城市軌道交通設(shè)備數(shù)字化分類和交付應(yīng)用研究

張波ZHANG Bo；安文章AN Wen-zhang；許有俊XU You-jun

（①內(nèi)蒙古科技大學(xué)，包頭014010；②北京市軌道交通設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京100101）

0 引言

城市軌道交通行業(yè)屬于重資產(chǎn)型行業(yè)，對(duì)設(shè)施設(shè)備的有效管理是保障城市軌道交通安全運(yùn)行的關(guān)鍵工作[1]，地鐵資產(chǎn)城市軌道交通工程中設(shè)施設(shè)備物資具有種類多、專業(yè)性強(qiáng)、價(jià)值高、使用地點(diǎn)分散、資產(chǎn)變動(dòng)頻繁、資金比重大、管理難度大等特點(diǎn)，包括房間、UPS、FAS、供電、自動(dòng)售檢票通信、信號(hào)等數(shù)十個(gè)專業(yè)[2]，設(shè)施設(shè)備需要經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)使用、維修保養(yǎng)等不同的項(xiàng)目階段，為滿足設(shè)施設(shè)備各階段的交付要求，必須有規(guī)范統(tǒng)一的分類及其編碼來(lái)進(jìn)行互相區(qū)分，以規(guī)范設(shè)施設(shè)備組成架構(gòu)，滿足設(shè)施設(shè)備全生命期的需求。現(xiàn)如今，編碼體系及數(shù)據(jù)格式不一，設(shè)施設(shè)備分類信息與空間位置信息難以形成精確地對(duì)應(yīng)關(guān)系，使其在建設(shè)階段及后期運(yùn)維階段的資產(chǎn)移交過(guò)程中仍以分散、孤立的形式存在[3]，導(dǎo)致形成眾多的信息孤島[4]。為了城市軌道交通設(shè)備安全、高效運(yùn)行，降低維護(hù)的成本，越來(lái)越多的城市逐漸開重視城市軌道交通設(shè)施設(shè)備的管理工作，但信息系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，加上對(duì)空間位置信息重視不夠，導(dǎo)致仍未形成適用于城市軌道交通全生命周期過(guò)程的設(shè)施設(shè)備編碼和空間位置編碼體系。

因此，本文主要研究城市軌道交通按照系統(tǒng)功能分類，并基于線分類法對(duì)城市軌道交通設(shè)施設(shè)備進(jìn)行分類、編碼，將以分散、孤立、混亂形式存在的設(shè)施設(shè)備形成一個(gè)系統(tǒng)的施設(shè)備分類與編碼體系；研究對(duì)城市軌道交通工程的車站、區(qū)間、停車場(chǎng)、車輛段、主變電所、控制中心的獨(dú)立功能空間進(jìn)行位置編碼，為精細(xì)化管理提供精準(zhǔn)的空間定位；研究城市軌道交通設(shè)施設(shè)備與所在位置雙向聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)基于BIM技術(shù)建立軌道交通設(shè)施設(shè)備編碼和空間位置編碼的邏輯關(guān)系。有利于全面數(shù)字化建造，打造數(shù)字化地鐵[5]，從而實(shí)現(xiàn)城市軌道交通信息化、標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化的管理[6]，為基于BIM、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的開展智能運(yùn)維奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[7]。

1 城市軌道交通設(shè)施設(shè)備數(shù)字化分類編碼研究

1.1 設(shè)施設(shè)備分類編碼原則

城市軌道交通設(shè)施設(shè)備的分類應(yīng)滿足資產(chǎn)管理、運(yùn)維管理和物資管理的需求。以城市軌道交通設(shè)施設(shè)備的專業(yè)屬性為基礎(chǔ)進(jìn)行分類。城市軌道交通設(shè)施設(shè)備分類應(yīng)達(dá)到設(shè)施設(shè)備的組成部件單元。城市軌道交通設(shè)施設(shè)備的分類應(yīng)包含城市軌道交通各種專業(yè)配置的基礎(chǔ)設(shè)備，并可在現(xiàn)有分類的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展。

系統(tǒng)性，在制定設(shè)備編碼規(guī)則時(shí)就加以充分考慮應(yīng)與其保證之間的統(tǒng)一、協(xié)調(diào)，形成一個(gè)系統(tǒng)性的分類編碼體系。

唯一性[8]，規(guī)定每個(gè)編碼只表示一個(gè)設(shè)施設(shè)備。一經(jīng)確定，不得改動(dòng)。

可擴(kuò)充性，基礎(chǔ)信息編碼中要留有適當(dāng)?shù)臄U(kuò)充空間，以保證隨著軌道交通新業(yè)務(wù)的發(fā)展而進(jìn)行擴(kuò)充和調(diào)整，但不打亂原有的編碼。

