可視化數(shù)字化鐵路接觸網(wǎng)BIM管理系統(tǒng)應(yīng)用研究

劉璐 王振鐸 張望

摘 要：通過(guò)對(duì)鐵路工程施工管理過(guò)程的研究，以接觸網(wǎng)專業(yè)為試驗(yàn)點(diǎn)，將管理的業(yè)務(wù)流程與BIM+GIS軟件系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，進(jìn)行可視化數(shù)字化的全新管理模式，解決傳統(tǒng)施工管理過(guò)程中的低效率問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：接觸網(wǎng);可視化;數(shù)字化;BIM管理系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TM922.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）03-0024-02

0 引言

傳統(tǒng)的施工管理過(guò)程中存在的以下主要特點(diǎn)：項(xiàng)目建設(shè)周期較長(zhǎng)，工作效率低;業(yè)主管理費(fèi)較高，前期投入較大;由于承包商無(wú)法參與設(shè)計(jì)階段的工作，設(shè)計(jì)的“可施工性”較差，當(dāng)出現(xiàn)重大的工程變更時(shí)，往往會(huì)降低施工的效率，使項(xiàng)目進(jìn)度拖延;傳統(tǒng)施工管理過(guò)程中因?yàn)闆](méi)有相應(yīng)高效的管理工具而導(dǎo)致管理效率低下，管理層與現(xiàn)場(chǎng)脫節(jié)，比如管理層不能及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)的施工狀況，或不能全面了解施工現(xiàn)狀，再者，在統(tǒng)計(jì)物資計(jì)算成本時(shí)，由于數(shù)據(jù)繁多，人工統(tǒng)計(jì)很容易出錯(cuò)（這是由于人腦的特點(diǎn)決定的）;施工人員技術(shù)水平不夠，企業(yè)采用傳統(tǒng)的施工技術(shù)，對(duì)施工的具體環(huán)境也缺乏足夠的了解，在沒(méi)有對(duì)設(shè)計(jì)圖紙的重點(diǎn)內(nèi)容完全掌握之前，就無(wú)法根據(jù)施工的具體環(huán)境和傳統(tǒng)的施工技術(shù)進(jìn)行合理的組織和分工，另外，現(xiàn)階段工程施工人員大多數(shù)都是來(lái)自農(nóng)村的務(wù)工人員，他們的施工技術(shù)水平和能力較低，進(jìn)而影響施工的質(zhì)量和進(jìn)度等。

針對(duì)傳統(tǒng)施工中存在的種種困擾，在《國(guó)家信息化發(fā)展戰(zhàn)略綱要》明確確立了發(fā)展目標(biāo)的大背景下，我們引入BIM+GIS技術(shù)，實(shí)現(xiàn)可視化數(shù)字化的全新管理方式，為鐵路工程信息化發(fā)展探索明路，為后期的鐵路大數(shù)據(jù)、人工智能發(fā)展積累寶貴數(shù)據(jù)。

1 鐵路接觸網(wǎng)BIM管理系統(tǒng)

接觸網(wǎng)BIM管理系統(tǒng)是一種基于Web和Browser/Server（瀏覽器/服務(wù)器，簡(jiǎn)稱B/S）結(jié)構(gòu)的可視化數(shù)字化的軟件管理系統(tǒng)，具有分布性強(qiáng)、維護(hù)方便、開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單且共享性強(qiáng)、總體成本低等特點(diǎn)，其集成了三維BIM模型、GIS系統(tǒng)及信息化管理系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目可視化模型瀏覽，協(xié)同辦公，各類信息數(shù)據(jù)管理，業(yè)務(wù)流程管理等。

1.1 三維BIM模型

BIM（Building Information Modeling）技術(shù)是在2002年由Autodesk公司率先提出，其核心是通過(guò)建立虛擬的可視化三維模型，利用數(shù)字化技術(shù)，以三維模型為載體建立完整的、與實(shí)際情況一致的模型信息庫(kù)。該信息庫(kù)不僅包含描述模型構(gòu)件的幾何信息、專業(yè)屬性及狀態(tài)信息，還包含了非構(gòu)件對(duì)象（如空間、運(yùn)動(dòng)行為）的狀態(tài)信息。其有如下特征：可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性和優(yōu)化性;應(yīng)用于鐵路建設(shè)管理的全生命周期;屬于數(shù)字化設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目主要針對(duì)鐵路接觸網(wǎng)專業(yè)進(jìn)行三維模型的創(chuàng)建，克服了遇到的種種難題，并且取得了技術(shù)突破。

