基于BIM技術(shù)的鐵路運(yùn)維管理信息平臺(tái)設(shè)計(jì)研究

王言

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司運(yùn)輸及經(jīng)濟(jì)研究所，北京 100081）

1 概述

鐵路系統(tǒng)按專業(yè)可分為機(jī)車、車輛、工務(wù)、電務(wù)、供電、房建等，不同專業(yè)均形成“路局—站段—工區(qū)”的三級(jí)生產(chǎn)管理體制［1-2］，部分鐵路局集團(tuán)公司已分專業(yè)自行或合作開發(fā)了生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)，如工務(wù)生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)、電務(wù)生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)、供電生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)等，各信息系統(tǒng)成為各專業(yè)日常運(yùn)維管理中必不可少的輔助工具。但是，由于各信息系統(tǒng)只支撐各專業(yè)日常運(yùn)維管理工作［3］，導(dǎo)致部分綜合維修工作存在信息分散、不對(duì)稱、傳遞滯后等問題，無(wú)法有效滿足我國(guó)鐵路快速發(fā)展形勢(shì)下精細(xì)化、高效化、標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)維管理的要求，迫切需要構(gòu)建統(tǒng)一的鐵路運(yùn)維管理信息平臺(tái)將數(shù)據(jù)資源整合，提高運(yùn)維管理信息化水平與日常運(yùn)維管理工作效率［4］。

由于BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)建筑工程模型的信息化［5-6］，可利用BIM技術(shù)將鐵路設(shè)計(jì)、建設(shè)等階段的數(shù)據(jù)與運(yùn)維管理階段的數(shù)據(jù)集成于統(tǒng)一的運(yùn)維管理信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)鐵路全生命周期數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理與運(yùn)用［7-9］，有效提高鐵路運(yùn)維管理工作效率、節(jié)省管理資源、降低管理成本，實(shí)現(xiàn)鐵路全生命周期的可持續(xù)發(fā)展。

2 建設(shè)思路及目標(biāo)

2.1 建設(shè)思路

為解決分專業(yè)運(yùn)維管理信息分散、傳遞滯后等問題，考慮鐵路運(yùn)維管理信息平臺(tái)建設(shè)內(nèi)容多、交互系統(tǒng)復(fù)雜等特性，基于平臺(tái)與各專業(yè)信息系統(tǒng)之間的業(yè)務(wù)需求，通過(guò)分析平臺(tái)與信息系統(tǒng)之間的關(guān)系，采用“統(tǒng)一規(guī)劃、分步實(shí)施”的總體建設(shè)思路，以基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備BIM模型為基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為指導(dǎo)，建立統(tǒng)一集成、統(tǒng)籌管理的鐵路運(yùn)維管理平臺(tái)，以滿足鐵路運(yùn)維管理階段的工作需求。

2.2 建設(shè)目標(biāo)及內(nèi)容

在鐵路信息化總體規(guī)劃的指導(dǎo)下，以構(gòu)建智能鐵路運(yùn)維管理信息平臺(tái)為宗旨，以數(shù)據(jù)集中化、標(biāo)準(zhǔn)化管理為目標(biāo)，建立基于BIM技術(shù)的一體化鐵路運(yùn)維管理信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)建設(shè)期數(shù)據(jù)資料的充分共享及綜合應(yīng)用。建設(shè)內(nèi)容主要有以下幾方面。

（1）構(gòu)建鐵路基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備BIM模型，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)中設(shè)施設(shè)備三維模型的可視化展示；

（2）制定鐵路運(yùn)維管理階段數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、施工、建設(shè)階段數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化移交，同時(shí)將標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)與模型關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)模型的信息化；

（3）布設(shè)信息采集終端設(shè)備，建立數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，打通平臺(tái)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備的數(shù)據(jù)采集通道，實(shí)現(xiàn)設(shè)施設(shè)備狀態(tài)的動(dòng)態(tài)跟蹤與實(shí)時(shí)監(jiān)控，達(dá)成平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一集成與存儲(chǔ)管理；

（4）開發(fā)平臺(tái)與各專業(yè)信息系統(tǒng)的專用數(shù)據(jù)接口，達(dá)成平臺(tái)與系統(tǒng)之間的雙向?qū)?，?shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；

（5）建立用戶個(gè)性化數(shù)據(jù)展示機(jī)制，實(shí)現(xiàn)客戶定制化信息推送。

3 平臺(tái)設(shè)計(jì)

