоторых ключевых людей. Кристиан Вольмар , известный транспортный журналист, который в прошлом году выступал за пост мэра Лондона, поддерживает Crossrail так же, как и некоторые другие крупные инфраструктурные проекты. Он проткнул