基于Bentley平臺(tái)的鐵路數(shù)字化應(yīng)用成熟度模型研究

朱斯宇 王 達(dá)

BENTLEY軟件（北京）有限公司 北京 100025

近年來，全國鐵路規(guī)模逐步擴(kuò)大，質(zhì)量不斷提升，營業(yè)里程突破15萬公里，其中高鐵已超過4萬公里，大規(guī)模鐵路建設(shè)促進(jìn)鐵路科技能力不斷創(chuàng)新發(fā)展，進(jìn)一步鞏固擴(kuò)大我國鐵路領(lǐng)跑優(yōu)勢，深化川藏鐵路工程關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新，深入推進(jìn)高鐵自主創(chuàng)新，加強(qiáng)重點(diǎn)領(lǐng)域應(yīng)用型技術(shù)創(chuàng)新[1]，加強(qiáng)鐵路數(shù)字化與信息化工作。

隨著以數(shù)字化技術(shù)為核心的大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、智能設(shè)備、協(xié)同互聯(lián)等新一代信息技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合Bentley軟件數(shù)字化應(yīng)用的優(yōu)勢搭建一個(gè)成熟度模型對企業(yè)進(jìn)行全面評估，從鐵路工程建設(shè)源頭進(jìn)行分析，保證數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，將其應(yīng)用與企業(yè)信息化管理中[2]，逐步優(yōu)化企業(yè)數(shù)字化戰(zhàn)略與企業(yè)組織架構(gòu)，打造新的數(shù)字化業(yè)務(wù)流程與數(shù)據(jù)共享流程，有力保證互聯(lián)數(shù)據(jù)環(huán)境與數(shù)字化調(diào)控能力，為企業(yè)提供一個(gè)清楚、明確、精準(zhǔn)、可預(yù)料、可控制的成熟度評價(jià)體系，提出適于模型應(yīng)用者的有效建議，進(jìn)一步提升鐵路行業(yè)相關(guān)企業(yè)的數(shù)字化成熟度。

1 研究內(nèi)容

近年來，全球的鐵路數(shù)字化成熟應(yīng)用研究內(nèi)容主要集中于多種數(shù)字化成熟度模型的推廣，在不同專業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用擴(kuò)展與企業(yè)評估。2018年，Bentley Systems與全球領(lǐng)先管理咨詢公司McKinsey & Company共同構(gòu)建了數(shù)字化轉(zhuǎn)型的發(fā)展框架，其中對于戰(zhàn)略、文化、組織與人力、數(shù)字化平臺(tái)、數(shù)字化資產(chǎn)、數(shù)字化項(xiàng)目工作流以及數(shù)字化運(yùn)營工作流等七個(gè)維度進(jìn)行擴(kuò)展，根據(jù)框架體系中的七大維度細(xì)分為38個(gè)數(shù)字化提升領(lǐng)域指標(biāo)，促使用戶挖掘數(shù)字化價(jià)值。2021年，國家鐵路局發(fā)布的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中明確了應(yīng)用成熟度用于評價(jià)鐵路工程項(xiàng)目和企業(yè)信息模型技術(shù)綜合應(yīng)用程度的指標(biāo)體系與方法，其中應(yīng)用成熟度評價(jià)指標(biāo)包括多階段、多專業(yè)、數(shù)字化應(yīng)用和數(shù)據(jù)環(huán)境等四項(xiàng)指標(biāo)[3]。

數(shù)字化成熟度模型是一個(gè)能夠?yàn)閿?shù)字化轉(zhuǎn)型過程提供清晰指導(dǎo)的高效工具。通過建立一個(gè)完善的評價(jià)指標(biāo)體系，提高和改進(jìn)數(shù)字化應(yīng)用的動(dòng)力機(jī)制，實(shí)施數(shù)字化能力評估，從而針對用戶的成熟度進(jìn)行判定，制定數(shù)字化實(shí)施策略并改進(jìn)體系與架構(gòu)，最終實(shí)現(xiàn)用戶成功。本文旨在基于Bentley軟件特點(diǎn)構(gòu)建適用于鐵路數(shù)字化應(yīng)用體系，結(jié)合國內(nèi)外建筑信息領(lǐng)域研究現(xiàn)狀以及先進(jìn)的數(shù)字化研究方向與成果，并對應(yīng)用體系涉及到的企業(yè)戰(zhàn)略、數(shù)字化軟件環(huán)境、數(shù)字化硬件環(huán)境、數(shù)字化調(diào)控與人力資源五大維度建立評價(jià)體系，對用戶的數(shù)字化成熟度進(jìn)行綜合評定。

