基于BIM 技術(shù)的地鐵道岔運維管理平臺設(shè)計

何 晨，何越磊，魏麗麗HE Chen, HE Yuelei, WEI Lili

（上海工程技術(shù)大學(xué) 城市軌道交通學(xué)院，上海 201620）

0 引 言

近年來，我國城市軌道交通行業(yè)飛速發(fā)展，各地軌道交通建設(shè)速度、規(guī)模和發(fā)展都取得了令人矚目的成就。在城市軌道交通行業(yè)日益發(fā)展的今天，行車安全始終是城市軌道交通運營安全中最重要、最核心的部分，而道岔作為線路上的薄弱環(huán)節(jié)，更是日常養(yǎng)護維修的重點和難點。地鐵道岔在運維期間會產(chǎn)生大量管理資料，其資料呈現(xiàn)形式多樣，且歸屬于工務(wù)、通號兩個部門管理，很容易發(fā)生資料缺失、信息斷層、管理脫節(jié)、應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等問題，無法對資料進行統(tǒng)一合理的調(diào)配。在傳統(tǒng)的管理模式下，工電部門各自對自己專業(yè)相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)備負(fù)責(zé)，信息相對閉塞，且雙方在進行聯(lián)檢聯(lián)修的時候，信息的傳遞存在滯后性。為了促進工電部門的信息交流與數(shù)據(jù)共享，本文基于BIM 技術(shù)設(shè)計開發(fā)地鐵道岔運維管理平臺，基于Unity3D 平臺開發(fā)生產(chǎn)資料查看、常見故障檢索及聯(lián)檢聯(lián)修可視化三個功能模塊，將三維模型與數(shù)據(jù)信息關(guān)聯(lián)，更具直觀性，能有效提升運維管理的效率。

1 BIM 技術(shù)簡介

BIM，即建筑信息模型，屬于一項基于CAD 的創(chuàng)新型技術(shù)。BIM 技術(shù)具有共享性，不同于CAD，BIM 支持多軟件共同支撐，是一項更多體現(xiàn)在團隊運動上的三維設(shè)計工具，BIM 技術(shù)實施的過程其本質(zhì)就是一種協(xié)同的過程。

BIM 技術(shù)具有可視化、協(xié)調(diào)性、優(yōu)化性等特點。依托BIM 在可視化方面的優(yōu)勢，將三維模型與信息數(shù)據(jù)相連接，將紙質(zhì)的、抽象的信息以可視化的方式表達(dá)出來。在工程項目的設(shè)計階段可以協(xié)調(diào)多方參與，協(xié)調(diào)碰撞問題，施工階段模擬施工進度，優(yōu)化施工方案，為后期運維管理創(chuàng)造條件。

將BIM 技術(shù)引入地鐵道岔運維管理方面，建立地鐵道岔部位的參數(shù)化信息模型，通過搭建可視化平臺，使得工電部門在可視化場景下實現(xiàn)日常的設(shè)備結(jié)構(gòu)管理以及聯(lián)檢聯(lián)修作業(yè)進度的查詢，有效促進兩個部門的信息共享，提高地鐵道岔運維管理效率。

2 平臺需求分析

道岔是地鐵行車的關(guān)鍵部位，它構(gòu)造復(fù)雜，結(jié)構(gòu)薄弱，是工、電雙方日常養(yǎng)護的重點和難點。由于道岔設(shè)備分屬工務(wù)和通號兩家單位管理，存在專業(yè)結(jié)合部的問題，設(shè)備上互相牽涉、相互影響，當(dāng)某個設(shè)備發(fā)生故障或某處位置出現(xiàn)病害得不到及時整治，就會影響整套設(shè)備的正常使用。因此，協(xié)調(diào)統(tǒng)籌工電部門工作，是實現(xiàn)地鐵道岔運維管理有序進行的重要前提。

