BIM技術(shù)在鐵路信號(hào)設(shè)備數(shù)據(jù)管理中的應(yīng)用分析

李雅美

（華設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司甘肅分公司，甘肅 蘭州 730000）

BIM技術(shù)在很多領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，在應(yīng)用的各個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)揮著重要作用。但是在鐵路領(lǐng)域BIM技術(shù)的應(yīng)用研究相對(duì)較少，因此鐵路領(lǐng)域需強(qiáng)化對(duì)BIM技術(shù)的應(yīng)用，通過(guò)模型構(gòu)建及功能模塊開(kāi)發(fā)，提升BIM技術(shù)的應(yīng)用效果。

1 BIM技術(shù)概述

BIM（Building Information Modeling）屬于建筑信息模型，BIM技術(shù)的基礎(chǔ)為三維數(shù)字技術(shù)，廣泛應(yīng)用與建筑行業(yè)。由于BIM技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中具有模型性、可視化、協(xié)調(diào)性等多種優(yōu)勢(shì)，不僅能為建筑行業(yè)的現(xiàn)代化、數(shù)字化發(fā)展起到積極作用，還能在鐵路信號(hào)設(shè)備數(shù)據(jù)管理中發(fā)揮重要價(jià)值。

2 BIM技術(shù)應(yīng)用的意義

BIM技術(shù)在鐵路信號(hào)設(shè)備數(shù)據(jù)管理中的應(yīng)用具有重要意義。構(gòu)建起三維信息模型，在信息模型中對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)備、鐵路軌跡線路等進(jìn)行描述，在整個(gè)設(shè)備數(shù)據(jù)管理中會(huì)涉及很多數(shù)據(jù)信息，可以在模型中集成各類信息，可視化分析施工、設(shè)計(jì)等各個(gè)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中重要性體現(xiàn)為：（1）鐵路信號(hào)設(shè)備顯示可視化，能直接形象的反映各項(xiàng)信息，減少施工、設(shè)計(jì)等各個(gè)環(huán)節(jié)錯(cuò)誤的出現(xiàn)；（2）能了解信號(hào)設(shè)備的歷史信息，在二維碼的應(yīng)用下，簡(jiǎn)單便捷的掌握信號(hào)設(shè)備從出廠到實(shí)際應(yīng)用全過(guò)程的信息；（3）對(duì)故障信息進(jìn)行跟蹤與反饋，了解故障問(wèn)題原因，并能對(duì)故障的維修、處理方法等全過(guò)程進(jìn)行了解與掌握。

3 鐵路信號(hào)設(shè)備數(shù)據(jù)管理存在的問(wèn)題

3.1 鐵路信號(hào)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)無(wú)法可視化

由于鐵路信號(hào)設(shè)備在設(shè)計(jì)中存在嚴(yán)重缺陷，使得一旦出現(xiàn)意外情況就會(huì)造成紅燈區(qū)間信號(hào)機(jī)出現(xiàn)錯(cuò)誤，比如在受到雷擊之后，紅燈區(qū)間信號(hào)發(fā)生錯(cuò)誤，顯示為綠燈。自閉軌道電路“閃紅軌”曾使某段自閉設(shè)備故障率居高不下，無(wú)微監(jiān)設(shè)備前無(wú)法弄清真實(shí)情況，也就很難找到閃紅的主要原因。主要是由于鐵路信號(hào)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)無(wú)法可視化，難以找到問(wèn)題所在。

3.2 信號(hào)設(shè)備故障數(shù)據(jù)庫(kù)不完整

目前鐵路信號(hào)設(shè)備維護(hù)檢修期間，由于維護(hù)檢修管理制度存在問(wèn)題，導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)故障，無(wú)法確保鐵路安全運(yùn)行。維護(hù)檢修管理未能實(shí)現(xiàn)精細(xì)化與現(xiàn)代化，使得維護(hù)檢修效率較低。維護(hù)檢修登記制度落實(shí)不到位，難以掌握設(shè)備維護(hù)檢修全周期。

故障數(shù)據(jù)庫(kù)中缺少道岔故障、軌道電路故障、信號(hào)電源屏故障及電纜故障等具體原因及相關(guān)的維修記錄，由于數(shù)據(jù)庫(kù)不完整，無(wú)法為信號(hào)設(shè)備的 的優(yōu)化提供可靠服務(wù)。比如電纜故障 某信號(hào)工區(qū)，在一次“天窗修”前，用微機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)調(diào)閱有關(guān)設(shè)備測(cè)試數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)大部分信號(hào)電纜對(duì)地絕緣有為零的記錄，但是數(shù)據(jù)庫(kù)記錄并不完整。