2 指標(biāo)體系

本文在構(gòu)建成熟度評價(jià)指標(biāo)體系是借鑒了美國國家BIM標(biāo)準(zhǔn)[4]的一些思想，并且結(jié)合Bentley Systems與McKinsey &Company聯(lián)合設(shè)立的數(shù)字化發(fā)展框架的指標(biāo)，根據(jù)Bentley軟件在數(shù)字化相關(guān)的平臺(tái)、資產(chǎn)、項(xiàng)目工作流以及運(yùn)營工作流等方面的優(yōu)勢，綜合設(shè)定了五大維度，每個(gè)維度下面包含了若干評價(jià)指標(biāo)，共計(jì)36種指標(biāo)，如下所示：

企業(yè)戰(zhàn)略：數(shù)字化意愿、企業(yè)數(shù)字化策略、基于數(shù)字化的組織架構(gòu)、數(shù)字化管理制度、團(tuán)隊(duì)人才培養(yǎng)政策、激勵(lì)政策、數(shù)字化業(yè)務(wù)（產(chǎn)品及服務(wù)）。

數(shù)字化硬件環(huán)境：智能設(shè)備能力、工作硬件能力、信息傳遞實(shí)時(shí)性。

數(shù)字化軟件環(huán)境：數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度、數(shù)據(jù)豐富度、數(shù)據(jù)安全度、數(shù)據(jù)互用性、數(shù)據(jù)自檢程度、信息量、數(shù)據(jù)創(chuàng)建軟件/平臺(tái)、ProjectWise協(xié)同平臺(tái)、AssetWise管理平臺(tái)、iTwin服務(wù)、全生命周期應(yīng)用、自主研發(fā)工具、項(xiàng)目實(shí)施Bentley應(yīng)用程度、全面且先進(jìn)的應(yīng)用案例。

數(shù)字化調(diào)控：數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用與執(zhí)行程度、數(shù)據(jù)應(yīng)用權(quán)限控制、數(shù)據(jù)變更管理成熟度、數(shù)字化工作流成熟度、數(shù)字化協(xié)同環(huán)境成熟度、企業(yè)數(shù)字化資產(chǎn)庫成熟度。

人力資源：員工軟件及理念普及性、員工工具掌握程度、員工協(xié)同實(shí)施程度、研發(fā)人才數(shù)量、數(shù)字化人才儲(chǔ)備力量、員工數(shù)字化環(huán)境搭建完善程度。

3 等級劃分

數(shù)字化成熟度等級主要用于描述鐵路數(shù)字化成熟度模型的不同成熟度階段的，各個(gè)階段是多種不同的狀態(tài)，通過一定數(shù)量指標(biāo)的提升，不斷達(dá)成更高的成熟度階段[5]。下面就各階段特征表現(xiàn)進(jìn)行簡單論述。

