大數(shù)據(jù)、云計(jì)算在軌道交通工程中的應(yīng)用需求

孟存喜

(1.中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，西安 710043； 2.軌道交通工程信息化企業(yè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710043)

大數(shù)據(jù)、云計(jì)算在軌道交通工程中的應(yīng)用需求

孟存喜

(1.中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，西安 710043； 2.軌道交通工程信息化企業(yè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710043)

大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、移動互聯(lián)網(wǎng)等新興行業(yè)和新技術(shù)正在改變著傳統(tǒng)的勘察設(shè)計(jì)、工程建設(shè)管理及維護(hù)模式。當(dāng)前軌道交通領(lǐng)域的設(shè)計(jì)階段已基本實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，但在某些環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)管理與處理能力仍需加強(qiáng)，更由于施工和運(yùn)營階段數(shù)據(jù)管理與處理手段、能力的限制，使得設(shè)計(jì)成果未能得到充分應(yīng)用，難于實(shí)現(xiàn)全階段信息的集成和共享，制約了軌道交通領(lǐng)域的信息化建設(shè)。從龐雜的資料或海量數(shù)據(jù)中研究應(yīng)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算技術(shù)解決問題的途徑是軌道交通工程信息化需要解決的關(guān)鍵問題之一。由于軌道交通工程領(lǐng)域?qū)Υ髷?shù)據(jù)和云計(jì)算技術(shù)研究起步較晚，目前這些技術(shù)能用到該領(lǐng)域全生命周期哪些方面是值得研究的問題。本文結(jié)合大數(shù)據(jù)和云計(jì)算的特點(diǎn)，對軌道交通工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營維護(hù)各階段可能的應(yīng)用需求進(jìn)行分析，旨在為今后研究工作提供參考。

軌道交通工程；全生命周期；大數(shù)據(jù)；云計(jì)算;應(yīng)用需求

【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2015.05.11

引言

移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、遠(yuǎn)程技術(shù)服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同設(shè)計(jì)、工程仿真、3D打印、真實(shí)感場景設(shè)計(jì)、BIM等新興行業(yè)和新技術(shù)正在改變著傳統(tǒng)的勘察設(shè)計(jì)、工程建設(shè)管理及維護(hù)模式。鐵路工程信息化技術(shù)承載了鐵路構(gòu)筑物的數(shù)據(jù)模型，包含了豐富的設(shè)計(jì)信息和施工信息，運(yùn)營和維護(hù)單位依靠這些數(shù)據(jù)和信息，可以有效提升管理水平和工作效率。當(dāng)前軌道交通領(lǐng)域的設(shè)計(jì)階段已基本實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，但在某些環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)處理能力仍需加強(qiáng)，更由于施工和運(yùn)營階段數(shù)據(jù)處理手段與能力的限制，使得設(shè)計(jì)成果未能得到充分應(yīng)用，難于實(shí)現(xiàn)全階段信息的集成和共享，制約了軌道交通領(lǐng)域的信息化建設(shè)。從龐雜的資料或海量數(shù)據(jù)中研究應(yīng)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算技術(shù)解決問題的途徑是軌道交通工程信息化需要解決的關(guān)鍵問題之一。由于軌道交通工程領(lǐng)域?qū)Υ髷?shù)據(jù)和云計(jì)算技術(shù)研究起步較晚，目前這些技術(shù)能用到該領(lǐng)域全生命周期哪些方面是值得研究的問題。本文結(jié)合大數(shù)據(jù)和云計(jì)算的特點(diǎn)，對軌道交通工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營維護(hù)各階段可能的應(yīng)用需求提出了粗淺的看法，旨在為今后研究工作提供參考，以提高軌道交通領(lǐng)域的信息化水平。

1 大數(shù)據(jù)、云計(jì)算技術(shù)

云計(jì)算是在融合分布式計(jì)算、虛擬化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)計(jì)算和Web服務(wù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，能使用戶不受時空的限制，通過網(wǎng)絡(luò)隨時隨地按需獲取互聯(lián)網(wǎng)上的資源，從而對大規(guī)模的數(shù)據(jù)和計(jì)算問題進(jìn)行處理，其采用的兩種關(guān)鍵技術(shù)是虛擬化和多租戶技術(shù)。虛擬化是一種資源管理技術(shù)，是將計(jì)算機(jī)的各種實(shí)體資源，如服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)存及存儲等予以抽象、轉(zhuǎn)換后呈現(xiàn)出來，打破實(shí)體結(jié)構(gòu)間不可切割的障礙，使用戶可以比原來的組態(tài)更好的方式來應(yīng)用這些資源。多租戶技術(shù)是一種軟件架構(gòu)技術(shù)，它是在探討與實(shí)現(xiàn)如何在多用戶環(huán)境下共用相同的系統(tǒng)或程序組件，并且仍可確保各用戶數(shù)據(jù)的隔離性?？梢?，由不同的用戶對硬件資源共享就是虛擬化技術(shù)，對相同的軟件資源共享就是多租戶技術(shù)。這兩種共享技術(shù)共同構(gòu)成了云計(jì)算高效的商業(yè)模式。云計(jì)算與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相比，其特點(diǎn)體現(xiàn)在虛擬化、規(guī)模巨大、動態(tài)擴(kuò)展性(資源可根據(jù)用戶和應(yīng)用規(guī)模需求動態(tài)擴(kuò)展)、經(jīng)濟(jì)性和強(qiáng)大的計(jì)算和存儲能力五個方面。

