基于BIM 的地鐵車站機電設(shè)備維修管理系統(tǒng)設(shè)計

常 軍

（中鐵十九局集團電務(wù)工程有限公司，遼寧遼陽 111000）

0 引言

隨著國內(nèi)經(jīng)濟的不斷發(fā)展，城市化規(guī)模不斷擴大，城市軌道發(fā)展中地鐵逐漸成為主流的交通運輸方式。在地鐵建造過程中，車站會發(fā)展成為城市的交通樞紐。地鐵車站建造中會使用大量機電設(shè)備，這些設(shè)備直接關(guān)系到車站及地鐵的安全運行，屬于地鐵交通系統(tǒng)的核心裝置。但機電設(shè)備運行中負荷較大、環(huán)境復(fù)雜，而且設(shè)備維修專業(yè)性強、維修量大、技術(shù)復(fù)雜，對于設(shè)備運維人員的技術(shù)要求較高，容易出現(xiàn)維修效率低、質(zhì)量差等問題。在地鐵車站相關(guān)的機電設(shè)備維修中綜合應(yīng)用BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技術(shù)，建立立體化可視化信息模型，實現(xiàn)高效直觀的管理維護。因此現(xiàn)階段加強對于基于BIM 的地鐵車站機電設(shè)備維修管理系統(tǒng)的研究，借助可視化模型全程監(jiān)控車站機電設(shè)備的運行狀態(tài)，高效排查可能出現(xiàn)的設(shè)備故障，更好地保障地鐵車站的安全可靠運營。

1 系統(tǒng)需求及目標定位

隨著城鎮(zhèn)化程度的不斷加快，越來越多的城市采用城市軌道交通以舒緩日益膨脹的交通問題，運營里程增加的同時，維修管理難度和工作量大幅增加。相較于西方發(fā)達國家，我國地鐵發(fā)展起步較晚，運營經(jīng)驗與水平不足，尤其在設(shè)備維養(yǎng)護管理方面依然存在較大改善空間。

當前國內(nèi)地鐵設(shè)備運行維護管理的需求及目標主要包括以下幾點。首先是通計劃性維修策略的制定，在地鐵設(shè)備管理中需要遵循預(yù)防性維修理念，改變固定周期進行設(shè)備維修的方式。在日常地鐵設(shè)備運行中通過監(jiān)測分析了解其運行狀況，分析地鐵相關(guān)設(shè)備的損耗情況以及實際運轉(zhuǎn)狀態(tài)、損耗情況，預(yù)估地鐵設(shè)備未來可能出現(xiàn)的問題及使用壽命。同時要對地鐵運營中的設(shè)備耗材及維護管理人員等基礎(chǔ)資源的可利用情況進行綜合分析，根據(jù)地鐵運營的性能、可靠性等相關(guān)要求，針對性制定地鐵設(shè)備的維修管理計劃，以預(yù)防性策略縮小地鐵設(shè)備的維修范圍，盡量避免在維護管理中出現(xiàn)盲目維修問題，減輕不必要、不合理維修造成的進度過慢或維修過度等問題，從而降低地鐵設(shè)備的維修成本，逐步提升地鐵設(shè)備維修的現(xiàn)代化水平及維修效率。

其次，在綜合分析地鐵設(shè)備運行狀態(tài)的前提下，合理設(shè)置地鐵設(shè)備維修周期，同時在設(shè)備運行過程中定期記錄運行狀況、零件損耗情況以及環(huán)境變化等并對其進行評定分析，通過綜合研究分析確定設(shè)備壽命與地鐵相關(guān)設(shè)備的運轉(zhuǎn)頻次之間的關(guān)系，基于這種關(guān)系的判斷，更加科學(xué)合理地確定不同地鐵設(shè)備的運行維護周期，在最佳時間安排設(shè)備維護，既能保障設(shè)備的正常使用，也能減少不必要的維護，降低運行維護成本的同時，維持更加持久的平穩(wěn)運行狀態(tài)。

