当暴雨来袭 数字仿真如何“把脉”地铁系统?

随着全球暴雨极端天气变得更频繁,我们的地铁系统也正在经受考验。未来,数字化的解决方案将使人们能够更好地预警风险。

近年来,全球包括伦敦、纽约、东京在内的城市的轨道交通都在经受考验,这些城市的地铁系统拥有百年历史,设施已经陈旧,然而即便是拥有世界最新地铁系统的城市,面对极端天气的袭击,也可能不堪重负。

专家表示,随着三维建模以及BIM(建筑信息模型)等技术的发展,结合传感器收集的大数据,未来将能够更真实、智能地模拟地铁交通等城市基础设施遭受的灾害,从而提前应对决策。

有研究气候变化对城市影响的团队预测,到2100年,城市周围的海平面将至多上升接近3米,这将迫使整个易受洪水侵袭的社区进行整体重建规划,包括建立新型的地面轨道系统,比如用高架路代替隧道。但这些努力大多是长期项目,无助于应对近期出现的暴雨等极端天气。

在全球的其他地方,一些投资正在涌入城市基础设施的数字化管理,比如软件系统平台升级。法国达索系统大中华区技术咨询部技术总监冯升华博士对第一财经记者表示:“地铁的建设、运营和维护,以前基本是利用二维图纸设计的,对于可能出现的极端状况无法作出真实的预估。现在的地铁系统在设计的时候就已经采用3D BIM软件,可以利用3D仿真软件来模拟真实场景,也包括暴雨这类灾害场景。”

凭借3D体验平台,达索系统正在深度参与城市的数字化转型。冯升华告诉第一财经记者,在新加坡和中国一些城市的数字化建设中,已经开始考虑将地铁系统的数字化纳入到整体的智慧城市设计方案中。“建设这类城市平台最大的好处就是能够把各个部门的数据都集成到一个平台,有助于更加科学的决策。”冯升华对第一财经记者表示。

已经有多个国家的研究人员开始利用软件模型模拟洪水对地铁系统冲击的工作原理,日本大阪关西大学土木工程系研究员石垣泰辅(Taisuke Ishigaki)建造了一个拥有繁忙地铁系统城市的立体模型,然后释放了相当于约28厘米日降雨量的洪水。几分钟之内,洪水就冲破了几个地铁入口,并开始顺着楼梯涌入。仅15分钟后,立体模型的站台就淹没在2.4米深的水下。

石垣泰辅的研究现在已经为大阪庞大的地铁网络使用的洪水监测系统提供了参考,该系统在强降雨期间使用特殊摄像机监测地表洪水。超过一定危险水平时,水会激活紧急程序,其中最难防守的入口将最快在1分钟内被封锁,而乘客则通过其他出口迅速从地下疏散。日本还对防洪基础设施进行了其他投资,例如巨大的地下蓄水池和地铁入口的防洪闸。

哥伦比亚大学地球研究所的地球物理学家克劳斯·雅各布(Klaus Jacob)通过对地铁系统的洪水模型研究,预测了此后发生的大部分洪水。他的研究认为,系统和平台的升级是有效的,但需要更多的后备措施,从而有效遏制洪水对薄弱点发生的破坏。

冯升华对第一财经记者表示,达索系统的3D仿真系统已经有一些类似的场景模拟案例,比如在巴西,矿山附近的堤坝决堤对矿区的影响。“当洪水冲破堤坝,会淹到矿区,这与地铁被洪水冲击的情况类似,当雨下到一定的程度,我们的软件系统可以预测地铁什么地方比较容易进水,并结合雨量等数据,作出接近真实世界的决策。”他告诉第一财经记者。

冯升华强调大数据在洪水监测中的重要性。“我们需要与一些检测设备的数据联系起来,以便知道真实世界的情况。同时也需要做一些假设,比如水漫进地铁站时会产生多大的流速,什么时候水位会上升,这可以帮助我们改善规划,防止灾害的严重后果。”他对第一财经记者说道,“基于整体平台进行的城市规划的好处是,可以在平台底座之上叠加不同的数据层,比如水位的监测量,交通人流状况等,从而给出一个综合的解决方案。”

冯升华表示,城市的数字化建设是一个需要持续投入的过程。“一方面是根据城市发展的需要,会定义更多的决策场景;另一方面是从管理的角度,需要更好的规划以及数据采集。现在很多城市都已经有这个意识和想法,企业也都在积极参与到智慧城市治理中,提升城市的’软实力’。”他对第一财经记者表示。

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