大數(shù)據(jù)的特征就是普遍所說的4V(大量、高速、多樣和價值)，它和云計(jì)算之間有著密切的關(guān)系，甚至是相輔相成的重要聯(lián)系，如果把云計(jì)算比做一個加工廠，大數(shù)據(jù)就是它的材料。大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘，又必須依托云計(jì)算的分布式處理、分布式數(shù)據(jù)庫、云存儲和虛擬化技術(shù)。

就工程而言，大數(shù)據(jù)的創(chuàng)建應(yīng)始于工程設(shè)計(jì)期，并繼承到建設(shè)及運(yùn)營期。創(chuàng)建大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)信息的角色和用戶是一種交替的關(guān)系，可以簡單的描述為：“設(shè)計(jì)創(chuàng)建——施工應(yīng)用并創(chuàng)建——運(yùn)維創(chuàng)建——改造設(shè)計(jì)應(yīng)用”。

據(jù)IDC分析報(bào)道，最近一年來，亞太區(qū)出現(xiàn)了越來越廣泛的大數(shù)據(jù)和分析領(lǐng)域的應(yīng)用案例。在中國，從互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，到電信、金融、政府這樣的傳統(tǒng)行業(yè)，都開始采用各種大數(shù)據(jù)和分析技術(shù)，應(yīng)用場景也在逐漸拓展，從結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的分析，發(fā)展到半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的分析。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，軌道交通部門迫切需要用先進(jìn)智能的數(shù)據(jù)分析手段對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行高效、實(shí)時分析。

2 大數(shù)據(jù)、云計(jì)算技術(shù)在軌道交通工程中的應(yīng)用需求

2.1 規(guī)劃階段

2.1.1 鐵路建設(shè)項(xiàng)目前期規(guī)劃與決策服務(wù)

在軌道交通建設(shè)項(xiàng)目前期規(guī)劃階段，可通過建立既有鐵路大數(shù)據(jù)并研制鐵路建設(shè)項(xiàng)目地理信息系統(tǒng)等軟件實(shí)現(xiàn)區(qū)段密度、車站到發(fā)、鐵路OD數(shù)據(jù)等主要鐵路運(yùn)輸指標(biāo)的地理信息分析及查詢、鐵路運(yùn)輸徑路比選分析、鐵路網(wǎng)規(guī)劃分析與指標(biāo)測算、各行政區(qū)劃、項(xiàng)目沿線經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析等功能，為鐵路建設(shè)項(xiàng)目前期規(guī)劃提供基礎(chǔ)資料，為國家和地方政府決策提供服務(wù)。

2.1.2 建立基于數(shù)字地球的軌道交通三維空間選線平臺

在軌道交通工程前期規(guī)劃階段，基于數(shù)字地球(Google Earth)構(gòu)建軌道交通工程三維空間選線平臺，對海外項(xiàng)目和國內(nèi)難以獲取數(shù)字地形資料的區(qū)域，可以應(yīng)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算技術(shù)及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)獲取全球任意地區(qū)的數(shù)字地形影像資源(免費(fèi))，利用數(shù)字地球提供的這些資源，從而構(gòu)建三維可視化的數(shù)字選線環(huán)境，在數(shù)字地球上實(shí)現(xiàn)交互式定線與方案綜合展示等功能，將大大降低設(shè)計(jì)成本，縮短設(shè)計(jì)周期。

2.2 勘察設(shè)計(jì)階段

2.2.1 多源觀測數(shù)據(jù)的協(xié)同處理和信息提取

現(xiàn)有的信息提取與數(shù)據(jù)處理方法大多是基于單一或少量數(shù)據(jù)源，處理模型依賴于數(shù)據(jù)類型、分辨率、波段數(shù)和影像特征等因素，難以滿足天空地多傳感器海量數(shù)據(jù)信息提取與變化分析的需求。面向軌道交通工程高精度高分辨率的動態(tài)感知需求，綜合考慮天空地一體化協(xié)同感知條件下的多維、多尺度、高動態(tài)、多耦合等復(fù)雜的數(shù)據(jù)與信息關(guān)系，采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對軌道交通工程多源觀測數(shù)據(jù)的協(xié)同處理和高精度的信息提取與變化分析。