適用性，要適合軌道交通信息化現(xiàn)狀，利于信息化系統(tǒng)資源的整合、共享。

1.2 設(shè)施設(shè)備數(shù)字化分類方法

按系統(tǒng)功能分類，各種設(shè)施設(shè)備按專業(yè)用途進(jìn)行分類，如車輛、給排水、防災(zāi)報(bào)警、通風(fēng)、FAS、BAS、AFC、高低壓供電等。

1.3 設(shè)施設(shè)備分類編碼結(jié)構(gòu)

按系統(tǒng)功能分類并基于線分類法對(duì)城市軌道交通設(shè)施設(shè)備進(jìn)行分類。編碼按照“大類、小類、大組、小組”專業(yè)層次屬性進(jìn)行劃分，每層次2位數(shù)字編碼。（圖1）

圖1 城市軌道交通設(shè)施設(shè)備分類結(jié)構(gòu)圖

注：大類，表示設(shè)施設(shè)備所屬的“專業(yè)”；

小類，表示該專業(yè)內(nèi)其功能的“系統(tǒng)”；

大組，表示該“子系統(tǒng)”或者“設(shè)施設(shè)備”；

小組，表示設(shè)施設(shè)備的組成部件。

2 城市軌道交通空間位置編碼研究

研究對(duì)城市軌道交通工程的車站、區(qū)間、場(chǎng)段、主所、控制中心中的獨(dú)立功能空間進(jìn)行網(wǎng)格編碼，為精細(xì)化管理提供精準(zhǔn)的空間定位，實(shí)現(xiàn)設(shè)施設(shè)備的空間查詢分析以及空間自身信息管理。實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的精準(zhǔn)定位，為后期運(yùn)維數(shù)字化移交的管理奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

為滿足城市軌道交通的資產(chǎn)移交要求，實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)管理信息系統(tǒng)中的資產(chǎn)與所在位置雙向聯(lián)動(dòng)，需要采集城市軌道交通設(shè)施設(shè)備所在位置的編碼數(shù)據(jù)，信息化建設(shè)項(xiàng)目組已制定了位置編碼方案，現(xiàn)需要城市軌道交通工程建設(shè)管理部組織車站、區(qū)間、場(chǎng)段、控制中心的施工標(biāo)段按照位置編碼方案進(jìn)行位置編碼數(shù)據(jù)的采集，并交于對(duì)應(yīng)的監(jiān)理工程師審核。包含設(shè)備資產(chǎn)安裝的空間位置。位置編碼有助于管理及報(bào)修維修，能快速找到相應(yīng)的資產(chǎn)及設(shè)備數(shù)據(jù)，以便于建立無(wú)論是人員定位描述或資產(chǎn)設(shè)備定位描述的統(tǒng)一溝通平臺(tái)。

2.1 位置編碼編制原則

層次性，按照線路代碼、區(qū)域代碼、建構(gòu)筑物代碼、樓層代碼、房間代碼五部分進(jìn)行編制，由整體到局部進(jìn)行編制。

唯一性，每個(gè)房間只一個(gè)位置編碼與其對(duì)應(yīng)，位置編碼一經(jīng)確定，不得改動(dòng)。

2.2 房間位置編碼

2.2.1 房間位置編碼方法

線路代碼表示設(shè)施設(shè)備當(dāng)前所在的線路，采用2位數(shù)字代碼表示。

區(qū)域代碼表示設(shè)施設(shè)備所處的具體車站、區(qū)間、停車場(chǎng)、車輛段、主變電所、控制中心等，采用4位數(shù)字代碼表示。其中，車站按順序從上行站至下行站依次編碼。上行區(qū)間：南北向線路以由南向北；東西向線路以西向東；環(huán)形線路以列車在外側(cè)軌道線的運(yùn)行方向。停車場(chǎng)、車輛段、主變電所、控制中心則需要獨(dú)立編碼。

建構(gòu)筑物代碼采用2位數(shù)字代碼表示，主要包括獨(dú)立的建筑購(gòu)物。

樓層代碼采用2位數(shù)字代碼表示，對(duì)于站廳、站臺(tái)層公共區(qū)的開放空間區(qū)塊，其中樓梯、扶梯、垂梯區(qū)塊均為特殊樓層，采用對(duì)應(yīng)的特殊樓層代碼。

房間代碼采用2位數(shù)字代碼表示，房間代碼按照各樓層的平面圖中軸號(hào)從小到大順序編號(hào)。

對(duì)于樓層內(nèi)的風(fēng)井、管井等、樓梯，其中井類，以“GY”+“井序號(hào)”表示；樓梯類：以“LZ”+“樓梯序號(hào)”表示。

2.2.2 房間位置編碼結(jié)構(gòu)

城市軌道交通設(shè)施設(shè)備的空間位置編碼是指設(shè)施設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)的地理位置，由線路代碼、區(qū)域代碼、建筑物代碼、樓層代碼、房間代碼五部分組成。采用12為數(shù)字型代碼表示。（圖2）

