Новая линия высокоскоростной железной дороги в Германии призвана устранить узкие места в транспортной сети и сократить время поездок, тем самым увеличив пассажиропоток на участке железнодорожной магистрали между городами Гельнхаузен и Фульда. Около двух третей исследуемого маршрута, общая длина которого составит приблизительно 100 км, пролегает в тоннелях. Поэтому при создании трехмерных геотехнических моделей перед проектировщиками встают такие вызовы, как сложная структура подстилающих пород, решение задач по управлению данными и координации работ.
Томас Шнайдер, геолог в Prof. Quick und Kollegen Geologist, делится с нами подробностями реализуемого компанией проекта, цель которого — определить оптимальный вариант прокладки высокоскоростного железнодорожного маршрута и выполнить техническое обоснование прокладки тоннелей (Видеоролик предоставлен Prof. Quick und Kollegen).
Чтобы добиться запланированного к 2030 году показателя роста пассажиропотока на 30 %, необходимо построить в Германии между городами Гельнхаузен и Фульда (к северо-востоку от Франкфурта) двухпутную железнодорожную ветку. Новая линия высокоскоростной железной дороги приносит преимущества, но также ставит ряд непростых задач.
Национальный оператор железнодорожной сети Германии Deutsche Bahn Netz AG нанял компанию Prof. Quick und Kollegen, специализирующуюся на консалтинговых услугах в области гражданского строительства и геотехнического проектирования, поставив целью определить оптимальный маршрут железной дороги и выполнить геотехническое обоснование строительства тоннелей с учетом необходимости защиты окружающей среды и местного населения.
”«Мы провели геологические изыскания для двух возможных маршрутов протяженностью около 50 км каждый, при этом около двух третей от их суммарной протяженности в 100 км проходит через тоннели», — говорит Томас Шнайдер (Thomas Schneider)
Столкнувшись с многочисленными трудностями при создании геотехнических 3D-моделей, такими как сложная структура подстилающих пород, решение задач по управлению данными и координации работ, Шнайдер и его коллеги осознали необходимость задействования рабочих процессов BIM-моделирования на базе подключенной программной среды с возможностью совместной работы с массивами данных.
Вооружившись программными комплексами PLAXIS и Leapfrog Works компании Seequent, они выстроили трехмерную геологическую модель, чтобы сформировать общую картину, которая послужила базисом для последующего выполнения более точных геотехнических расчетов.
«Благодаря инновационной интегрированной технологии геологического 3D-моделирования от Bentley и Seequent сотрудники нашего проектного офиса могут достичь максимально возможных стандартов производительности, эффективности и безопасности на нашем проекте, применив наилучшие решения с точки зрения экологии и экономики», — рассказывает Шнайдер.
240 км/ч
Прогноз прироста пассажиропотока к 2030 году на высокоскоростной линии (до 240 км/ч) составляет 30 %.
9,5 км
Самый длинный тоннель протяженностью 9,5 км расположен между городами Шлюхтерн и Миттелькальбах.
15 слоев
Проведены исследования более чем в 100 скважинах и созданы 15 слоев литологических разрезов, включая систему разломов, состоящую из 88 ограниченных разломами блоков.
Создание цифрового рабочего процесса BIM-моделирования
С учетом того, что в фокусе внимания было геотехническое обоснование строительства тоннелей, инженерно-геологические изыскания Prof. Quick und Kollegen включали в себя координирование и оценку информации из многочисленных различных источников, в том числе данные разведочного бурения, геофизических исследований, исследований в скважинах и лабораторных испытаний.
Проведя полевые изыскания и изучив записи официальных архивов, мы смогли составить качественную геологическую картину для понимания структуры и особенностей недр на участке, где будет осуществляться наш проект. Однако эта информация была доступна лишь в двумерном формате, и зачастую рассматривать ее можно было только изолированно, без связи с остальными источниками данных», — отмечает Шнайдер.
Одна из ключевых причин для выбора именно в пользу технологии трехмерного моделирования от Seequent заключается в том, что она позволила оцифровать данные геологоразведки из более чем 100 скважин и создать 15 слоев литологических разрезов в условиях невероятно сложной системы разломов.
«Самой трудоемкой для нашей команды задачей было точное отображение сложной системы подстилающих пород, в которую было необходимо включить все 88 блоков, ограниченных разломами», — поясняет Томас Шнайдер.
«Мы не были уверены, что какое-либо программное обеспечение — даже Leapfrog Works — в принципе способно обеспечить такой результат, однако с радостью убедились, что эта программа в полной мере обладает заявленными возможностями, а группы технической поддержки Bentley и Seequent работали с нами в тесной связке и помогали справиться с этой сложной задачей».
«При помощи Leapfrog мы смогли связать тектонические слои с нашими геологическими профилями, чтобы подтвердить информацию, полученную в ходе изысканий в пробуренных скважинах и геофизических исследований, при этом уделив особое внимание взаимному расположению линий разломов относительно маршрутов проектируемой железной дороги», — отмечает он.