2.2.2 建立軌道交通工程時空大數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

面向全生命周期共享應(yīng)用，以時空統(tǒng)一的GIS技術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)海量地理數(shù)據(jù)與時空大數(shù)據(jù)多元集成組織與管理，研究建立軌道交通工程統(tǒng)一描述框架，實(shí)現(xiàn)對多重?cái)?shù)據(jù)表達(dá)、真三維GIS、時態(tài)GIS的有效支撐，推動對多尺度、動態(tài)變化世界的描述與分析，大幅提升GIS對真實(shí)地理世界的全方位建模與表達(dá)能力，推進(jìn)時空融合視角下地理信息表達(dá)、處理技術(shù)與方法的發(fā)展。面向多元、多尺度海量數(shù)據(jù)和時空大數(shù)據(jù)的整合、組織與管理需求，開展軌道交通工程時空大數(shù)據(jù)組織、存儲與索引研究，構(gòu)建高安全時空大數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，全面提升虛擬化網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中大規(guī)模地理時空數(shù)據(jù)的存儲、管理、查詢、分析與服務(wù)能力。

2.2.3 GPS與GIS技術(shù)結(jié)合應(yīng)用

全球定位系統(tǒng)(GPS)在軌道交通工程勘察設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，目前主要是用于建立各種工程控制網(wǎng)及測定航測外控點(diǎn)，提供測點(diǎn)的定位大地坐標(biāo)。地理信息系統(tǒng)(GIS)是用于管理地理空間分布數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)。鐵路工程中的勘察設(shè)計(jì)與GIS有著密切的關(guān)系，通過GIS可以直觀地以地圖方式錄入、管理、顯示和分析通過GPS及航測遙感等手段獲得的各種地理空間數(shù)據(jù)和影像，輔以相應(yīng)的軟件制作各種比例的數(shù)字化地形圖、DEM和三維景觀供線路方案設(shè)計(jì)、評審及演示匯報(bào)使用。這個過程涉及的數(shù)據(jù)量是相當(dāng)大的，必須依靠大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)提供海量數(shù)據(jù)管理的有效機(jī)制。

隨著網(wǎng)絡(luò)帶寬的迅速提高和3D設(shè)計(jì)技術(shù)，特別是建筑信息模型(BIM)技術(shù)研究的深入，使得軌道交通工程勘察設(shè)計(jì)中GPS與GIS技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用模式從傳統(tǒng)的單機(jī)版或C/S方式轉(zhuǎn)向B/S方式，也為提供基于Web3DGIS的BIM應(yīng)用解決方案創(chuàng)造了條件。

2.2.4 利用云計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)軌道交通智能選線技術(shù)

軌道交通工程選線設(shè)計(jì)前期，由于研究范圍大，設(shè)計(jì)者精力有限，只能憑經(jīng)驗(yàn)選出部分有價值走廊帶。研究智能選線技術(shù)，依據(jù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)并考慮約束條件自動搜索出一系列經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、合理的線路方案為線路設(shè)計(jì)人員提供參考，將有效避免前期規(guī)劃階段有價值走廊帶的遺漏；同時，也可以對精細(xì)設(shè)計(jì)階段的人工設(shè)計(jì)方案進(jìn)一步優(yōu)化。但是從已有線路優(yōu)化軟件運(yùn)行情況看，對于鐵路這種線長、面廣的大面積選線，線路、結(jié)構(gòu)物、環(huán)境之間的耦合關(guān)系復(fù)雜且動態(tài)特征明顯，目前的優(yōu)化方法耗時還是比較長，可以考慮采用云計(jì)算技術(shù)提高運(yùn)算速度。云計(jì)算平臺是由一定數(shù)量級的普通服務(wù)器通過云計(jì)算平臺系統(tǒng)集合起來的，擴(kuò)展性強(qiáng)，可以不停地?cái)U(kuò)充虛擬節(jié)點(diǎn)以增加計(jì)算能力。將線路優(yōu)化的計(jì)算工作安排在多個節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行，就可以提高計(jì)算速度。

2.2.5 利用大數(shù)據(jù)技術(shù)提高設(shè)計(jì)深度與精度，為工程投資、質(zhì)量、進(jìn)度控制打下基礎(chǔ)

影響設(shè)計(jì)深度及其精確程度的因素很多，其中一種就是由于資料提供不充分引起的。以站房工程為例，按照設(shè)計(jì)規(guī)范和工程建設(shè)流程，在設(shè)備沒有招標(biāo)或采購之前，由于缺少暖通、給排水、消防、電力、信息等工程中設(shè)備、裝置的機(jī)械參數(shù)(如幾何尺寸、管口位置等)，設(shè)計(jì)所要表達(dá)的工程的結(jié)構(gòu)、組成及相應(yīng)的材料、機(jī)械、工程量無法達(dá)到需要的深度和精度，導(dǎo)致在施工及建設(shè)項(xiàng)目管理環(huán)節(jié)，難以實(shí)現(xiàn)進(jìn)度、投資、質(zhì)量的有效管控。解決問題的途徑是：通過大數(shù)據(jù)應(yīng)用，在設(shè)計(jì)及施工期動態(tài)共享設(shè)備制造商提供的數(shù)據(jù)信息，避免設(shè)計(jì)中信息的“真空”狀況。這種方法，對于施工、運(yùn)維應(yīng)用大數(shù)據(jù)亦具有同樣的適應(yīng)性。

