《中國(guó)鐵路通信信號(hào)工程數(shù)字化轉(zhuǎn)型白皮書(shū)》解讀

王玲玲，劉立海，李瑞敏

（1.通號(hào)工程局集團(tuán)有限公司，北京 100070；2.中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，武漢 430063）

1 概述

當(dāng)前中國(guó)智能鐵路發(fā)展進(jìn)入快車(chē)道，現(xiàn)代工程建造技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用、新型基礎(chǔ)設(shè)施等正在賦能鐵路基礎(chǔ)設(shè)施全生命周期高質(zhì)量發(fā)展，推動(dòng)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化升級(jí)。通信信號(hào)系統(tǒng)作為鐵路的“神經(jīng)和大腦”，輸送鐵路數(shù)據(jù)，指揮列車(chē)運(yùn)行，在鐵路基礎(chǔ)設(shè)施中已率先一步演進(jìn)為數(shù)字實(shí)體，但其工程建設(shè)的數(shù)字化程度還非常低，表現(xiàn)在工程施工勞動(dòng)密集程度高、工程管理模式粗放、工業(yè)化程度低、與各專(zhuān)業(yè)接口資源消耗大等困境和問(wèn)題比較突出，亟待通過(guò)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)提供技術(shù)支撐，進(jìn)一步創(chuàng)新工程建造技術(shù)，深化工程勘察設(shè)計(jì)，強(qiáng)化施工過(guò)程管控，提高鐵路建設(shè)投資質(zhì)量和效益，提升鐵路工程建造和建設(shè)管理水平。2021年底，中國(guó)鐵道學(xué)會(huì)通信信號(hào)分會(huì)發(fā)布《中國(guó)鐵路通信信號(hào)工程數(shù)字化轉(zhuǎn)型白皮書(shū)》，對(duì)國(guó)內(nèi)外數(shù)字化轉(zhuǎn)型宏觀形勢(shì)、建筑行業(yè)和鐵路行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析，總結(jié)近年來(lái)中國(guó)鐵路通信信號(hào)工程建設(shè)領(lǐng)域的痛點(diǎn)，從建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、施工單位、運(yùn)維單位等建設(shè)各方獲取生產(chǎn)層面以及企業(yè)運(yùn)營(yíng)層面的數(shù)字化需求，從工程設(shè)計(jì)、工程施工、建維一體等工程建設(shè)全生命周期提出轉(zhuǎn)型發(fā)展建議，為今后特別是未來(lái)“十四五”期間的通信信號(hào)工程建設(shè)數(shù)字化發(fā)展指出一些目標(biāo)導(dǎo)向。

2 工程設(shè)計(jì)數(shù)字化

鐵路通信信號(hào)工程設(shè)計(jì)數(shù)字化的輸出是全數(shù)字化樣品，實(shí)現(xiàn)全專(zhuān)業(yè)、全過(guò)程、全參與方的設(shè)計(jì)數(shù)字化成果交付。也就是在實(shí)體項(xiàng)目建設(shè)開(kāi)工之前，集成各參與方與生產(chǎn)要素，通過(guò)全數(shù)字化打樣，減少各種工程風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案、施工組織方案和運(yùn)維方案的優(yōu)化以及全生命周期的成本優(yōu)化，保障大規(guī)模定制生產(chǎn)和施工建造的可實(shí)施性，交付包含全過(guò)程信息和模型的完整數(shù)字化樣品。

一方面，工程設(shè)計(jì)的數(shù)字化能夠通過(guò)數(shù)字化的設(shè)計(jì)手段提升現(xiàn)有的設(shè)計(jì)水平，實(shí)現(xiàn)高效、高質(zhì)量設(shè)計(jì)，并通過(guò)數(shù)字化設(shè)計(jì)成果指導(dǎo)生產(chǎn)、施工與運(yùn)維，提高工程效率與質(zhì)量；另一方面，通過(guò)工程全數(shù)字化樣品虛體與現(xiàn)實(shí)世界物理實(shí)體的聯(lián)動(dòng)，加快鐵路設(shè)計(jì)的優(yōu)化升級(jí)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)全過(guò)程的動(dòng)態(tài)管理，為后續(xù)的施工、運(yùn)維科學(xué)決策提供參考，深度貫通項(xiàng)目的全生命周期。

鐵路通信信號(hào)工程數(shù)字化設(shè)計(jì)流程主要包括線路、站場(chǎng)、橋梁、隧道、路基、房建、地質(zhì)、接觸網(wǎng)、供變電、電力、給排水、車(chē)輛等其他專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)輸入和需求，通信信號(hào)系統(tǒng)建模，數(shù)字化設(shè)計(jì)，模擬仿真與優(yōu)化，數(shù)字化設(shè)計(jì)協(xié)同和數(shù)字化輸出，如圖1所示。