另外，還要實現(xiàn)維修人員技術(shù)水平的有效強化。地鐵設(shè)備的運行涉及諸多專業(yè)，其中通信、供電和信號專業(yè)都需要較高的專業(yè)技術(shù)水平和豐富的從業(yè)經(jīng)驗。而且由于地鐵運行負荷較大，在日常運行維護中也面臨較大的維修工作量。在地鐵設(shè)備的運行維護中，維修人員的專業(yè)技術(shù)水平直接關(guān)系地鐵設(shè)備的維修質(zhì)量。而且在地鐵運行中，安全可靠是保障地鐵平穩(wěn)安全運行的基礎(chǔ)前提，在日常工作中加強對于地鐵維修作業(yè)人員的專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)，有利于提升維護保養(yǎng)水平，從而更好地保障地鐵設(shè)備的維修保養(yǎng)質(zhì)量，降低出現(xiàn)二次維修情況，確保地鐵高效平穩(wěn)運行。

除此之外，還要充分利用計算機信息技術(shù)輔助維修人員開展設(shè)備維修工作。當今社會，各行各業(yè)對于信息技術(shù)的利用和依賴程度不斷加強，信息技術(shù)也給生產(chǎn)生活帶來諸多便利。在機械電氣設(shè)備的日常應(yīng)用及維護管理中，信息技術(shù)也具有重要的作用。在地鐵機電設(shè)備的維護管理中合理應(yīng)用計算機信息技術(shù)，能夠顯著提升機電設(shè)備的維修效果及質(zhì)量。地鐵運行中使用的諸多技術(shù)流程相對復(fù)雜，需要綜合使用多種高精度的機電設(shè)備，對于這些機電設(shè)備的維護管理，采用傳統(tǒng)的維修手段難以保證工作時效和維護質(zhì)量，因此需要綜合運用各種先進的智能化技術(shù)。BIM 的特點是利用軟件專業(yè)數(shù)據(jù)庫構(gòu)建參數(shù)化三維模型，從而避免在建模過程中出現(xiàn)模型信息損失，實現(xiàn)模型信息的高效流轉(zhuǎn)，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)對于建筑施工運維的智能化管理。在地鐵車站維護管理中應(yīng)用BIM 技術(shù)能夠快速準確地建立可視化的地鐵建筑BIM 模型，在此基礎(chǔ)上可以模擬動態(tài)維修操作，在虛擬實景中完成對于維修人員關(guān)于地鐵機電設(shè)備安裝及維護管理的培訓(xùn)。本課題研究設(shè)計的針對地鐵車站機電設(shè)備維修管理的系統(tǒng)模型如圖1 所示。

圖1 地鐵車站機電設(shè)備維修管理系統(tǒng)模型

2 系統(tǒng)信息需求分析

2.1 系統(tǒng)信息分類

在BIM 技術(shù)支持下，結(jié)合地鐵車站機電設(shè)備的基本特點，統(tǒng)一BIM 軟件的建模規(guī)范，根據(jù)地鐵車站內(nèi)機電設(shè)備的類型以及不同設(shè)備的安裝空間屬性等信息，對所有機電設(shè)備進行統(tǒng)一標準化命名，在軟件中針對每個設(shè)備設(shè)定固定唯一的ID 編碼，這樣就實現(xiàn)了BIM 模型與地鐵車站中實際使用的機電設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)。BIM 模型中會融合匯總所有機電設(shè)備的相關(guān)信息，比如基礎(chǔ)產(chǎn)品信息、設(shè)備運維信息、機電設(shè)備的備件信息以及機電設(shè)備使用中存在的風(fēng)險信息等，這些信息都會存儲在BIM 模型的數(shù)據(jù)庫中，而且在維護管理過程中相關(guān)信息會同步更新。

（1）機電設(shè)備基本信息。主要是指各種機電設(shè)備的型號、參數(shù)以及設(shè)備在地鐵車站中的空間屬性等，例如機電設(shè)備的制造材料、能夠承受的壓力、運行溫度、傳輸?shù)慕橘|(zhì)、設(shè)備管道的管徑等規(guī)格參數(shù)，以及相關(guān)設(shè)備在地鐵車站中安裝的空間位置、設(shè)備與前后關(guān)聯(lián)設(shè)備之間的聯(lián)系等。