2.3 工程施工階段

2.3.1 優(yōu)化項(xiàng)目設(shè)計(jì)

優(yōu)秀的設(shè)計(jì)方案是工程項(xiàng)目順利實(shí)施的前提與保證。軌道交通工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)通常由建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、工藝等專業(yè)設(shè)計(jì)完成，在施工過程中，這些設(shè)計(jì)將轉(zhuǎn)變?yōu)榧稍谝黄鸬慕ㄖ?gòu)件，結(jié)果碰撞或沖突時常出現(xiàn)，這不僅會增加設(shè)計(jì)、施工返工成本，浪費(fèi)資源，還會影響施工進(jìn)度。另外，設(shè)計(jì)的不可施工性是項(xiàng)目設(shè)計(jì)的另一個問題，這同樣增加返工量，影響施工進(jìn)度，糾其主要原因，就是缺少一個有效的協(xié)同工作平臺，即設(shè)計(jì)院、建設(shè)單位在設(shè)計(jì)階段不能有效地溝通，同時在二維(2D)環(huán)境下不能對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行檢測與分析。因此，建立一個協(xié)同工作與檢測平臺，利用設(shè)計(jì)單位提供的3D模型(BIM)，在施工前進(jìn)行模擬，用于設(shè)計(jì)沖突、可施工性檢查及多方溝通，從而優(yōu)化設(shè)計(jì)就十分必要。建立這個平臺，要涉及大量設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)(3D)、制造商提供的數(shù)據(jù)和溝通過程中信息交流數(shù)據(jù)，軟硬件處理和存儲能力是能否實(shí)現(xiàn)高效溝通的關(guān)鍵因素，可以考慮用云計(jì)算技術(shù)加以解決。

2.3.2 優(yōu)化施工過程

施工過程的順利實(shí)施是在有效施工方案指導(dǎo)下進(jìn)行的。當(dāng)前，施工方案的編制主要基于項(xiàng)目經(jīng)理及項(xiàng)目組的經(jīng)驗(yàn)來實(shí)施，然而，面對越來越龐大且復(fù)雜的工程項(xiàng)目，僅憑項(xiàng)目經(jīng)理的經(jīng)驗(yàn)來編制施工方案已顯得力不從心，施工方案的可行性一直受到業(yè)界的關(guān)注，同時，由于工程項(xiàng)目的單一性和不可重復(fù)性，施工方案同樣具有不可重復(fù)性，即以前完成的方案很難直接用在后續(xù)的項(xiàng)目上，由于編制工作量大等原因，出現(xiàn)當(dāng)某個項(xiàng)目即將結(jié)束時，一套完善的施工方案才展現(xiàn)于面前，結(jié)果為時已晚，施工進(jìn)度拖延、安全問題頻頻出現(xiàn)、返工率高、建造成本超出等已成為現(xiàn)有工程的通病，因此，在施工以前找出完善的施工方案是十分必要的。施工模擬技術(shù)不僅可以測試和比較不同的施工方案，還可以優(yōu)化施工方案。整個模擬過程包括了施工程序、設(shè)備調(diào)用、資源配置等。通過模擬，可以發(fā)現(xiàn)不合理的施工程序、設(shè)備調(diào)用程度與沖突、資源的不合理利用、安全隱患(如碰撞等)、作業(yè)空間不足等問題。施工模擬同樣要用到設(shè)計(jì)3D模型(BIM)，視工程的復(fù)雜程度該數(shù)據(jù)量會十分龐大。還有，就模擬過程而言，大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)體型龐大，體系復(fù)雜，影響受力和變形的因素很多，不同施工方法、施工工藝、施工荷載、成型順序的不同組合，加上施工過程中產(chǎn)生的許多不確定因素等，使得模擬過程變得非常復(fù)雜，對硬件的存儲空間、軟件的處理能力要求變得非常高，也可以考慮用云計(jì)算技術(shù)加以解決。