Команда создала цифровой рабочий процесс с использованием программных решений Bentley и Seequent для моделирования двух вариантов прокладки маршрута железнодорожной ветки между немецкими городами Гельнхаузен и Фульда протяженностью около 50 км (Изображение предоставлено Prof. Quick und Kollegen).
Преимущества бесперебойного цифрового рабочего процесса
Шнайдер и его коллеги в полной мере воспользовались преимуществами, которые открывает взаимная совместимость PLAXIS 2D от Bentley и Leapfrog Works от Seequent для безошибочного выполнения геотехнических вычислений.
«Чтобы повысить точность нашей трехмерной модели, мы импортировали в нее цифровую модель рельефа и интегрировали данные топографического сканирования, выполненного при помощи БПЛА. А также использовали геологические карты и официальные данные скважинных исследований для создания профилей с географической привязкой, совмещенных с планируемыми железнодорожными маршрутами», — говорит Шнайдер.
«Мы имели возможность постоянно интегрировать данные замеров грунтовых вод в нашу геологическую модель для создания атрибутированной модели грунтовых вод, которая будет применяться как в целях мониторинга, так и для дальнейших расчетов.»
”«С учетом того, что значительная часть обоих маршрутов пройдет через тоннели, мы также задействовали нашу модель, чтобы определить расположение тоннелей под землей. Кроме этого, мы применили метод послойной выемки с закладкой, чтобы определить объем извлекаемой породы и осуществлять управление всеми возможными рисками», — сообщает он.
Результатом выполненных работ стала трехмерная геологическая модель с высокой степенью детализации (включая разрезы, продольные сечения и серии разрезов по заданной траектории), которая в полном объеме охватывает 200-метровую зону вдоль железнодорожного полотна.
«Теперь у нас имеется точный цифровой двойник, развернутый в программной среде на базе бесперебойного цифрового рабочего процесса и отражающий оба варианта проектируемой железной дороги, а также общее рабочее пространство с широкими возможностями для сотрудничества и доступом для всех задействованных в проекте сторон, которые могут продолжать оказывать поддержку проекту на всех этапах его реализации», — говорит Шнайдер.
Трехмерная модель, демонстрирующая взаимную совместимость между Leapfrog Works и PLAXIS 2D для определения геотехнических деформаций в подстилающем слое в пределах участка запланированной проходки тоннелей. (Изображение предоставлено Prof. Quick und Kollegen).
Управление ресурсами и рисками для уменьшения воздействия на население и окружающую среду
Для Шнайдера и его коллег в Prof. Quick und Kollegen этот проект является пилотным в аспекте задействования методов BIM-моделирования для нужд геотехнического проектирования. Они ожидают, что в ходе реализации проекта железной дороги Гельнхаузен – Фульда увидят еще больше преимуществ от использования технологий Bentley и Seequent.
«Уже сейчас мы наблюдаем положительный эффект от улучшения процесса передачи информации между сотрудниками компании и с участниками проекта из сторонних организаций, результатом чего — помимо более оживленного обмена мнениями — стала значительная экономия времени», — говорит Шнайдер.
«[Это] привело к существенным изменениям в подходах к реализации проектов. В условиях, когда вся необходимая информация консолидирована в единой прозрачной 3D-модели, доступ к которой реализуется при помощи облачного хранилища данных, все участники проекта работают с повышенным уровнем мотивации, а повседневные рабочие процессы упрощаются и оптимизируются», — отмечает он.
”Он добавляет: «При том, что цели нового проекта высокоскоростной железной дороги включают в себя управление растущим пассажиропотоком и предотвращение перегрузки транспортной сети, возможность запланировать проведение геотехнического обоснования проходки тоннелей играет важную роль в усовершенствовании управления ресурсами и рисками и в уменьшении воздействия на население и окружающую среду».
«В общем и целом, проходка тоннелей позволяет сберечь природу и исключить негативное влияние на местное население, так как тоннели значительно снижают уровень шумового загрязнения со стороны курсирующего транспорта в прилегающих к железной дороге населенных пунктах.»
«Мы надеемся, что история нашего сотрудничества с Leapfrog послужит источником мотивации для других компаний и рабочих групп, занимающихся геотехническим проектированием, чтобы они адаптировали свои методы работы к методикам BIM-моделирования и могли в результате получить аналогичные преимущества, что благотворно скажется и на окружающей среде», — говорит он.
Компания Prof. Quick und Kollegen вошла в число финалистов в категории «Изучение недр и моделирование» на церемонии вручения престижных премий «Переход на цифровые технологии в области инфраструктуры» компании Bentley за 2023 год. Усилия геолога Томаса Шнайдера и его коллег по развертыванию рабочего процесса BIM-моделирования и трехмерной модели с использованием решений PLAXIS и Leapfrog Works от Seequent для строительства новой высокоскоростной железной дороги в Германии получили должное признание.