4 BIM技術(shù)在鐵路信號(hào)設(shè)備數(shù)據(jù)管理中的應(yīng)用

4.1 模型構(gòu)建

（1）數(shù)據(jù)獲取。鐵路信號(hào)設(shè)備數(shù)據(jù)管理中對(duì)BIM技術(shù)的應(yīng)用期間要構(gòu)建模型，首先就要獲取數(shù)據(jù)。BIM技術(shù)在應(yīng)用中是否可靠與精準(zhǔn)，數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性是直接影響因素。在獲取數(shù)據(jù)期間，要做好下面幾項(xiàng)工作。

①建筑物數(shù)據(jù)的獲取。在獲取數(shù)據(jù)時(shí)可以使用激光掃描技術(shù)，在獲取室外、室內(nèi)數(shù)據(jù)時(shí)，通過(guò)激光掃描系統(tǒng)的應(yīng)用，能對(duì)室外、室內(nèi)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行高效獲取。還可以通過(guò)衛(wèi)星及航拍等獲取影像數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)字地鐵等獲取精準(zhǔn)的二維數(shù)據(jù)。

②高程模型數(shù)據(jù)。站場(chǎng)、鐵路軌道等位于三維空間地形中，在BIM系統(tǒng)點(diǎn)云技術(shù)的應(yīng)用下，可以對(duì)數(shù)字高程模型進(jìn)行構(gòu)建，構(gòu)建的關(guān)鍵在于地模數(shù)據(jù)的有效獲取。影像數(shù)據(jù)、地形圖、精密測(cè)量等是需要獲取的各類信息，而且在獲取期間要借助各類工具與技術(shù)，比如航拍結(jié)合激光掃描技術(shù)、全站儀、計(jì)算機(jī)等。

數(shù)字高程模型的構(gòu)建，需使用ArcGIS命令。在計(jì)算平均高程時(shí)，需使用下面的公式：

式中，n、h（Pk）分別為計(jì)算單元格內(nèi)柵格個(gè)數(shù)、k點(diǎn)的高程。

除此之外，還要計(jì)算出極值高程與高差，即：

（2）鐵路信號(hào)設(shè)備BIM模型構(gòu)建。鐵路信號(hào)設(shè)備BIM模型構(gòu)建主要包括下面幾個(gè)內(nèi)容。

①地質(zhì)BIM模型。整合處理完畢的不同層級(jí)地質(zhì)模型及該區(qū)域所存在的斷層信息，然后形成地質(zhì)模型。地質(zhì)BIM模型構(gòu)建期間，需了解數(shù)據(jù)屬性。數(shù)據(jù)一般包括方位信息（坐標(biāo)（X，Y）、方位角等）、土質(zhì)屬性（層深、地下水位、層底標(biāo)高等）、力學(xué)參數(shù)（基本承載力、重度、粘聚力等）。最后在生成三維地形圖時(shí)，需借助AutoCAD軟件。

②鐵路線路BIM模型。軌枕結(jié)構(gòu)旁是安裝鐵路信號(hào)設(shè)備的位置，鐵路線路空間由于具有點(diǎn)位變化多及空間線形復(fù)雜等情況，在對(duì)異形軌枕結(jié)構(gòu)BIM模型構(gòu)建時(shí)，需使用Catia軟件，在對(duì)復(fù)雜線形鐵路軌道結(jié)構(gòu)建模期間，要堅(jiān)持主線骨架加構(gòu)件安裝的理念。

③鐵路信號(hào)設(shè)備BIM模型?，F(xiàn)鐵路信號(hào)設(shè)備信息模型在生成過(guò)程中，需使用Inventor軟件，通過(guò)ipart技術(shù)的應(yīng)用，能將智能零件庫(kù)生成。

4.2 鐵路信號(hào)設(shè)備BIM系統(tǒng)的功能模塊開(kāi)發(fā)