鐵路通信信號(hào)工程設(shè)計(jì)數(shù)字化應(yīng)重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)管理數(shù)字化、設(shè)計(jì)協(xié)同數(shù)字化、通信信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與其他專(zhuān)業(yè)的交互（輸入和設(shè)計(jì)協(xié)同）設(shè)計(jì)數(shù)字化，有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、采用云端構(gòu)件庫(kù)和空間庫(kù)、智能化的設(shè)計(jì)建模和數(shù)字模擬仿真與優(yōu)化。

3 工程施工數(shù)字化

鐵路通信信號(hào)工程施工數(shù)字化是指將數(shù)字化技術(shù)運(yùn)用于鐵路通信信號(hào)工程施工過(guò)程中，提升施工技術(shù)的機(jī)械化、信息化、智能化水平，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)化、智能化，使圖紙細(xì)化到作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，任務(wù)排程最小到工序，工序工法標(biāo)準(zhǔn)化，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)人員、物資、進(jìn)度、成本、質(zhì)量、安全等的數(shù)字化管理，提升工程施工效率、施工質(zhì)量，控制工程成本，保障施工安全，保證工程按期交付，將鐵路通信信號(hào)工程施工提升到工業(yè)制造的精細(xì)化水平，以建設(shè)精品工程、精益工程、智能工程、綠色工程為目標(biāo)，為鐵路建設(shè)由規(guī)模速度向質(zhì)量效益轉(zhuǎn)變奠定基礎(chǔ)。

鐵路通信信號(hào)工程施工數(shù)字化以提高生產(chǎn)效率、提升工程質(zhì)量、有利于施工安全、改善作業(yè)環(huán)境為目標(biāo)，遵循智能化、信息化、自動(dòng)化、機(jī)械化的原則，從工廠化預(yù)配提升建造工業(yè)化程度、機(jī)械化施工提升作業(yè)效率、專(zhuān)業(yè)化施工提升工程質(zhì)量、數(shù)字化施工提升精益化管理程度。針對(duì)應(yīng)用了新建造技術(shù)的工程，應(yīng)在施工組織設(shè)計(jì)、施工工藝或施工作業(yè)指導(dǎo)書(shū)中明確智能建造的相關(guān)內(nèi)容。工程項(xiàng)目宜根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)確定整體智能建造等級(jí)，明確等級(jí)指標(biāo)，項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中應(yīng)依據(jù)相應(yīng)等級(jí)配置要求進(jìn)行評(píng)估。鐵路通信信號(hào)工程施工數(shù)字化方向如圖2所示。

鐵路通信信號(hào)工程施工企業(yè)將逐漸從輕資產(chǎn)向重資產(chǎn)重裝備轉(zhuǎn)型，交付服務(wù)能力從勞動(dòng)密集型建造為主向機(jī)械化建造為主轉(zhuǎn)化，組建裝備運(yùn)維常設(shè)項(xiàng)目部，對(duì)新建造技術(shù)、人才、裝備進(jìn)行集約化管理、科學(xué)排工組織、可持續(xù)發(fā)展。

4 建維一體數(shù)字化

隨著新ICT技術(shù)的不斷運(yùn)用，系統(tǒng)復(fù)雜度提升，運(yùn)維單位越來(lái)越需要提前介入建設(shè)項(xiàng)目管理工作，為后續(xù)更順暢地接管運(yùn)營(yíng)和維護(hù)奠定基礎(chǔ)，同時(shí)，提前介入理念也是建設(shè)精品工程、放心工程、有效消除質(zhì)量問(wèn)題和運(yùn)營(yíng)安全隱患的重要保障。提前介入的目的是提前熟悉項(xiàng)目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、了解設(shè)備使用功能、掌握運(yùn)營(yíng)設(shè)施及狀況、全過(guò)程參與施工圖審核優(yōu)化。通信信號(hào)工程建設(shè)階段提前介入工作如圖3所示。

通過(guò)介入小組全方位參與建設(shè)過(guò)程，以起到指導(dǎo)、審查、監(jiān)督、盯控、信息傳遞的作用，這一過(guò)程中數(shù)字化技術(shù)的運(yùn)用，將進(jìn)一步推動(dòng)建設(shè)與運(yùn)維的全流程打通，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收數(shù)據(jù)的生命周期流動(dòng)，對(duì)過(guò)程進(jìn)行全方位記錄，從人、物、數(shù)三維視角，在工程檔案數(shù)字化、工程移交數(shù)字化、工程運(yùn)維數(shù)字化方面發(fā)揮建維一體化的作用，更進(jìn)一步提升工程質(zhì)量。

4.1 工程檔案數(shù)字化

設(shè)立數(shù)字化檔案存儲(chǔ)區(qū)，開(kāi)發(fā)項(xiàng)目文件形成檔案管理系統(tǒng)，便于維護(hù)、統(tǒng)一管理和備份方便，降低檔案丟失等安全風(fēng)險(xiǎn)，減少軟硬件成本。以檔案數(shù)字化作為前提，搭建同時(shí)面向企業(yè)級(jí)和項(xiàng)目級(jí)的數(shù)字化工程檔案。