根據(jù)地鐵維保部門制定的道岔聯(lián)檢聯(lián)修有關(guān)規(guī)定，工電聯(lián)檢內(nèi)容主要是對道岔區(qū)段內(nèi)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)備進行維護整治，是確保行車安全的重要一環(huán)，也是其他各部門聯(lián)檢工作開展的基礎(chǔ)保障。在實際管理中，工電雙方對自身聯(lián)檢范圍和工作內(nèi)容都有明確的劃分，彼此之間數(shù)據(jù)僅為自己部門管理，信息交流閉塞，對于聯(lián)檢聯(lián)修工作的開展不夠及時，巡檢數(shù)據(jù)的儲存與管理方式單一，容易造成丟失等問題。

因此，本文設(shè)計開發(fā)地鐵道岔運維管理平臺，實現(xiàn)道岔部位設(shè)備結(jié)構(gòu)的信息化管理，提高工電部門管理效率，在保證兩個部門自身權(quán)利不受影響的前提下，促進雙方的數(shù)據(jù)信息共享。

3 平臺功能設(shè)計

本文考慮到工務(wù)和通號兩個部門對地鐵道岔部位日常維護管理的實際需求，對地鐵道岔運維管理平臺進行相應(yīng)的功能模塊設(shè)計。主要分為生產(chǎn)信息模塊、故障檢索模塊和工電聯(lián)檢聯(lián)修模塊。主要功能框架如圖1 所示。

圖1 地鐵道岔運維管理平臺功能框架

3.1 權(quán)限劃分

本文所設(shè)計的平臺供工務(wù)和通號兩個部門共同使用，從保障兩個部門自身權(quán)益以及保護數(shù)據(jù)權(quán)威性的角度出發(fā)，將兩個部門的權(quán)限進行劃分，具體權(quán)限劃分如圖2 所示。

圖2 權(quán)限劃分結(jié)構(gòu)

3.2 生產(chǎn)信息模塊

生產(chǎn)信息模塊主要是儲存管理地鐵道岔部位設(shè)備結(jié)構(gòu)的各類生產(chǎn)信息。從設(shè)計階段開始的設(shè)計圖紙、施工階段的安裝指導(dǎo)、技術(shù)手冊等文件以及各類設(shè)備基礎(chǔ)信息，都與該設(shè)備的三維模型建立連接，通過點擊設(shè)備模型，進行交互操作，選擇相應(yīng)的功能模塊進行信息的查看。

此外，生產(chǎn)信息模塊還用于維護指導(dǎo)。為更具有直觀的指導(dǎo)作用，利用Unity3D 內(nèi)置Animation 插件，對部分可拆解的設(shè)備制作拆裝動畫，通過點擊UI 按鈕播放拆裝動畫，指導(dǎo)上線人員進行設(shè)備的拆裝工作。

3.3 故障檢索模塊

基于故障樹原理由上而下建立故障樹，層層推導(dǎo)故障及其引起的原因，直至獲得最小不可分割的割集。通過大量查閱文獻(xiàn)資料，廣泛搜集現(xiàn)場工人經(jīng)驗歸納總結(jié)建立起故障知識庫，建立流程如圖3 所示。知識庫可隨著實際案例的不斷增加而不斷更新，逐漸擴大其知識庫的知識儲備。用戶在顯示窗口輸入故障現(xiàn)象，即可檢索到故障原因及相應(yīng)的維修措施。對于日常檢修的人員來說，可以快速定位故障發(fā)生的位置，并獲取準(zhǔn)確地解決措施，可以有效提高治理病害排除故障的效率。

圖3 知識庫建立流程

3.4 工電聯(lián)檢聯(lián)修模塊

該模塊主要為工電部門聯(lián)檢聯(lián)修而設(shè)計。工務(wù)和通號部門可以記錄本部門的巡檢數(shù)據(jù)，儲存在數(shù)據(jù)庫中，供雙方部門隨時查看。對于工電聯(lián)檢聯(lián)修作業(yè)，從提交作業(yè)計劃申報到故障處理進度的追蹤，都可以在該模塊內(nèi)實現(xiàn)，雙方具有權(quán)限去及時了解信息，避免本部門的關(guān)聯(lián)設(shè)備受到影響，極大程度上簡化了兩個部門的信息交流方式。