2.4 運(yùn)營維護(hù)階段

2.4.1 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測

地質(zhì)災(zāi)害是指規(guī)模大、突發(fā)性強(qiáng)、影響較長線路、造成巨大損失的災(zāi)害性工程地質(zhì)問題，如滑坡、泥石流、崩塌落石等造成的災(zāi)害。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，1998年在全國6.8萬km的運(yùn)營鐵路上，有滑坡災(zāi)害693處，崩塌落石3 211處；1945～1985年期間，鐵路沿線累計(jì)發(fā)生泥石流災(zāi)害1 200余次，給行車安全造成了嚴(yán)重影響。鐵路工程地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，是運(yùn)用先進(jìn)的信息采集傳輸技術(shù)、計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)集成技術(shù)，通過對鐵路工程監(jiān)控區(qū)地質(zhì)信息的自動、連續(xù)、實(shí)時地在線監(jiān)測，并在信息采集及預(yù)報(bào)分析決策的基礎(chǔ)上，根據(jù)預(yù)警信息危急程度及地質(zhì)災(zāi)害波及范圍，將預(yù)警信息及時準(zhǔn)確地傳遞到地質(zhì)災(zāi)害可能危及的區(qū)域，使鐵路沿線工務(wù)維修與養(yǎng)護(hù)人員根據(jù)災(zāi)害防御預(yù)案及時采取措施。經(jīng)過多年的監(jiān)測工作，我國鐵路工務(wù)部門已積累了大量的地質(zhì)災(zāi)害實(shí)例，這些實(shí)例涉及的數(shù)據(jù)非常龐大，整理和充分挖掘這些數(shù)據(jù)，建立鐵路工程地質(zhì)災(zāi)害實(shí)例及處理措施大數(shù)據(jù)并不斷完善，可供災(zāi)害監(jiān)測部門對新監(jiān)測到的災(zāi)害數(shù)據(jù)進(jìn)行類比、分析，從而快速、及時、準(zhǔn)確地推薦出災(zāi)害預(yù)防及處理方案供有關(guān)人員選擇，將有效地提高鐵路地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防、預(yù)警水平，在一定程度上保證行車安全。

2.4.2 結(jié)構(gòu)響應(yīng)檢測

相比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)，大數(shù)據(jù)下的橋梁結(jié)構(gòu)檢測應(yīng)該是聲、光、電多維數(shù)據(jù)的分布式應(yīng)用。將各類接觸或不接觸傳感器所獲得的結(jié)構(gòu)響應(yīng)數(shù)據(jù)，進(jìn)行分類和聚類，提供給不同需求的客戶端用戶使用。運(yùn)用這種先進(jìn)理念，上海長江隧橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)完成了很好的運(yùn)營實(shí)踐。在單項(xiàng)指標(biāo)上，檢測數(shù)據(jù)表明大橋索力有明顯的年度變化趨勢；在綜合指標(biāo)上，系統(tǒng)顯示梁體伸縮與溫度的擬合斜率與理論斜率吻合良好，表明支座、伸縮縫性能良好，結(jié)構(gòu)的約束條件正常。另外，專項(xiàng)分析也為大橋綜合性診斷提供了良好的數(shù)據(jù)。

2.4.3 行車安全及智能提示

大數(shù)據(jù)背景下，軌道交通行車安全、客流量密度和環(huán)境情況都會得到實(shí)時的回饋。例如，通過某一站點(diǎn)附近的手機(jī)信號密度，便可以快速估計(jì)出客流量密度和擁堵程度，輔以監(jiān)測畫面便可以更加精準(zhǔn)的判斷，為軌道交通的乘客避開擁堵的地段。行車安全是軌道交通的關(guān)鍵，如何在某一信號系統(tǒng)已經(jīng)失效、橋梁或隧道發(fā)生事故及其它險情的情況下，為整個軌道交通系統(tǒng)中的車輛進(jìn)行引導(dǎo)，也是大數(shù)據(jù)背景下需要重點(diǎn)研究的問題。

2.4.4 結(jié)構(gòu)性能評估及對策

結(jié)構(gòu)性能的評估、評定及對策，是對橋梁和隧道進(jìn)行大數(shù)據(jù)挖掘、分析、處理后的重要應(yīng)用。目前已有的一些技術(shù)，如病害標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)、結(jié)構(gòu)有限元數(shù)值計(jì)算、基于可靠度的結(jié)構(gòu)性能評估、混凝土碳化模擬、鋼箱梁涂層劣化分析、鋼絲銹蝕分析等。例如，根據(jù)各種橋梁管養(yǎng)工作預(yù)設(shè)日歷信息，對性能評估所需計(jì)算的耗時進(jìn)行預(yù)估；根據(jù)耗時需要和人工干預(yù)需要，提前對一定生命周期的橋梁荷載、環(huán)境、狀態(tài)、外觀數(shù)據(jù)譜進(jìn)行收集和多角度分析，并對全橋、節(jié)段、細(xì)部或構(gòu)件等多尺度下的數(shù)值模型并行加載驗(yàn)算，將計(jì)算結(jié)果歸并到類似于生命指數(shù)的某一數(shù)值上，進(jìn)而與參數(shù)字典、標(biāo)準(zhǔn)病害庫(外觀、響應(yīng))、專家策略數(shù)據(jù)庫進(jìn)行自動化匹配，實(shí)時輸出響應(yīng)的結(jié)構(gòu)性能評價及安全預(yù)警、維護(hù)加固策略信息。