（2）設(shè)備風(fēng)險信息。是指在機電設(shè)備運行使用中面臨的設(shè)備故障風(fēng)險類型、導(dǎo)致故障的因素、發(fā)生風(fēng)險的等級、風(fēng)險可能造成的危害，以及針對相關(guān)風(fēng)險的有效措施。利用風(fēng)險信息對維修人員的維護保養(yǎng)作業(yè)進行指導(dǎo)，從而有效控制機電設(shè)備的故障風(fēng)險。

（3）備件信息。是指機電設(shè)備備用件相關(guān)信息，例如備品配件的供應(yīng)商和生產(chǎn)廠家以及相關(guān)的資產(chǎn)總賬和進出庫記錄等。

（4）運維信息。是指在地鐵車站相關(guān)機電設(shè)備的運營過程，維護人員對于設(shè)備的維護保養(yǎng)信息，例如相關(guān)設(shè)備的巡檢記錄、運行數(shù)據(jù)、維修計劃、檢修記錄等。

在地鐵車站運行中，利用BIM 技術(shù)將以上信息以及竣工驗收和機電設(shè)備故障缺陷等資料文件全部整理匯總到模型數(shù)據(jù)庫中，能夠更加直觀全面地了解地鐵機電設(shè)備的相關(guān)信息，從而針對性控制設(shè)備運行中可能出現(xiàn)的故障，并制定合理的方案預(yù)防、處理故障，更加快捷高效地完成機電設(shè)備維護工作。

2.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)需求方案

地鐵車站運行中涉及許多不同類型的專業(yè)設(shè)備，這些設(shè)備專業(yè)性較高，運行負荷較大，容易出現(xiàn)各種故障，而且地鐵車站運行中，各種設(shè)備之間聯(lián)系密切，出現(xiàn)故障需要快速維護處理，這樣才能保障整個地鐵車站的可靠運行。這就導(dǎo)致在地鐵車站機電設(shè)備維修管理系統(tǒng)中會產(chǎn)生大量的維修數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)類型復(fù)雜、彼此關(guān)聯(lián)，傳統(tǒng)的方式已經(jīng)不能對其進行有效管理，導(dǎo)致維修效果不理想、效率低。在維修管理中對相關(guān)數(shù)據(jù)信息存儲到BIM 數(shù)據(jù)庫對于提升維修質(zhì)量具有重要意義?；贐IM 技術(shù)設(shè)計的機電設(shè)備維修管理系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)BIM 模型與數(shù)據(jù)庫的集成統(tǒng)一，將所有設(shè)備信息整合到統(tǒng)一的BIM 模型信息庫中，確保系統(tǒng)中各項信息的完整可靠性，在此基礎(chǔ)上對機電設(shè)備進行直觀便捷的維護管理。

