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Norconsult

基礎建設改革者用 VR 遊戲簡化了斯堪地那維亞地區的隧道設計

引領未來智造

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相片由 LimbForge 提供

虛擬環境能在建造之前指出實際的設計問題

基礎建設專案裡,不管什麼東西都很大:預算、時程、範疇,最重要的是它的風險。建築、工程與設計顧問公司 Norconsult 在設計挪威卑爾根鄰近的新鐵路隧道時,針對鐵路信號系統這個重要卻繁複的設計需求應用了先進的科技,而降低了一大風險。為了防止因為不正確的標誌和信號導致施工延遲,增加營造成本,Norconsult 在基礎建設設計內運用 3D 模型和 VR 遊戲化技術來幫助他們預測設計上可能發生的問題。Norconsult 所建立的互動遊戲環境已為簡化設計評估、驗證、最佳化和核准等程序建立了新的標準。

培養新創精神的巨大組織

Norconsult 建立於 1929 年,是挪威規模最大的跨領域技術顧問公司,該公司向機場、公共活動場地、油田、高速公路、醫院、水壩、橋梁、鐵路、隧道等項目的設計和營造提供專業知識,這些只是他們名下 20,000 個專案的一部分,成果十分豐富。

Norconsult 位於挪威首都奧斯陸鄰近的桑維卡,公司內有 3,300 名員工,有 88 個全球辦事處,雖然巨大的規模也是一種資產,但是也可以說是一種缺點:組織規模越大,效率就越差,而為了在公司內實現較小而靈活的企業特性,Norconsult 建立了稱作「尖端小組」(Bleeding Edge) 的內部團隊。尖端小組成員湯瑪士‧安潔費特 (Thomas Angeltveit) 解釋道:「我們是一個 30 到 40 人之間的團隊,由公司裡最創新的員工組成,我們會推展技術開發,讓工作更有效率,也能提供客戶更優良的產品」,安潔費特是土木工程師和 BIM 統籌員,透過 Norconsult 令人振奮的交通實踐來提倡使用 3D 模型和技術的優勢,「我們會一直使用最新科技,盡可能成為最優質的顧問。」

Norconsult 鐵路團隊 BIM 統籌員湯瑪士‧安潔費特從 2015 年就開始參與烏里肯隧道 (Ulriken Tunnel) 專案。由 Norconsult AS 提供。

疏通經濟要道

挪威奧斯陸和卑爾根之間的鐵路又稱卑爾根鐵路,在壯闊的北歐陸地上蜿蜒,全長 500 公里(約 310 英哩),它並非只是歐洲景色最迷人的鐵路這麼簡單,由於連通了挪威最大的兩個城市,因此也是經濟要道,能讓火車在這條鐵路上快速、順暢且安全地運行是很重要的。

這條鐵路的最終路段位於阿爾納 (Arna) 和卑爾根之間,需經過烏里肯山底下全長 7.8 公里 (4.8 英哩) 的烏里肯隧道,隧道建於 1964 年,是北歐地區交通最繁忙的單軌隧道,同時也是多年以來的交通瓶頸。安潔費特指出:「現有隧道的負載能力無法運送足夠的列車」來滿足乘客和運送上的需求。Norconsult 從 2010 年開始和挪威國營鐵路主管機關 Bane NOR 合作,進行建設第二條烏里肯隧道,以便和原先的隧道並行,從而讓隧道的負載能力加倍,

這項專案預計在 2022 年完工,但是對建築師來說是極大的挑戰,因為不僅要在烏里肯山下面鑿出新的隧道,同時又要升級目前的隧道和相關鐵路站點,而且進行這些工程時都不可以干擾目前鐵路的交通情況。

卑爾根鐵路終點站:卑爾根站的彩現影像。由 Norconsult AS/Bane NOR/Baezeni 提供。

鐵路安全是第一考量

為了在不干擾舊隧道或鐵路服務的狀況下建設新的烏里肯隧道,Bane NOR 需要動用 1,800 噸的隧道挖掘機 (TBM),而開挖烏里肯山底下堅硬岩石需要 18 個月,這是挪威第一次用隧道挖掘機挖通鐵路隧道,通常都是用傳統的爆破方式,而要開挖烏里肯山的堅硬岩石,需要 18 個月的時間,

這麼大型的基礎建設專案不只需要面臨技術上的挑戰,也要克服行政上的困難,鐵路專案裡,最困難的一點就是要為標誌與信號系統獲得法規上的核准,因為這是鐵路安全上最重要的部份。安潔費特說:「鐵路專案裡最難的就是通過信號系統的核准,這是鐵路裡極其重要的部分,這個系統會負責營運所有東西,如果列車駕駛看不到信號,導致開得太遠或沒停下來,就會導致整個鐵路系統停擺。」

隧道挖掘機在 2017 年 8 月 29 日打通位於卑爾根的烏里肯山。由 Warren Eversley/Bane NOR/Norconsult AS 提供。

系統遊戲化

為了因應烏里肯隧道的複雜設計和營造上的挑戰,Norconsult 運用建築資訊模型 (BIM) 讓公司能以更有效率的方式協調跨領域事務。安潔費特說:「BIM 是我們專案能成功的最關鍵要素,讓我們現在可以很快速地開發新技術。」隧道專案和鐵路站點升級所用的 BIM 模型是以 AutoCADCivil 3DRevit (英文) 搭配 Navisworks (英文) 和營造團隊進行協作而完成的。

要解決信號系統上的行政挑戰,需要各種不同的方法,通過核准之所以困難,是由於信號通常在列車駕駛可以測試之前很多年就已經先裝好了,所以發生錯誤是很常見的事情。安潔費特當時想:如果列車駕駛可以更早展開測試,要通過核准不就簡單多了嗎?

