“智能高鐵”發(fā)展背景下高鐵智能建造發(fā)展研究

王燕

摘 ? 要：在智能高鐵的時代背景下，高鐵建造邁入了智能化時代，高鐵智能建造方興未艾。就高鐵智能建造的概念、目標(biāo)、特征、內(nèi)涵進(jìn)行了定義。高鐵智能建造充分融合新一代信息技術(shù)與先進(jìn)工程建設(shè)技術(shù)，致力于實現(xiàn)高鐵建造全業(yè)務(wù)流程、全生命周期的整體智能化，推進(jìn)高鐵建設(shè)的智慧、高效、綠色、協(xié)同發(fā)展，實現(xiàn)項目全過程精益管理。并對高鐵智能建造的總體框架及工程設(shè)計及仿真、數(shù)字化工廠、精密測控、自動化安裝、動態(tài)監(jiān)測、信息化管理六大應(yīng)用場景組成進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：智能高鐵 ?高鐵智能建造 ?總體框架

中圖分類號：TU98 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）06（b）-0254-02

經(jīng)過10年的高速發(fā)展，高鐵總體技術(shù)水平進(jìn)入世界先進(jìn)行列，部分技術(shù)達(dá)到世界領(lǐng)先水平。中國高速鐵路的快速發(fā)展離不開鐵路信息化、智能化建設(shè)的持續(xù)推進(jìn)[1]。2017年，隨著智能京張、智能京雄等高鐵建設(shè)工程的開工，智能高鐵拉開了序幕。

智能高鐵離不開智能建造，在智能高鐵的時代背景下，我國高鐵更需要依靠不斷創(chuàng)新去走上國際發(fā)展的高地，從而助推中國的高鐵技術(shù)走向世界。

1 ?國內(nèi)外智能高鐵發(fā)展

歐美及日本等發(fā)達(dá)國家從數(shù)字化、智能化角度出發(fā)，對智能高鐵進(jìn)行了較為深入的研究，形成了一些典型的智能鐵路系統(tǒng)。如日本的CyberRail，美國的SmarterRailroad等[2]。

20世紀(jì)90年代，我國學(xué)者提出了鐵路智能交通系統(tǒng)的概念。鐵路智能運輸系統(tǒng)[3]綜合集成了信息處理技術(shù)、控制與系統(tǒng)技術(shù)等，在降低成本的同時提高經(jīng)營管理水平與服務(wù)質(zhì)量。

隨著新興技術(shù)的發(fā)展，通過大數(shù)據(jù)、人工智能、移動互聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的發(fā)展提升高鐵智能化發(fā)展水平已成為全球鐵路未來發(fā)展方向。

歐洲、德國、日本等國家或地區(qū)已提出了一系列戰(zhàn)略規(guī)劃，積極探索鐵路技術(shù)發(fā)展趨勢，并在不同的業(yè)務(wù)領(lǐng)域進(jìn)行布局，其中典型代表有歐盟 Shift2Rail、德國鐵路4.0、瑞士SmartRail 4.0等[4]。

我國自2017年進(jìn)入了高鐵智能化階段[1]，學(xué)者們深入研究了智能高鐵的發(fā)展戰(zhàn)略、體系及關(guān)鍵技術(shù)等。中國智能高鐵總體構(gòu)成為“一核三翼”，“一核”即智能高鐵大腦平臺，“三翼”為智能建造、智能裝備、智能運營[5]。

2 ?智能建造的概念及內(nèi)涵

2.1 高鐵智能建造概念

高鐵智能建造融合BIM+GIS、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)的新一代信息技術(shù)與先進(jìn)工程建造技術(shù)，是一種新型生產(chǎn)模式。其利用自動感知智能診斷、協(xié)同互動、主動學(xué)習(xí)和智能決策等實現(xiàn)工程設(shè)計及仿真、數(shù)字化工廠、精密測控、自動化安裝、動態(tài)監(jiān)測、信息化管理，從而構(gòu)建構(gòu)建高鐵建設(shè)全過程全壽命可追溯的閉環(huán)體系，實現(xiàn)高鐵建造的智能化[1]。

2.2 智能建造特征

（1）工業(yè)化生產(chǎn)。

通過單機(jī)智能化以及單機(jī)裝備的互聯(lián)而形成的智能生產(chǎn)線、智能預(yù)制場、智能工地進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。

（2）智能化應(yīng)用。

依托傳感器、工業(yè)軟件、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)、新型人機(jī)交互方式，實現(xiàn)機(jī)械化與智能化有機(jī)結(jié)合。

（3）BIM信息化管理。

應(yīng)用基于BIM+智能網(wǎng)絡(luò)協(xié)同平臺實現(xiàn)系統(tǒng)集成，實現(xiàn)項目管理流程再造、智能管控、組織優(yōu)化，實現(xiàn)人、設(shè)備、對象的互聯(lián)。