2.4.5 接觸網(wǎng)系統(tǒng)的檢測

隨著傳感器和電子測量技術(shù)的飛速進(jìn)步，軌道交通接觸網(wǎng)系統(tǒng)的檢測方式也可以有越來越多的選擇。以MEMS傳感器為代表的低功耗、微型化、低成本傳感器的出現(xiàn)，正在影響和改變著我們的感知水平，在醫(yī)療、工業(yè)、家居建筑、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域，已經(jīng)能感覺到新一代傳感器帶來的變革。如果在接觸網(wǎng)系統(tǒng)中嵌入小型檢測設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)的實(shí)時監(jiān)控，在大數(shù)據(jù)背景下，通過與既有故障災(zāi)害數(shù)據(jù)庫的對比，不僅為運(yùn)營維護(hù)提供故障提示、災(zāi)害預(yù)警的功能，而且通過對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，可以指導(dǎo)完善接觸網(wǎng)的設(shè)計(jì)、施工，為接觸網(wǎng)全生命周期保駕護(hù)航。

2.4.6 鐵路運(yùn)營設(shè)施、設(shè)備數(shù)據(jù)維護(hù)與管理

隨著大量鐵路建設(shè)項(xiàng)目的開通運(yùn)營，大量的竣工資料、建設(shè)信息和運(yùn)營過程中鐵路災(zāi)害救援、搶修過程中需要的鐵路設(shè)計(jì)資料以及鐵路運(yùn)營設(shè)施、設(shè)備等數(shù)據(jù)需要維護(hù)與管理。以鐵路運(yùn)營維護(hù)為例，截止2013年初，我國鐵路營運(yùn)里程達(dá)到9萬多km，配屬機(jī)車1.9萬多輛、客車(動車)49 000多輛、貨車70多萬輛、全路在線軌枕3億多根、在線道岔15萬多組(95%以上是聯(lián)鎖道岔)、橋梁6萬多座、隧道9 000多座、光纜線路18萬多km。部分設(shè)備維修及設(shè)備狀態(tài)情況是：機(jī)車年大中修6 500多臺，車輛年廠修、段修、輔修、臨修近百萬輛，通過修4.21億次；鋼軌損傷292 419根。從以上數(shù)據(jù)可以看出，在鐵路運(yùn)營維護(hù)管理過程中，如果沒有先進(jìn)的技術(shù)手段維護(hù)如此龐大的數(shù)據(jù)，要提高工作效率、保障鐵路網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)營是非常困難的?？梢?，鐵路建設(shè)運(yùn)營維護(hù)信息具有典型的大數(shù)據(jù)特征，建立大數(shù)據(jù)是解決鐵路設(shè)施管理、維護(hù)，保障鐵路正常運(yùn)營的重要手段。同時，由于鐵路建設(shè)運(yùn)營維護(hù)信息是國家、地方政府制定鐵路規(guī)劃最基礎(chǔ)的資料，因此建立大數(shù)據(jù)，可以在國家、地方政府及建設(shè)運(yùn)營維護(hù)管理部門決策中發(fā)揮重要作用。

3 結(jié)論

本文根據(jù)大數(shù)據(jù)和云計(jì)算特點(diǎn)，對軌道交通規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營階段的應(yīng)用需求進(jìn)行了探討。限于作者對領(lǐng)域知識的了解，本文所列內(nèi)容掛一漏

萬，希望起到拋磚引玉的作用?？梢钥闯觯瑸榱颂岣哕壍澜煌I(lǐng)域信息化水平，基于大數(shù)據(jù)和云計(jì)算的思想，提高軌道交通工程全生命周期數(shù)據(jù)存儲和處理能力是下一步迫切需要研究的問題。

[1]虛擬施工在設(shè)計(jì)院的應(yīng)用淺談.第四屆工程設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用創(chuàng)新論壇論文集,2013.

[2]張永兵.基于云計(jì)算的高職院校數(shù)據(jù)中心體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì). 電腦編程技巧與維護(hù),2015.9(上).

[3]武薇.云計(jì)算、大數(shù)據(jù)在質(zhì)監(jiān)領(lǐng)域中的起步.電腦編程技巧與維護(hù),2015.9(上).

[4]中國建筑施工行業(yè)信息化發(fā)展報(bào)告(2014).中國城市出版社,2014.

[5]陳亮.大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)施工全過程模擬分析.長安大學(xué)碩士論文(2009).

[6]卓寶熙.鐵路工程地質(zhì)災(zāi)害實(shí)例簡介.百度文庫.

[7]易思蓉 朱穎 許佑頂.鐵路線路BIM與數(shù)字化選線技術(shù).中國鐵道出版社(2014).