為了瞭解這個想法可不可行,他想到用 BIM 模型搭配虛擬現實技術,創造出一個遊戲環境,讓列車駕駛可以在實際建設之前就先「開開看」未來的鐵路。安潔費特解釋:「我們有各種領域適用的模型,同時就是交給承包商的模型,然後我們就把它們套入遊戲引擎裡。」團隊成員用 3ds Max 繪製 3D 模型動畫,再透過 ReCap (英文) 來利用列車駕駛艙等實際物體的雷射掃描數據加強模型。

  • 身歷其境的 VR 遊戲可以讓列車駕駛用由實際列車的 3D 雷射掃描所做出的模擬駕駛艙內「開」過新的烏里肯隧道。

  • 使用者在開這段鐵路時,會用道床上的公尺記號判斷和最近的信號之間的距離,在玩遊戲的時候標記信號會發生的問題。

  • 鐵路駕駛建議移動隧道裡面的部分信號,讓它們更容易看見,並省下在實際營造之前變更計畫會花費的大量成本。

  • 虛擬環境也會顯示隧道內的材質和設備,以便模擬緊急狀況,並支援營運和維修工程上的訓練。

  • 「無人機模式」可以用鳥瞰方式從烏里肯隧道的入口處檢視升級過後的阿爾納站。

圖片由 Norconsult AS/Bane NOR/Baezeni 提供。

親身體驗可能發生的情形

在遊戲中,列車駕駛會在土木工程師的監督下開過虛擬鐵軌,而土木工程師會用駕駛的表現來評估標誌和信號擺設的情況。安潔費特解釋說虛擬環境「會讓你感覺身歷其境,如果你想讓還沒蓋好的東西通過核准,那這就是很大的優勢。」工程師透過反覆進行的設計程序改良並最佳化信號系統,安潔費特繼續指出:「和列車駕駛一起合作,可以讓我們更加了解駕駛的思考過程,讓我們可以從駕駛真正列車的體驗中獲得幫助。」

透過把遊戲作為緊急應變人員的視覺輔助工具,Bane NOR 也從中獲得了其他幫助,人員用「無人機模式」玩遊戲,也就是從無人飛機的角度來檢視整個專案工程,即可更加熟悉各種撤離路線,或模擬緊急狀況。類似的擬真環境還能幫助專案成員預測營運和維修上的需求,幫助成員為使用者最佳化建築和基礎結構上的設計。安潔費特說:「這給我們帶來了很多可能性。」

影像由 Norconsult AS/Bane NOR/Baezeni 提供(2:18 分鐘)

比以往更好且更安全的隧道

隧道預計於 2022 年完工,而在 2017 年八月 TBM 成功打通烏里肯山時可以算是達成了一個里程碑。新的雙軌鐵路完成後,就有更多列車可以用更快的速度、更多的班次來載送更多乘客和貨品,來回阿爾納和卑爾根之間。

在此之前,BIM、VR、遊戲之間的搭配已經為 Norconsult 帶來成果,讓他們在 Autodesk 2017 年全球工程建設行業全球卓越獎 (英文) (AEC Excellence Awards) 競賽中贏得第三名的佳績。根據安潔費特指出,VR 遊戲體驗帶來的好處包含簡化法規審核流程,比標準核准時間少了好幾年;由於遊戲讓非專業的使用者也能用雙眼親自了解專案計畫,因此有更多利害關係人願意買進;最重要的是,由於在實際施工之前就能修正錯誤,而不是事後修正,因此減低了成本,

也許其中最大的好處還是隧道本身,因為這個遊戲的關係,隧道即使在營造人員不在了以後還是能以極佳狀態營運長長久久,安潔費特說:「最終來說,我們能夠協助做出比以往更好、更安全的隧道和站點。」

建設中的阿爾納站,列車從現有的隧道中駛來,左方即是新的隧道。由 Ingvild Eikeland/Bane NOR/Norconsult AS 提供。

為未來基礎建設設計進行的信號變更

基於烏里肯隧道的成功案例,Norconsult 已將 VR 遊戲化技術列入該公司所有鐵路專案的標準作業程序,以便支援信號設計和核准程序,同時也在探索其他用途,例如 Norconsult 就在城市輕軌列車的專案內使用 VR 遊戲體驗向列車駕駛取得意見回饋,以便為腳踏車和緊急車輛最佳化交通線路;而客戶則利用擬真環境向高層管理階級和社群利害關係人進行報告,有了 VR 視覺化技術的幫忙,更容易獲取所需的重要支持和買進了。

長期來看很容易就能了解,VR 遊戲化技術能為我們帶來一個主動而非被動設計的新紀元,安潔費特的結論是:「對我們來說,這真的改變了一切,能夠用互動虛擬現實體驗搭配我們的 BIM 模型,真的在傳統工業現況裡投了一個震撼彈。」

卑爾根鐵路信號擺設的 VR 彩現影像。由 Norconsult AS/Bane NOR/Baezeni 提供。

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