（4）綠色建造。

注重技術(shù)集成與優(yōu)化，突出鐵路工程與生態(tài)、環(huán)境和諧的理念，將環(huán)保意識貫穿到設(shè)計、施工的全過程。

3 ?高鐵智能建造體系框架

3.1 總體架構(gòu)

高鐵智能建造是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，從整體上看，由智能感知層、智能網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)傳輸層、應(yīng)用支撐層及智能應(yīng)用層組成，總體架構(gòu)如圖1所示。

（1）智能感知層。智能感知層的作用是識別物體，采集信息。依托物聯(lián)網(wǎng)、傳感器、攝像頭等實現(xiàn)對項目建設(shè)過程的實時監(jiān)控、智能感知、數(shù)據(jù)采集。

（2）智能網(wǎng)絡(luò)層。智能網(wǎng)絡(luò)層的作用是將感知層采集到的信息，通過各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行整合，以供進(jìn)一步的分析及利用。

（3）數(shù)據(jù)層中存儲著大量的數(shù)據(jù)信息資源，借助數(shù)據(jù)庫、云存儲等智能存儲手段，實現(xiàn)信息資源的有效存儲和共享。

（4）應(yīng)用支撐層包括數(shù)據(jù)挖掘、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、超算等數(shù)據(jù)處理技術(shù)及設(shè)備，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)和應(yīng)用融合。

（5）智能應(yīng)用層圍繞高鐵建造的各利益相關(guān)方，與高鐵建設(shè)的全生命周期相融合，以實現(xiàn)智能化應(yīng)用。

3.2 應(yīng)用場景

高鐵智能建造涵蓋六大應(yīng)用場景，包括工程設(shè)計及仿真、數(shù)字化工廠、精密測控、自動化安裝、動態(tài)監(jiān)測、信息化管理。

（1）工程設(shè)計及仿真。

通過高質(zhì)量的BIM模型將著整個建設(shè)項目所包含的數(shù)據(jù)，通過VR、AR等手段取得可視化體驗效果，從源頭深化設(shè)計方案。

（2）數(shù)字化工廠。

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)加強(qiáng)信息管理服務(wù)，提高生產(chǎn)過程可控性、減少生產(chǎn)線人工干預(yù)，以及合理計劃排程。

（3）精密測控。

精密測控是指在勘查設(shè)計、施工、竣工及運用階段應(yīng)用BIM、三維可視化技術(shù)及云平臺等，通過自動化監(jiān)控量測，實時掌握施工過程中的數(shù)據(jù)，確保施工安全。

（4）自動化安裝。

自動化安裝是指充分利用智能化裝配機(jī)器人，研發(fā)和應(yīng)用預(yù)制裝配式施工現(xiàn)場生產(chǎn)系統(tǒng)，由機(jī)器人精準(zhǔn)安裝并實現(xiàn)智能檢測。

（5）動態(tài)監(jiān)測。

在生產(chǎn)過程中采用物聯(lián)網(wǎng)數(shù)字化施工技術(shù)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)監(jiān)測;在施工過程中利用智能遠(yuǎn)程施工數(shù)據(jù)自動采集技術(shù)及現(xiàn)場施工智能糾偏技術(shù)幫助提高施工質(zhì)量。

（6）信息化管理。

信息化管理是應(yīng)用信息化手段對施工進(jìn)程和質(zhì)量的實時化、精細(xì)化、智能化協(xié)同化管理。

4 ?結(jié)語

經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，我國高鐵已取得了舉世矚目的成就。如今在“智能高鐵”的背景下，在新興技術(shù)快速發(fā)展的推動下，我國高鐵建設(shè)邁入了智能建造的新發(fā)展階段。高鐵智能建造是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要一個有效的體系。依托高鐵智能建造，將提高建設(shè)各方交互的明確性、效率、靈活性和響應(yīng)速度，讓建設(shè)過程有更深入的智能化，從而將助推中國高鐵不斷創(chuàng)新發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 王同軍.中國智能高鐵發(fā)展戰(zhàn)略研究[J].中國鐵路， 2019（1）：9-11.

[2] 王同軍.智能鐵路總體架構(gòu)與發(fā)展展望[J].鐵路計算機(jī)應(yīng)用，2018，27（7）：1-8.

[3] 賈利民，秦勇，張媛.數(shù)字鐵路、智能鐵路與鐵路智能運輸系統(tǒng)[J].中國鐵路，2012（3）：16-20.

[4] 史天運.中國高速鐵路信息化現(xiàn)狀及智能化發(fā)展[J].科技導(dǎo)報，2019，37（6）：53-59.

[5] 何華武，朱亮，李平，等.智能高鐵體系框架研究[J].中國鐵路，2019（3）：1-8.