4.2 工程移交數(shù)字化

運(yùn)維單位提前介入建設(shè)過(guò)程應(yīng)考慮對(duì)相關(guān)需求落實(shí)為相互認(rèn)可的形式，最終主要表現(xiàn)在工程竣工時(shí)工程數(shù)據(jù)移交的統(tǒng)一要求上，可采用傳統(tǒng)工程資料（如勘察報(bào)告、隱蔽工程資料、驗(yàn)收資料、竣工資料、安全質(zhì)量管控資料等）的數(shù)字化移交或者新型數(shù)字資產(chǎn)（如BIM模型、傾斜攝影、全息影像、硬件監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、項(xiàng)目管理行為數(shù)據(jù)等）的移交。

4.3 工程運(yùn)維數(shù)字化

運(yùn)維單位能夠充分利用建設(shè)過(guò)程的數(shù)據(jù)、系統(tǒng)、成果，為工程轉(zhuǎn)入運(yùn)營(yíng)期奠定基礎(chǔ)，工程運(yùn)維數(shù)字化通過(guò)數(shù)字化技術(shù)把通信信號(hào)設(shè)施升級(jí)為可追溯、可感知、可分析、自動(dòng)控制乃至自適應(yīng)的智慧化系統(tǒng)和生命體。

5 BIM助力數(shù)字孿生工程

工程數(shù)字化轉(zhuǎn)型的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生工程，BIM技術(shù)是數(shù)字孿生形成的核心技術(shù)，它是工程設(shè)計(jì)、施工、建維一體的重要技術(shù)支撐，是實(shí)現(xiàn)鐵路通信信號(hào)工程全生命周期應(yīng)用的紐帶。在鐵路通信信號(hào)領(lǐng)域，同樣存在著B(niǎo)IM建模技術(shù)的“卡脖子”現(xiàn)狀，當(dāng)前正值鐵路通信信號(hào)工程數(shù)字化轉(zhuǎn)型初期，應(yīng)同步注重初生代國(guó)產(chǎn)化BIM基礎(chǔ)建模軟件對(duì)底層數(shù)據(jù)進(jìn)行深層次開(kāi)發(fā)利用，隨著國(guó)產(chǎn)軟件的技術(shù)升級(jí)，加強(qiáng)BIM技術(shù)和行業(yè)的深入融合，引導(dǎo)BIM廠商為鐵路行業(yè)開(kāi)展特色開(kāi)發(fā)，特別是推廣通信信號(hào)專(zhuān)業(yè)的BIM模型庫(kù)建設(shè)和調(diào)用，以及BIM工程模型在三維設(shè)計(jì)、分析模擬、指導(dǎo)預(yù)制預(yù)配、深化設(shè)計(jì)指導(dǎo)施工、三維數(shù)據(jù)可視化、多方協(xié)同項(xiàng)目管理、數(shù)字移交運(yùn)維等工程建設(shè)全生命周期的充分應(yīng)用。BIM技術(shù)在通信信號(hào)工程中的應(yīng)用如圖4所示。

6 小結(jié)

建設(shè)通信信號(hào)工程數(shù)字化生態(tài)，需要將BIM等新技術(shù)融入到從工程設(shè)計(jì)、工程施工到建維一體的工程全生命周期中，打造基于數(shù)字孿生的工程建設(shè)與管理。在工程設(shè)計(jì)階段，通過(guò)制圖建模數(shù)字化、設(shè)計(jì)管理數(shù)字化等手段提升現(xiàn)有設(shè)計(jì)水平，同時(shí)具備基于工程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的分析統(tǒng)計(jì)，為參建各方不同層面提供集控與決策能力。在工程施工階段，以提高生產(chǎn)效率、提升工程質(zhì)量、有利于施工安全、改善作業(yè)環(huán)境為目標(biāo)，著力提升通信信號(hào)工程建造的機(jī)械化、信息化、智能化水平，從而達(dá)到降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高工作效率和保證施工質(zhì)量，深化智能工裝的研究與應(yīng)用，通過(guò)各類(lèi)智能工裝的投入使用，實(shí)現(xiàn)全方位智能建造技術(shù)的新突破。在建維一體階段，形成統(tǒng)一有效的數(shù)字化認(rèn)證手段，全面提高工程數(shù)字化應(yīng)用質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)工程移交數(shù)字化與工程運(yùn)維數(shù)字化，通過(guò)數(shù)字化把通信信號(hào)工程升級(jí)為可感知、可分析、自動(dòng)控制，乃至自適應(yīng)的智慧化系統(tǒng)和生命體，為運(yùn)維人員、鐵路旅客創(chuàng)造美好的工作和生活環(huán)境。