3.1 平臺(tái)定位

依據(jù)《鐵路信息化總體規(guī)劃》（鐵總信息〔2017〕152號(hào)）要求，一體化信息集成平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成、應(yīng)用集成、流程集成的技術(shù)平臺(tái)，包括客戶服務(wù)、集成服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)、基礎(chǔ)設(shè)施等平臺(tái)。該平臺(tái)主要是統(tǒng)一為各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、共享數(shù)據(jù)和大數(shù)據(jù)分析服務(wù)，從各類數(shù)據(jù)源無(wú)縫接入基礎(chǔ)設(shè)施在設(shè)計(jì)、建設(shè)期的數(shù)據(jù)資料、檢測(cè)監(jiān)測(cè)信息及基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維器的檢修、維修信息；在數(shù)據(jù)接入本平臺(tái)后，基于平臺(tái)制定的統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、關(guān)聯(lián)、解析、轉(zhuǎn)換、挖掘等處理，形成標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)資產(chǎn)進(jìn)行存儲(chǔ)；對(duì)外為各專業(yè)系統(tǒng)提供開放的數(shù)據(jù)接口，提供滿足其運(yùn)維業(yè)務(wù)需求的BIM+GIS可視化服務(wù)和數(shù)據(jù)功能服務(wù)。

3.2 平臺(tái)架構(gòu)

鐵路運(yùn)維管理信息平臺(tái)將移交的設(shè)計(jì)、施工、建設(shè)階段數(shù)據(jù)源的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的模型及編碼體系轉(zhuǎn)換，以滿足運(yùn)維管理的數(shù)據(jù)應(yīng)用需求；對(duì)移交的靜態(tài)數(shù)據(jù)與接收的運(yùn)維期各類動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、維護(hù)和管理，并以數(shù)據(jù)服務(wù)的形式進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)布；既有工務(wù)、電務(wù)、供電、房建等專業(yè)運(yùn)維管理系統(tǒng)通過(guò)平臺(tái)提供的服務(wù)，獲取所需的設(shè)計(jì)、建設(shè)階段的數(shù)據(jù)信息，以便豐富和完善既有系統(tǒng)的功能，同時(shí)現(xiàn)有運(yùn)維系統(tǒng)中的檢修、維修信息返回至平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施全生命周期數(shù)據(jù)的集中統(tǒng)一管理；以PC端、便攜設(shè)備與手機(jī)端等形式，為用戶提供可視化的、三維虛擬的數(shù)據(jù)資料展示服務(wù)等（見圖1）。

3.3 平臺(tái)功能

鐵路運(yùn)維管理信息平臺(tái)主要包括數(shù)據(jù)集成、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、綜合展示、運(yùn)維管理、用戶服務(wù)、平臺(tái)維護(hù)管理6大功能（見圖2）。

3.3.1 數(shù)據(jù)集成

數(shù)據(jù)集成功能主要對(duì)鐵路基礎(chǔ)設(shè)施不同來(lái)源、格式、結(jié)構(gòu)性質(zhì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯集、校驗(yàn)、加工和處理，形成標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)資源，在數(shù)據(jù)管理層面實(shí)現(xiàn)集中式管控、分布式發(fā)布，主要分為數(shù)據(jù)清洗、里程轉(zhuǎn)換、模型屬性轉(zhuǎn)換及完備性檢查。

數(shù)據(jù)清洗主要對(duì)采集、傳輸?shù)脑紨?shù)據(jù)進(jìn)行重新審查和校驗(yàn)，對(duì)存在殘缺、錯(cuò)誤和重復(fù)的部分進(jìn)行完善、糾正與刪除；里程轉(zhuǎn)換主要對(duì)設(shè)計(jì)期的DK里程向運(yùn)維期的K里程轉(zhuǎn)換，以方便在運(yùn)維過(guò)程中準(zhǔn)確定位基礎(chǔ)設(shè)施及設(shè)備所在的具體位置；模型屬性轉(zhuǎn)換主要將建設(shè)期、設(shè)計(jì)期的設(shè)備屬性與運(yùn)維期的屬性信息進(jìn)行篩選對(duì)比，將不一致的屬性信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換；完備性檢查為對(duì)于存儲(chǔ)于運(yùn)維管理信息平臺(tái)上的數(shù)據(jù)進(jìn)行定期或不定期的數(shù)據(jù)完備性檢查工作，對(duì)于不完整的數(shù)據(jù)，按相應(yīng)修改意見進(jìn)行完善處理，保障用戶的檢索與調(diào)用。

圖1 鐵路運(yùn)維管理信息平臺(tái)架構(gòu)