兩個部門可在線填寫《檢查、整治驗收記錄表》，記錄表按照記錄日期儲存在數(shù)據(jù)庫中，輸入日期即可查看該日檢查記錄。記錄表中的各項檢查數(shù)據(jù)，兩個部門都要對其負(fù)責(zé)，因此僅當(dāng)兩個部門負(fù)責(zé)人均在簽字欄簽名后，該份記錄表顯示完成狀態(tài)，不然均為未完成狀態(tài)。兩個部門的編輯權(quán)限不同，每個部門僅能對本部門管轄范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)進行編輯。

4 關(guān)鍵技術(shù)研究

4.1 參數(shù)化建模

采用Revit 軟件進行BIM 建模，創(chuàng)建地鐵線路及其軌旁設(shè)備專業(yè)族庫。為了還原實際地鐵線路的布置狀態(tài)，需要將單個設(shè)備結(jié)構(gòu)與線路模型進行組合。由于此項建模工作量大，操作機械，本文使用Revit 的內(nèi)置插件Dynamo 可視化編程技術(shù)，實現(xiàn)批量放置設(shè)備并修改參數(shù)的功能。通過使用內(nèi)置節(jié)點包并結(jié)合DesignScript 程序語言，實現(xiàn)按照規(guī)定坐標(biāo)批量放置設(shè)備模型，集中修改設(shè)備參數(shù)的功能，大大減小了建模壓力，提高建模效率。地鐵完整線路建模如圖4 所示。

圖4 地鐵完整線路建模

4.2 可視化場景

基于Unity3D 平臺進行可視化場景搭建。將創(chuàng)建好的線路模型轉(zhuǎn)化為FBX 格式導(dǎo)入Unity 中，通過Visual Studio 編寫C#程序語言，調(diào)用Unity 提供的API 端口，通過實現(xiàn)IPointerClickHandler 接口來添加鼠標(biāo)點擊事件，將設(shè)備模型與交互操作界面相關(guān)聯(lián)，進行交互設(shè)計。編寫程序語言給Rotataion 屬性賦值，控制相機與目標(biāo)物體的相對距離不變，即使得相機繞著目標(biāo)物體旋轉(zhuǎn)。實現(xiàn)在可視化界面下，可以對操作界面進行旋轉(zhuǎn)、縮放和拉近等操作，進行多方位查看三維模型，如圖5 所示。

圖5 三維視角查看

4.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計與連接

在地鐵道岔運維管理平臺運行時，其平臺所顯示和更新的數(shù)據(jù)需要進行集中的儲存和管理。創(chuàng)建MySQL 數(shù)據(jù)庫，對平臺所涉及的用戶信息、故障信息和維護信息進行儲存和管理，數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)如圖6 所示。

圖6 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

在數(shù)據(jù)庫的開發(fā)過程中，實現(xiàn)Unity 與MySQL 的連接需要載入幾個相關(guān)的動態(tài)庫。在連接過程中通過編寫腳本代碼實現(xiàn)打開數(shù)據(jù)庫、關(guān)閉數(shù)據(jù)庫、對數(shù)據(jù)庫進行增刪改查等操作，以滿足用戶的信息服務(wù)需求。

5 總 結(jié)

本文設(shè)計了一種基于BIM 技術(shù)的地鐵道岔運維管理平臺。該平臺實現(xiàn)了生產(chǎn)信息管理功能、常見故障檢索功能和工電聯(lián)檢聯(lián)修可視化功能，對解決工務(wù)和通號兩個部門的數(shù)據(jù)信息交流滯緩問題，密切兩個部門的聯(lián)系，促進提高地鐵道岔部位的運維管理效率具有良好的應(yīng)用價值和前景。此外，該平臺還可以拓展到道岔部位的全生命周期管理中，依靠BIM 的信息傳遞屬性，集合設(shè)計、施工、運維等各個階段的數(shù)據(jù)，具有更多的可能性。