圖2 房間位置編碼結(jié)構(gòu)體系

2.3 車輛位置編碼

2.3.1 車輛位置編碼方法

車輛代碼表示車輛的編號(hào)，采用2位數(shù)字代碼表示，從“01”開始至“99”，車次代碼表示每輛的節(jié)次編號(hào)，采用2位數(shù)字代碼表示，從“01”開始“99”，部位代碼表示每節(jié)車的部位代碼，采用2位數(shù)字代碼表示，01代表車頂、02代表車內(nèi)、03代表車下。

位端代碼表示每節(jié)車的前后端代碼，采用2位數(shù)字代碼表示。

位側(cè)代碼代表每節(jié)車的左右側(cè)代碼，采用2位數(shù)字代碼表示，01代表左位側(cè)：02代表右位側(cè)。

2.3.2 車輛位置編碼結(jié)構(gòu)

車輛位置代碼是指車輛設(shè)施設(shè)備在車輛上使用或安裝的具體位置，由線路、車輛、車節(jié)、部位、位端、位側(cè)代碼組成，采用12為數(shù)字代碼表示。（圖3）

圖3 車輛位置編碼結(jié)構(gòu)體系

3 設(shè)施設(shè)備分類編碼和位置編碼應(yīng)用及數(shù)字化交付

3.1 設(shè)施設(shè)備信息的關(guān)聯(lián)應(yīng)用

按照城市軌道交通設(shè)施設(shè)備分類編碼對(duì)BIM構(gòu)件模型粒度進(jìn)行拆分，設(shè)置其資產(chǎn)編碼、設(shè)備編碼、位置編碼，如圖4所示。

圖4 設(shè)施設(shè)備信息關(guān)聯(lián)圖

設(shè)施設(shè)備安裝后屬性賦予位置編碼，有助于對(duì)其管理以及運(yùn)維維修過(guò)程中能快速找到相應(yīng)的設(shè)施設(shè)備。從而實(shí)現(xiàn)了基于BIM技術(shù)建立軌道交通設(shè)施設(shè)備編碼和空間位置編碼的邏輯關(guān)系，推進(jìn)了軌道交通空間數(shù)字化組成體系建設(shè)。

3.2 基于BIM的數(shù)字化交付應(yīng)用

3.2.1 基于BIM進(jìn)行設(shè)施設(shè)備資產(chǎn)分類與編碼，完成資產(chǎn)數(shù)據(jù)采集

圖6 城市軌道交通工程BIM數(shù)據(jù)集成與數(shù)字化交付平臺(tái)示意圖

通過(guò)對(duì)BIM竣工模型設(shè)置構(gòu)件的分類編碼，在建設(shè)期構(gòu)建的BIM設(shè)施設(shè)備族庫(kù)模型的基礎(chǔ)上，研究制定設(shè)施設(shè)備分類與編碼體系，由設(shè)計(jì)院完成設(shè)施設(shè)備的設(shè)計(jì)開項(xiàng)、施工/安裝單位完成施工單位信息及位置編碼、設(shè)備供應(yīng)商完成設(shè)施設(shè)備的基本信息、建設(shè)單位補(bǔ)充完善資產(chǎn)信息、監(jiān)理審核信息，最終形成設(shè)施設(shè)備資產(chǎn)清冊(cè)。直接進(jìn)行BIM數(shù)字化移交，實(shí)現(xiàn)竣工即可清晰移交的目標(biāo)，相對(duì)于傳統(tǒng)的資產(chǎn)移交，極大減少后續(xù)的工作量，應(yīng)用模式在城市軌道交通領(lǐng)域具有極大的推廣價(jià)值。

3.2.2 RFID電子標(biāo)簽生成與讀取

建設(shè)部門根據(jù)資產(chǎn)清冊(cè)信息和設(shè)備供應(yīng)單位提供的設(shè)備編號(hào)，生成RFID電子標(biāo)簽，并將其粘貼在設(shè)備表面，運(yùn)營(yíng)部門通過(guò)移動(dòng)端設(shè)備進(jìn)行讀取，如圖5所示。

圖5 RFID電子標(biāo)簽與信息采集

3.2.3 數(shù)字化交付

基于BIM的數(shù)字化、可視化、集成化特性，結(jié)合建設(shè)期的BIM技術(shù)應(yīng)用，打造城市軌道交通數(shù)字化工程，基于城市軌道交通工程BIM數(shù)據(jù)集成與數(shù)字化交付平臺(tái)，在交付實(shí)體地鐵的同時(shí)，再交付一套數(shù)字化地鐵。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著城市軌道交通行業(yè)的快速發(fā)展，深入研究和持續(xù)改進(jìn)基于BIM的數(shù)字化分類體系，包括設(shè)施設(shè)備分類與編碼、空間位置編碼、全生命周期關(guān)聯(lián)，為實(shí)現(xiàn)全面數(shù)字化建造、全面信息化管理、全面BIM移交、全面智慧化運(yùn)維奠定基礎(chǔ)。