圖2 鐵路運(yùn)維管理信息平臺(tái)功能分類

3.3.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理功能由設(shè)計(jì)期數(shù)據(jù)、建設(shè)期數(shù)據(jù)、聯(lián)調(diào)聯(lián)試數(shù)據(jù)、運(yùn)維期數(shù)據(jù)以及設(shè)備臺(tái)賬基礎(chǔ)類數(shù)據(jù)資料共同組成（見圖3），包括二維圖紙、BIM模型、質(zhì)量安全資料、現(xiàn)場(chǎng)照片、工程日志、工程影像、施工計(jì)劃進(jìn)度、各業(yè)務(wù)模塊基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、設(shè)備臺(tái)賬、運(yùn)維生產(chǎn)數(shù)據(jù)等?；A(chǔ)數(shù)據(jù)管理功能主要為各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存放與分析管理，并提供上傳、下載、查詢、查看等功能，方便用戶依據(jù)業(yè)務(wù)需要獲取不同版本、不同專業(yè)的數(shù)據(jù)信息。

3.3.3 運(yùn)維管理

運(yùn)維管理功能為平臺(tái)核心功能，平臺(tái)的運(yùn)維管理功能主要有計(jì)劃安排、作業(yè)方案、作業(yè)組織、驗(yàn)收管理等，以便指導(dǎo)站段、車間、工區(qū)等不同層級(jí)單位之間進(jìn)行計(jì)劃與方案制定、安全作業(yè)及驗(yàn)收等方面管理工作。

計(jì)劃安排主要為根據(jù)設(shè)施設(shè)備使用年限及壽命情況，制定分專業(yè)年度、季度及月度安全生產(chǎn)工作計(jì)劃、工作目標(biāo)、重點(diǎn)工作，供站段、車間、工區(qū)等各級(jí)單位制定正式生產(chǎn)計(jì)劃；作業(yè)方案主要為結(jié)合終端設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)，自動(dòng)建立安全隱患庫(kù)，并出具合理的維修作業(yè)方案，指導(dǎo)人員維修作業(yè)；作業(yè)組織主要為組織工區(qū)進(jìn)行日常安全作業(yè)及突發(fā)應(yīng)急作業(yè)，并對(duì)作業(yè)過(guò)程進(jìn)行檢查監(jiān)督；驗(yàn)收管理主要為根據(jù)維修作業(yè)完成情況進(jìn)行驗(yàn)收，并出具維修情況分析報(bào)告等。

圖3 鐵路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分類

3.3.4 綜合展示

綜合展示功能主要利用BIM模型集成基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備的動(dòng)、靜態(tài)數(shù)據(jù)信息，通過(guò)三維立體操作界面形式展示與現(xiàn)實(shí)工程實(shí)體一致的基礎(chǔ)設(shè)施空間布局，幫助運(yùn)維工作人員通過(guò)BIM模型直觀查閱數(shù)字化檔案資料、建設(shè)過(guò)程質(zhì)量數(shù)據(jù)以及運(yùn)維期各專業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施資產(chǎn)分布、設(shè)備臺(tái)賬、維修記錄等數(shù)據(jù)信息，并指導(dǎo)作業(yè)人員更直觀地發(fā)現(xiàn)與檢查監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常的區(qū)域，達(dá)到支持日常運(yùn)維工作、排除突發(fā)故障的目的。

3.3.5 用戶服務(wù)

用戶服務(wù)功能主要為平臺(tái)對(duì)用戶進(jìn)行統(tǒng)一安全認(rèn)證管理，以及個(gè)性化信息服務(wù)。平臺(tái)為信息系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)開放的統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口服務(wù)，為個(gè)人用戶提供注冊(cè)登錄服務(wù)，用戶可依托用戶名、密碼與登錄令牌進(jìn)行安全認(rèn)證，待認(rèn)證中心對(duì)用戶名、密碼等安全信息驗(yàn)證通過(guò)后，用戶可獲得平臺(tái)使用權(quán)限；同時(shí)，平臺(tái)對(duì)不同類型用戶的權(quán)限功能范圍進(jìn)行界定并存儲(chǔ)，為用戶提供權(quán)限范圍內(nèi)的的數(shù)據(jù)推送、查詢、下載、分析等功能。

3.3.6 平臺(tái)維護(hù)管理

平臺(tái)維護(hù)管理功能主要為終端設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器設(shè)備、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)等安全保障體系進(jìn)行監(jiān)控，并將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警，提醒工作人員及時(shí)處理，保障平臺(tái)的正常運(yùn)行。