3 系統(tǒng)總體設(shè)計

3.1 系統(tǒng)層次框架設(shè)計

在維修管理系統(tǒng)的總體設(shè)計中，可以利用層次架構(gòu)設(shè)計IFC 數(shù)據(jù)標準作為接口，對接針對地鐵車站設(shè)計的BIM 模型和基礎(chǔ)的設(shè)備信息數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)兩者之間的緊密關(guān)聯(lián)，這也是成功應(yīng)用BIM 技術(shù)輔助地鐵機電設(shè)備維修管理作業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)。根據(jù)地鐵車站機電設(shè)備的基本特點，可以將維修管理系統(tǒng)總體設(shè)計的基本層次模型設(shè)計為4 層架構(gòu)，由底到上分別為資源層、核心層、交互層和應(yīng)用層。在實際應(yīng)用中，每個層級只能在同一層次之間或者向下層級完成信息交互以及數(shù)據(jù)利用，無法實現(xiàn)對于上一層級數(shù)據(jù)信息資源的調(diào)用。BIM 三維可視化模型主要包括地鐵車站內(nèi)的各種建筑結(jié)構(gòu)，不同類型的設(shè)備組件以及相關(guān)設(shè)備的現(xiàn)場運維管理等。而數(shù)據(jù)庫存儲機電設(shè)備相關(guān)的各種前期規(guī)劃方案、設(shè)備設(shè)計生產(chǎn)制造、設(shè)備的安裝施工以及整個系統(tǒng)投產(chǎn)運營后產(chǎn)生的全壽命周期內(nèi)的全部信息，這些數(shù)據(jù)信息能夠支撐地鐵車站設(shè)備的運維管理。三維模型和運維管理數(shù)據(jù)庫之間在核心層位置利用IFC 數(shù)據(jù)標準實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的互通，豐富地鐵車站機電設(shè)備運維管理相關(guān)的數(shù)據(jù)資源。交互層的作用是搭建平臺，方便參與機電設(shè)備運維管理的各參與方間進行信息共享，從而實現(xiàn)運維管理信息的無損傳輸共享。在系統(tǒng)總體設(shè)計中，機電設(shè)備資源、信息數(shù)據(jù)交互以及運維管理傳輸?shù)炔煌瑢用嬷g能夠相互協(xié)調(diào)支持，從而實現(xiàn)與機電設(shè)備維護管理相關(guān)的信息、備件、維修、應(yīng)急以及檔案管理等多種不同的管理功能，最終實現(xiàn)機電設(shè)備智能化運維管控。其基本層次框架設(shè)計模型如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)層次框架

3.2 系統(tǒng)功能體系框架

在設(shè)備維修管理系統(tǒng)運行過程中，相關(guān)的綜合管理功能都是在三維模型的可視化環(huán)境實現(xiàn)，而且能夠快速實現(xiàn)對于關(guān)聯(lián)設(shè)備的高效定位，提高地鐵機電設(shè)備維修管理的效率和質(zhì)量。地鐵運行中涉及的線路眾多，而且廣泛分布數(shù)量繁多的車站，在設(shè)備維修管理中，需要維修人員在檢測維修作業(yè)前快速獲取設(shè)備定位信息以及其他參數(shù)，傳統(tǒng)模式下需要消耗大量的工時，嚴重影響維修效率。在維修管理系統(tǒng)中，BIM 模型融合地鐵車站機電設(shè)備相關(guān)的所有信息，而且在三維模型的可視化環(huán)境下，能夠直觀了解目標設(shè)備的相關(guān)信息，而且可以利用BIM 強大的可視化三維環(huán)境漫游技術(shù)，全方位、系統(tǒng)化地了解地鐵車站機電設(shè)備，將獨立分散的機電設(shè)備組合為完整的系統(tǒng)架構(gòu)。除此之外，在BIM 模型中，所有的圖紙、文檔、電子檔案和設(shè)備模型等都匯總到信息庫中，實現(xiàn)維修管理信息的高效傳輸?？⒐の臋n、圖紙、設(shè)備模型等各類相關(guān)數(shù)據(jù)整合在信息庫中，便于信息的高效傳遞。在這些技術(shù)框架的支持下，維修管理人員能夠快速獲取維修任務(wù)的相關(guān)信息，避免出現(xiàn)由于信息遺漏、損失造成的維修問題，保障機電設(shè)備的維護管理質(zhì)量。能方便快捷地查找接收維修任務(wù)相關(guān)信息，避免由于信息缺失、信息傳遞損失等問題導(dǎo)致的維修質(zhì)量缺陷。