77獎項(xiàng)花落各家 歐特克助力中國BIM應(yīng)用普及

2015年10月19日，由全球二維和三維設(shè)計(jì)、工程及娛樂軟件的領(lǐng)導(dǎo)者歐特克有限公司(“歐特克”或“Autodesk”)與中國勘察設(shè)計(jì)協(xié)會(中設(shè)協(xié))聯(lián)合舉辦的2015“創(chuàng)新杯”——建筑信息模型(BIM)應(yīng)用設(shè)計(jì)大賽頒獎典禮在北京圓滿落下帷幕。“最佳BIM建筑設(shè)計(jì)獎”、“最佳BIM工程協(xié)同獎”、“最佳BIM綠色分析應(yīng)用獎”、“最佳BIM拓展應(yīng)用獎”等九大類共77個獎項(xiàng)花落各家，獲獎項(xiàng)目涵蓋了大型水電站、公路、鐵路、橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施類工程，大劇院、科技館、博覽館、體育中心等大型場館，以及商業(yè)綜合體、地產(chǎn)等眾多類別。

中國勘察設(shè)計(jì)協(xié)會秘書長王子牛、中國勘察設(shè)計(jì)協(xié)會副秘書長齊繼祿、中國建筑第八工程局有限公司總工程師馬榮全、安徽馬鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司副總工程師尤嘉慶，歐特克公司亞太區(qū)高級副總裁魏柏德、歐特克公司大中華區(qū)銷售總經(jīng)理李邵建等領(lǐng)導(dǎo)及企業(yè)代表出席大會并發(fā)表致辭，與來自全國各地的工程建設(shè)行業(yè)的專家共同見證了BIM技術(shù)在中國所取得的成就。

大賽旨在表彰BIM技術(shù)應(yīng)用在我國勘察設(shè)計(jì)行業(yè)日益普及并不斷取得新進(jìn)步、屢創(chuàng)新高的豐碩成果，大賽共收到有效申報(bào)項(xiàng)目315個，其中來自施工單位的申報(bào)項(xiàng)目顯著增加，表明越來越多的施工單位已經(jīng)認(rèn)識到BIM的巨大價值而開始主動采用BIM，這也是本屆賽事的一大亮點(diǎn)。同時，專為BIM而構(gòu)建的歐特克Revit?建筑設(shè)計(jì)軟件也在眾多項(xiàng)目中再次展露其突出的優(yōu)勢，幫助設(shè)計(jì)和施工人員將最初的創(chuàng)意轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的構(gòu)造，在項(xiàng)目的全生命周期中提高了協(xié)同水平和設(shè)計(jì)效率，簡化了實(shí)施流程，減少了實(shí)施錯誤和成本，創(chuàng)造了很大的經(jīng)濟(jì)效益。

根據(jù)今年初由歐特克攜手Dodge Data & Analytics聯(lián)合發(fā)布的《中國BIM應(yīng)用價值研究報(bào)告》顯示，中國目前已躋身全球前五大BIM應(yīng)用增長最快地區(qū)之列，中國的設(shè)計(jì)施工企業(yè)從BIM的普及應(yīng)用中獲得了積極的投資回報(bào)，使整個工程建設(shè)行業(yè)都受益巨大。而得益于設(shè)計(jì)方、施工方及業(yè)主對BIM價值的共同認(rèn)可和推動，BIM已經(jīng)在中國諸多地標(biāo)性建筑項(xiàng)目中發(fā)揮了在優(yōu)化設(shè)計(jì)和提高施工生產(chǎn)力方面的巨大優(yōu)勢。

在大賽頒發(fā)的九大類獎項(xiàng)中，上海世博會博物館新建工程、合肥萬達(dá)茂、南京青奧城會議中心等優(yōu)秀項(xiàng)目分別摘得各類獎項(xiàng)一等獎的桂冠，而上海迪士尼度假區(qū)項(xiàng)目則憑借其在整個建筑全生命周期中成功地應(yīng)用BIM，被組委會授予了“BIM應(yīng)用特等獎”殊榮。此外，來自全國的31家設(shè)計(jì)單位通過對BIM技術(shù)的有效探索及取得的突破性成就共同榮獲“最佳BIM普及應(yīng)用獎”，另有11家單位基于在BIM應(yīng)用上的開拓性實(shí)踐獲得了“最佳BIM應(yīng)用企業(yè)獎”的嘉獎。

在本屆大賽中奪得“BIM應(yīng)用特等獎”殊榮的上海迪士尼度假區(qū)是中國大陸首座迪士尼度假區(qū)。BIM技術(shù)被廣泛應(yīng)用到了各個建筑的全生命周期中，以支持無紙化設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)管理、施工流程管理、合同管理、三維掃描、云技術(shù)等，為國內(nèi)BIM技術(shù)在施工中的應(yīng)用設(shè)立了新標(biāo)桿。

由中建八局第三建設(shè)有限公司承建的南京青奧城會議中心項(xiàng)目，利用BIM模型的三維可視化優(yōu)勢，對各專業(yè)進(jìn)行聲學(xué)分析模擬、外幕墻模擬、內(nèi)裝飾模擬、鋼結(jié)構(gòu)模擬、機(jī)械模擬的深化設(shè)計(jì)和對比，有效解決了曲面和隨意流線的異形結(jié)構(gòu)為施工帶來的難度，并因此獲得了“最佳BIM拓展應(yīng)用獎”一等獎的成就。