4 平臺(tái)建設(shè)策略

根據(jù)鐵路運(yùn)維管理信息平臺(tái)的建設(shè)思路、目標(biāo)及內(nèi)容，結(jié)合平臺(tái)的定位與架構(gòu)，研究平臺(tái)建設(shè)策略，從爭(zhēng)取政策支持、加強(qiáng)資源整合、形成信息共享與實(shí)現(xiàn)平臺(tái)落地等方面進(jìn)行。

4.1 爭(zhēng)取政策支持

中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司（簡(jiǎn)稱國(guó)鐵集團(tuán)）和鐵路BIM聯(lián)盟作為鐵路行業(yè)BIM技術(shù)應(yīng)用的推動(dòng)者與引領(lǐng)者，近年來(lái)在推動(dòng)BIM技術(shù)的深化應(yīng)用方面發(fā)揮了舉足輕重的作用［10］。為了持續(xù)深入開展鐵路運(yùn)維管理信息平臺(tái)的研究及應(yīng)用，需要積極爭(zhēng)取政策方面的支持。首先是以智慧鐵路試點(diǎn)工程為契機(jī)，獲得平臺(tái)研究立項(xiàng)支持，完成平臺(tái)頂層設(shè)計(jì)，制定平臺(tái)建設(shè)發(fā)展規(guī)劃與技術(shù)路線，明確BIM技術(shù)在平臺(tái)建設(shè)各階段的任務(wù)，指導(dǎo)平臺(tái)建設(shè)的有序進(jìn)行；其次是制定設(shè)計(jì)、施工、建設(shè)等階段數(shù)據(jù)交付標(biāo)準(zhǔn)，參考學(xué)習(xí)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)向國(guó)際化方向發(fā)展，促進(jìn)設(shè)計(jì)、施工、建設(shè)向運(yùn)維管理信息平臺(tái)交付工作的規(guī)范化。

4.2 加強(qiáng)資源整合

運(yùn)維管理信息平臺(tái)是全生命周期數(shù)據(jù)信息的整合者，平臺(tái)開發(fā)單位應(yīng)首先集中資源開展運(yùn)維管理平臺(tái)的建設(shè)，形成資料的整合；其次應(yīng)加強(qiáng)與鐵路工程項(xiàng)目各階段的其他單位開展合作，推動(dòng)行業(yè)內(nèi)BIM技術(shù)在運(yùn)維管理階段的應(yīng)用研究工作，共同研發(fā)，成果共享，互相促進(jìn)，提高平臺(tái)應(yīng)用研究效率。

4.3 形成信息共享

由于各專業(yè)信息系統(tǒng)使用不同的開發(fā)工具，系統(tǒng)之間各自獨(dú)立，且功能存在差異，運(yùn)維管理平臺(tái)為實(shí)現(xiàn)與信息系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享，開發(fā)與各專業(yè)信息系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)接口，滿足平臺(tái)與系統(tǒng)之間的信息交換和共享。

4.4 實(shí)現(xiàn)平臺(tái)落地

借助近年來(lái)國(guó)家大力支持建筑領(lǐng)域應(yīng)用BIM技術(shù)的政策趨勢(shì)，與國(guó)鐵集團(tuán)推動(dòng)智慧鐵路示范工程建設(shè)的機(jī)遇，以在建鐵路工程為契機(jī)，開展運(yùn)維管理階段主導(dǎo)下的全生命周期橫向、縱向科研和應(yīng)用創(chuàng)新，開發(fā)基于BIM技術(shù)的鐵路運(yùn)維管理信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)在鐵路運(yùn)維管理階段的落地。

5 結(jié)束語(yǔ)

在鐵路運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理以分專業(yè)為主、數(shù)據(jù)信息較為分散的現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，研究提出了我國(guó)鐵路運(yùn)維管理信息平臺(tái)應(yīng)用BIM技術(shù)的建設(shè)思路、建設(shè)目標(biāo)及內(nèi)容，明確了平臺(tái)總體定位，設(shè)計(jì)了平臺(tái)總體架構(gòu)及主要功能，并對(duì)平臺(tái)建設(shè)策略進(jìn)行了研究。以BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)鐵路基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維管理一體化平臺(tái)的建設(shè)，在鐵路運(yùn)維管理階段的應(yīng)用將提升鐵路運(yùn)維管理體系的信息化水平和工作效率，實(shí)現(xiàn)鐵路系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益的優(yōu)化。