超長(zhǎng)帶狀復(fù)雜接觸網(wǎng)BIM模型的創(chuàng)建，使用自主研發(fā)的Civil Station Designer簡(jiǎn)稱（CSD）進(jìn)行批量自動(dòng)化創(chuàng)建大體量模型。使用可編輯的PCL文件通過(guò)修改主控參數(shù)，快速的創(chuàng)建出各種導(dǎo)高，結(jié)構(gòu)高度等不同尺寸的模型，能夠快速地創(chuàng)建三維BIM模型。

通過(guò)模型輕量化工具處理后，將輕量化處理過(guò)的三維BIM模型與GIS應(yīng)用結(jié)合，并加載對(duì)應(yīng)的地形文件或者矢量圖層，就形成了以遠(yuǎn)視角和近視角兩種瀏覽方式，遠(yuǎn)視角以空間分析為手段對(duì)鐵路工程進(jìn)行全局性表達(dá);近視角以三維可視化的BIM模型為核心，在工程項(xiàng)目的全生命周期進(jìn)行信息的提取、存儲(chǔ)、修訂、發(fā)布、匯總等。

1.2 集成GIS應(yīng)用

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System或Geo-Information System，GIS）有時(shí)又稱為“地學(xué)信息系統(tǒng)”。它是一種特定的十分重要的空間信息系統(tǒng)，是在計(jì)算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)支持下，通過(guò)采集、儲(chǔ)存、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述物體空間定位分布對(duì)整個(gè)或部分地球表層（包括大氣層）空間中有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的一類計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。鐵路工程項(xiàng)目地域廣泛、復(fù)雜帶狀分布、施工復(fù)雜，在傳統(tǒng)管理模式下想進(jìn)行高效、低成本的信息傳遞比較困難。GIS應(yīng)用的集成滿足了鐵路工程上用戶對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行全局性表達(dá)的需求。

1.3 信息化管理

接觸網(wǎng)BIM管理系統(tǒng)是以Web端和移動(dòng)APP兩種平臺(tái)一起協(xié)同使用，主要流程如圖1。

由Bentley建模工具創(chuàng)建出工程BIM模型，經(jīng)過(guò)編碼及掛碼后，經(jīng)過(guò)模型輕量化工具進(jìn)行處理并發(fā)布到數(shù)據(jù)中心服務(wù)器上，實(shí)施前期先導(dǎo)入系統(tǒng)的基礎(chǔ)信息，在實(shí)際施工過(guò)程中由進(jìn)度填報(bào)員在移動(dòng)App端和Web端進(jìn)行每日的實(shí)際物資消耗和工程量的填報(bào)，然后在Web端對(duì)比之前的計(jì)劃一并輸出物資、造價(jià)和進(jìn)度的報(bào)表。

1.4 一桿一檔

根據(jù)鐵路總公司下發(fā)的一桿一檔指導(dǎo)意見(jiàn)，建立一桿一檔的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)查詢方式。實(shí)現(xiàn)在三維模型構(gòu)件級(jí)別以接觸網(wǎng)單支柱及其順向的一跨吊弦進(jìn)行匯總查詢。以一桿一檔的形式查看構(gòu)件在不同階段的屬性信息，起到可以實(shí)時(shí)查看，并且可以追溯的目的。

1.5 二維碼應(yīng)用

研究在工程管理中如何運(yùn)用二維碼技術(shù)提高企業(yè)的技術(shù)水平、工作效率和綜合競(jìng)爭(zhēng)力。

根據(jù)CAD二維圖紙創(chuàng)建出接觸網(wǎng)三維BIM模型，其中每個(gè)部件都有唯一編碼信息和對(duì)應(yīng)自動(dòng)生成的二維碼信息，就像個(gè)人的身份證號(hào)碼一樣可以定位追溯，每個(gè)部件在設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工、驗(yàn)收等整個(gè)生命周期內(nèi)的信息都圍繞二維碼信息進(jìn)行記錄和更新，二維碼也可以打印出來(lái)貼到對(duì)應(yīng)的部件實(shí)物上，現(xiàn)場(chǎng)的施工人員需要的時(shí)候，就可以拿安卓智能手機(jī)掃描對(duì)應(yīng)部件上的二維碼查看其具體的設(shè)計(jì)參數(shù)信息等，這樣也就能避免很多施工在設(shè)計(jì)階段中已經(jīng)考慮到問(wèn)題，避免施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)情況的發(fā)生。