4 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

在地鐵機電設(shè)備維護管理過程中，維修人員要想針對相關(guān)設(shè)備進行更好的維護管理，需要經(jīng)常查閱與地鐵車站機電設(shè)備相關(guān)的資料，這些資料涉及設(shè)備的全壽命周期，內(nèi)容復(fù)雜、數(shù)量眾多。由于在地鐵車站設(shè)備施工中多方參與，造成相關(guān)的維修信息形式單一化、數(shù)據(jù)信息不集中，而且沒有形成統(tǒng)一標準，也就不能實現(xiàn)設(shè)備信息的集成共享，嚴重影響維修管理人員的工作效率。基于BIM 技術(shù)構(gòu)建的地鐵機電設(shè)備維修管理系統(tǒng)，綜合利用兩級C/S 架構(gòu)以及SQLServer 服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)路由器等設(shè)備，實現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)信息的調(diào)用、存儲。在客戶端可以利用聯(lián)網(wǎng)的手持端掃描器和PC 設(shè)備進行數(shù)據(jù)調(diào)用、處理。其中PC 端在使用時可以利用提前配置的文件以及應(yīng)用環(huán)境運行相關(guān)軟件程序，直接獲取緩存在本地設(shè)備上的數(shù)據(jù)庫文件，從而更快地完成信息的加載，提高維修速度。而且在BIM 技術(shù)支持下，高度集成的維修管理系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)從設(shè)備設(shè)計生產(chǎn)到運行維護整個壽命周期內(nèi)的各種信息的共享，綜合實現(xiàn)設(shè)備、維修保養(yǎng)、備件、應(yīng)急、運維知識庫以及用戶管理等6 個基本功能模塊。

（1）設(shè)備管理模塊。系統(tǒng)中設(shè)計有設(shè)備信息管理工具，能夠方便快捷地完成設(shè)備信息的基本查詢，及時全面查閱調(diào)用設(shè)備的管理臺賬、運行數(shù)據(jù)、運營管理成本等，而且能夠直接從系統(tǒng)中導(dǎo)出數(shù)據(jù)，形成綜合報表。

（2）維修保養(yǎng)模塊。系統(tǒng)中設(shè)計維修保養(yǎng)管理平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)信息化保養(yǎng)管理，在系統(tǒng)中針對性設(shè)計維修保養(yǎng)工作計劃，提醒工作人員進行設(shè)備維修保養(yǎng)作業(yè)。而且能夠利用系統(tǒng)完成工單分配、維修保養(yǎng)記錄保存等作業(yè)，同時能夠鏈接維修耗材管理，完成維修成本的分析統(tǒng)計。

（3）備件管理模塊。利用備件管理模塊能夠統(tǒng)計基本的耗材供應(yīng)商信息并完成對供應(yīng)商的評級篩選，而且能夠直接記錄運維過程中產(chǎn)生的各種備件變動信息，進而生成關(guān)于機電設(shè)備備品配件的數(shù)據(jù)總賬。

（4）應(yīng)急管理模塊。針對可能出現(xiàn)的風(fēng)險故障設(shè)計應(yīng)急管理模塊，在系統(tǒng)中利用BIM 可視化技術(shù)和RFID 射頻識別技術(shù)構(gòu)建關(guān)于設(shè)備突發(fā)事件風(fēng)險的數(shù)據(jù)信息庫，并結(jié)合故障風(fēng)險特點創(chuàng)建應(yīng)急響應(yīng)界面快速處理故障。系統(tǒng)運行中可以利用可視化模塊掃描獲取故障設(shè)備的基本信息，并對上下游關(guān)聯(lián)設(shè)備風(fēng)險進行鎖定，同時生成應(yīng)急預(yù)案，為應(yīng)急管控提供支持。

（5）運維知識庫模塊。該模塊的主要作用是匯總儲存地鐵車站機電設(shè)備維護管理相關(guān)的資料，如設(shè)備操作手冊、三維維修模擬以及員工培訓(xùn)手冊等，這些資料能夠為維修人員的培訓(xùn)學(xué)習(xí)提供支持，可以在知識庫模塊完成模型、圖紙等資料的快速查詢。

（6）用戶管理模塊。主要作用是管理參與設(shè)備運維管理人員并分配管理權(quán)限。

5 結(jié)語

通過本文的分析可知，在地鐵車站運行中，保障機電設(shè)備正常運行的維護管理具有重要的意義。利用BIM 技術(shù)能夠建立可視化模型系統(tǒng)，綜合設(shè)計設(shè)備、維修保養(yǎng)、備件、應(yīng)急、運維知識庫以及用戶管理等不同的功能，實現(xiàn)地鐵車站機電設(shè)備的可靠維護管理。