而由同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院負(fù)責(zé)建設(shè)的宜興市范蠡大橋項(xiàng)目則是歐特克BIM解決方案在復(fù)雜特大型橋梁設(shè)計(jì)、施工上的全面綜合應(yīng)用。該項(xiàng)目在方案展示、復(fù)雜節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、協(xié)同設(shè)計(jì)、參數(shù)化族庫、施工圖紙、施工工藝模擬、施工工期安排與協(xié)調(diào)、二次開發(fā)等眾多方面成功解決了實(shí)際的工程問題，為未來的橋梁項(xiàng)目建造起到了極具價值的示范作用。

在蘭渝鐵路信號系統(tǒng)項(xiàng)目中，中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司利用BIM技術(shù)創(chuàng)建了反映鐵路信號工程設(shè)備、裝置、器件的組成、構(gòu)造、位置、連接、參數(shù)、工藝等數(shù)據(jù)信息，針對工程全生命周期中角色(崗位)、對象(設(shè)備)、活動(工作任務(wù))的機(jī)理，提供最直接、最有效的因果關(guān)系信息，達(dá)到優(yōu)化、變革工作方式、提高工程品質(zhì)、降低成本及風(fēng)險的目的。

此外，攀枝花西區(qū)至涼山鹽源縣高速公路工程BIM設(shè)計(jì)實(shí)踐也是BIM技術(shù)在公路項(xiàng)目上的應(yīng)用典范。該項(xiàng)目為傳統(tǒng)公路設(shè)計(jì)上的眾多問題提供了解決方案，如智能選線、自動化施工圖和工程量、橋隧結(jié)構(gòu)參數(shù)化建模、互通立交三維方案設(shè)計(jì)等。以上這些項(xiàng)目無不全面反映了BIM對建造方式的革新以及對復(fù)雜工程項(xiàng)目的創(chuàng)新性貢獻(xiàn)。更為重要的是，在國家積極推行“一帶一路”戰(zhàn)略的背景下，此類基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目的建設(shè)以及互聯(lián)互通將為發(fā)展絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶發(fā)揮極大的推動作用，BIM在此過程中所展現(xiàn)的價值更將得以凸顯。

中國勘察設(shè)計(jì)協(xié)會秘書長王子牛表示，本屆“創(chuàng)新杯”BIM應(yīng)用設(shè)計(jì)大賽上的眾多獲獎作品又一次向我們展示了BIM正在深刻變革工程建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、建造及管理的方式。更令人鼓舞的是，BIM技術(shù)在施工領(lǐng)域的應(yīng)用在過去一年中獲得了長足的進(jìn)步，越來越多的業(yè)主也開始主動采用BIM技術(shù)。相信在國家政策的支持下，在明年的BIM大賽上還將看到更多更優(yōu)秀的作品，通過業(yè)界同仁共同努力來推動BIM在中國工程建設(shè)行業(yè)的深度普及和革新發(fā)展。

歐特克公司亞太地區(qū)高級副總裁魏柏德表示，歐特克作為BIM技術(shù)的先行者與倡導(dǎo)者，將不遺余力地優(yōu)化和創(chuàng)新歐特克Revit?建筑設(shè)計(jì)軟件及相關(guān)軟件，為業(yè)界提供領(lǐng)先的設(shè)計(jì)工具，并與合作伙伴共同推動中國工程建設(shè)行業(yè)的發(fā)展。

Application Requirements for Big Data & Cloud Computing Technology in Rail Transit Engineering

Meng Cunxi

Big data, cloud computing, mobile Internet and other new industries and technologies are changing the traditional survey, design, engineering construction management and maintenance mode.At present, the design phase of rail transit engineering industry has basically achieved digitization, but in some aspects, the data management and processing capacity still need to be strengthened. The design results have not been fully applied due to the means and capacity constraints of data management and processing in construction and operation. This makes it difficult to realize in integration and information sharing in the whole life cycle of engineering, which restricts the development of rail transit informatization. It is one of the key issues for the rail transit engineering informatization to study and use big data and cloud computing technology among a mass of information and data. It is only recently that big data and cloud computing technology are studied in the field of rail transit engineering, and therefore it is important to know in what aspects of the whole life cycle these technologies can be used. Based on the characteristics of big data and cloud computing, this paper analyzes the application requirements of rail transit engineering project in planning, design, construction, operation and maintenance, and the object is to provide reference for future research.

Rail Transit Engineering; Whole Life Cycle; Big Data; Cloud Computing; Application Requirement

孟存喜(1963-)，男，教授級高級工程師。主要研究方向：軌道交通工程信息技術(shù)、BIM與協(xié)同設(shè)計(jì)。

TU31；U29

A

1674-7461(2015)05-0062-05