1.6 質(zhì)量管理

傳統(tǒng)施工中施工人員技術(shù)水平往往不夠高，在沒(méi)有對(duì)設(shè)計(jì)圖紙的重點(diǎn)內(nèi)容完全掌握之前，就無(wú)法根據(jù)施工的具體環(huán)境和傳統(tǒng)的施工技術(shù)進(jìn)行合理的組織和分工。另一個(gè)方面，現(xiàn)階段工程施工人員大多數(shù)都是來(lái)自農(nóng)村的務(wù)工人員，他們的施工技術(shù)水平和能力較低，進(jìn)而影響施工的質(zhì)量和進(jìn)度等。除了加強(qiáng)對(duì)施工技術(shù)的培訓(xùn)和指導(dǎo)，本系統(tǒng)也將每個(gè)部件的施工工序視頻和圖紙嵌入進(jìn)來(lái)，管理人員可以通過(guò)Web端方便的查看部件對(duì)應(yīng)的工序視頻和設(shè)計(jì)圖紙等，施工技術(shù)員也可以在施工前觀看對(duì)應(yīng)部件的視頻信息后及時(shí)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)的施工人員，通過(guò)這樣也可以大大提高施工的質(zhì)量等。

1.7 進(jìn)度管理

進(jìn)度管理主要是結(jié)合現(xiàn)有的管理模式，并且在此基礎(chǔ)上進(jìn)行流程梳理和改進(jìn)，計(jì)劃的制定由粗到細(xì)，以總計(jì)劃、年計(jì)劃、季度計(jì)劃和月度計(jì)劃不同顆粒度來(lái)進(jìn)行施工計(jì)劃。并且加入了流程審批機(jī)制，只有當(dāng)計(jì)劃審核生效后，后邊的統(tǒng)計(jì)報(bào)表數(shù)據(jù)輸出中就會(huì)反映施工計(jì)劃的數(shù)據(jù)對(duì)比情況。

1.8 物資統(tǒng)計(jì)

物資統(tǒng)計(jì)主要是以不同的工區(qū)、單位工程、錨段、分項(xiàng)、起始時(shí)間和里程段等統(tǒng)計(jì)實(shí)際的物資消耗情況，并輸出報(bào)表。

1.9 造價(jià)統(tǒng)計(jì)

造價(jià)管理主要是結(jié)合現(xiàn)有的合同價(jià)格清單，并且關(guān)聯(lián)到具體的三維模型構(gòu)件，填報(bào)人員根據(jù)構(gòu)件所有工序的完成表示構(gòu)件的完工，其單個(gè)構(gòu)件的造價(jià)數(shù)據(jù)就反映了實(shí)時(shí)的造價(jià)情況。通過(guò)造價(jià)的計(jì)劃和實(shí)際對(duì)比統(tǒng)計(jì)分析，就可以實(shí)時(shí)的跟蹤和監(jiān)視到造價(jià)的節(jié)超情況，為管理者決策提供高效的分析工具。

2 結(jié)語(yǔ)

鐵路接觸網(wǎng)BIM管理系統(tǒng)的應(yīng)用在為施工過(guò)程提供技術(shù)支持、促進(jìn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)化管理、提升項(xiàng)目生產(chǎn)效率、提高施工質(zhì)量、縮短工期和降低成本等多方面得到了有效驗(yàn)證。實(shí)施過(guò)程所總結(jié)形成的組織管理、軟件系統(tǒng)、管理標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)用內(nèi)容四個(gè)方面形成了一整套完整的BIM應(yīng)用體系，為中國(guó)鐵建電氣化局集團(tuán)開(kāi)展BIM應(yīng)用提供樣板。BIM技術(shù)應(yīng)用于工程項(xiàng)目管理，是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，需要從組織管理、軟件系統(tǒng)、應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)三管齊下，才能達(dá)到預(yù)期目的。BIM技術(shù)在工程建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用還處在探索階段，有很多的技術(shù)問(wèn)題及管理問(wèn)題需要解決。同時(shí)，本項(xiàng)目研究時(shí)間緊，經(jīng)費(fèi)緊張，先期重點(diǎn)以接觸網(wǎng)專業(yè)為主開(kāi)展實(shí)施，取得了良好的應(yīng)用效果，后期仍需要投入研究，不斷完善。

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