（1）可視化模塊。在統(tǒng)一的BIM系統(tǒng)管理平臺(tái)時(shí)，能對(duì)不同的模型進(jìn)行整合，比如地質(zhì)BIM模型、信號(hào)設(shè)備BIM模型等。在BIM可視化管理系統(tǒng)的應(yīng)用下，能在信號(hào)設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)模型數(shù)據(jù)的有效存儲(chǔ)與查看等工作。在BIM模型中，能夠?qū)崿F(xiàn)多項(xiàng)功能，而且還可以對(duì)導(dǎo)航圖及坐標(biāo)等進(jìn)行顯示，準(zhǔn)確了解三維場(chǎng)景，并對(duì)其進(jìn)行模擬。720°無(wú)死角查看設(shè)備細(xì)部構(gòu)造，避免安裝位置偏差。

（2）計(jì)劃與任務(wù)功能模塊。在BIM系統(tǒng)中，計(jì)劃與任務(wù)功能模塊發(fā)揮著重要作用，是檢修作業(yè)工作的重要組成部分，也是鐵路信號(hào)設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中，檢修任務(wù)下達(dá)的主要模塊。比如維修計(jì)劃管理、維修項(xiàng)目管理等。鐵路信號(hào)設(shè)備信息的統(tǒng)計(jì)與查詢等工作開(kāi)展期間，可以在該模塊的應(yīng)用下，及時(shí)上傳與更新信息，并能對(duì)故障管理提供參考。

（3）距離測(cè)量功能模塊。在定位故障點(diǎn)的嚴(yán)格控制是距離測(cè)量功能模塊的原理，也就是在BIM軟件管理系統(tǒng)中將點(diǎn)位坐標(biāo)輸入，整體軌道線路BIM模型系統(tǒng)是建立在空間位置關(guān)系上的，因此可以對(duì)維修車間及故障檢修之間的距離進(jìn)行快速確定，這樣就能在對(duì)故障點(diǎn)檢修期間，便于工作人員的處理。

（4）數(shù)據(jù)維護(hù)功能模塊。BIM模型關(guān)聯(lián)等不同的模塊共同組成數(shù)據(jù)維護(hù)功能模塊。這個(gè)模塊能夠?qū)崿F(xiàn)資料瀏覽與上傳等各項(xiàng)工作，便于工作的開(kāi)展與管理。將關(guān)鍵字輸入之后，能在信號(hào)設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行查詢，便于工作人員快速找到需要的資料。同時(shí)BIM模型還具有聯(lián)動(dòng)功能，可以與其他設(shè)備或者平臺(tái)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，發(fā)揮BIM模塊的整體功能。設(shè)備管理、涂層管理及屬性窗口是視圖模塊的重要組成部分，通過(guò)這三個(gè)部分工作人員在具體操作期間，能選擇對(duì)應(yīng)對(duì)象，然后可以通過(guò)分層顯示的方法對(duì)這些內(nèi)容進(jìn)行顯示。

（5）臺(tái)賬信息模塊。信號(hào)設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)中臺(tái)賬模塊、字典管理模塊等是臺(tái)賬模塊的幾個(gè)重要部分。通過(guò)這些功能的應(yīng)用，可以及時(shí)了解設(shè)備的屬性及具體情況，然后針對(duì)具體情況進(jìn)行更改。

在BIM系統(tǒng)中，豐富的功能下，能發(fā)揮其檢索與查詢等各項(xiàng)功能，工作人員在對(duì)三維圖像信息進(jìn)行查詢時(shí)，能夠更加的便捷與高效。在臺(tái)賬信息模塊的運(yùn)用下，能有效降低各項(xiàng)信息查詢的時(shí)間。在對(duì)故障設(shè)備進(jìn)行排查過(guò)程中，在查詢模塊的應(yīng)用下，能快速查詢?cè)O(shè)備是否存在故障。設(shè)備流程在查詢期間的流程如圖1所示。

圖1 設(shè)備流程查詢

5 結(jié)語(yǔ)

BIM技術(shù)在鐵路信號(hào)設(shè)備數(shù)據(jù)管理中的應(yīng)用具有重要的意義，是確保鐵路信號(hào)設(shè)備數(shù)據(jù)管理可靠性的關(guān)鍵。通過(guò)BIM技術(shù)的應(yīng)用，能為鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩耘c可靠性提供支持與幫助，降低鐵路信號(hào)設(shè)備數(shù)據(jù)管理發(fā)生故障的概率，全面提升鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩?。同時(shí)BIM技術(shù)的應(yīng)用，也能實(shí)現(xiàn)鐵路事業(yè)的現(xiàn)代化，促進(jìn)鐵路事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。