本文根據(jù)第二章的成熟度指標(biāo)體系的構(gòu)想，將鐵路數(shù)字化成熟度階段起點(diǎn)設(shè)置為完全無數(shù)字化應(yīng)用的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工與運(yùn)維方式，僅完成了手工繪圖到CAD的過渡，無任何數(shù)字化經(jīng)驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)支持，即零數(shù)字化應(yīng)用階段。已開始有少量的Bentley數(shù)字化軟件應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)較低程度的效率提升，工具能滿足部分標(biāo)準(zhǔn)，無Bentley應(yīng)用成果和經(jīng)驗(yàn)，數(shù)據(jù)無法統(tǒng)一，并且沒有創(chuàng)造商業(yè)價(jià)值，即準(zhǔn)數(shù)字化應(yīng)用階段。軟件學(xué)習(xí)和翻模階段，無數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)，無數(shù)據(jù)協(xié)同，有少量Bentley數(shù)字化應(yīng)用成果，產(chǎn)生了少量的商業(yè)價(jià)值，即數(shù)字化建模階段。具備少量數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)，積累一定數(shù)量的優(yōu)秀Bentley數(shù)字化應(yīng)用成果，有數(shù)據(jù)協(xié)同應(yīng)用，軟件熟練度較高；環(huán)境未搭建完成，覆蓋階段較少，數(shù)字化業(yè)務(wù)較單一，創(chuàng)造了一定的商業(yè)價(jià)值，即數(shù)字化應(yīng)用加深和自主發(fā)展階段。信息高度集成，清晰的數(shù)字化發(fā)展戰(zhàn)略，積累大量的優(yōu)秀Bentley數(shù)字化應(yīng)用成果，產(chǎn)生了較多的商業(yè)價(jià)值，即數(shù)字化全面協(xié)作階段。全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，數(shù)字化價(jià)值是發(fā)展策略的核心，即數(shù)字化持續(xù)提高階段。

由于未來科技術(shù)水平存在不斷上升的空間，許多提升可能無法預(yù)見，鐵路數(shù)字化的發(fā)展也將向著更高的階段進(jìn)發(fā)，因而不對最高等級進(jìn)行設(shè)限。

4 評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)數(shù)字化成熟度指標(biāo)體系與成熟度模型的等級劃分，本文研究的數(shù)字化成熟度模型對各指標(biāo)均進(jìn)行了成熟度評分描述，其中由1~5代表成熟度不斷遞增；本章節(jié)以企業(yè)戰(zhàn)略和數(shù)字化軟件環(huán)境這兩大維度展開進(jìn)行如下說明，其中企業(yè)戰(zhàn)略這一維度中包含7個(gè)評價(jià)指標(biāo)，如下所述：

數(shù)字化意愿：1分，沒有數(shù)字化相關(guān)策略；2分，已經(jīng)開始計(jì)劃制定企業(yè)數(shù)字化策略，但是還沒開始執(zhí)行；3分，制定了一些企業(yè)數(shù)字化策略，但不完善；4分，以數(shù)字化為導(dǎo)向，制定了較為完備的數(shù)字化策略，并開始進(jìn)行推廣使用；5分，以數(shù)字化為核心，擁有完整的數(shù)字化策略，并且已經(jīng)全員高度利用，產(chǎn)生實(shí)際效益。

企業(yè)數(shù)字化策略：1分，沒有數(shù)字化相關(guān)策略；2分，已經(jīng)開始計(jì)劃制定企業(yè)數(shù)字化策略，基于還沒開始執(zhí)行；3分，制定了一些企業(yè)數(shù)字化策略，但不完善；4分，組織架構(gòu)較為完善，層級分明，有三套或以上較完整的組織架構(gòu)規(guī)則；5分，組織架構(gòu)完善，層級分明，權(quán)限管理智能化，而且不斷創(chuàng)新。

基于數(shù)字化的管理制度：1分，傳統(tǒng)管理制度；2分，計(jì)劃編制數(shù)字化管理制度，還沒有形成書面的章程；3分，數(shù)字化管理制度清晰，具備一定章程及管理辦法；4分，數(shù)字化管理融入日常管理當(dāng)中，章程及管理辦法相關(guān)部門發(fā)布，大部分職員應(yīng)用；5分，數(shù)字化管理貫穿始終，全單位具有完善章程及管理辦法，全員參照并使用，基本將日常管理實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。

團(tuán)隊(duì)人才培養(yǎng)政策：1分，公司基本政策；2分，根據(jù)數(shù)字化需要，開始制定相關(guān)政策，還未開始執(zhí)行；3分，具有初步的培養(yǎng)政策，但不完善，并具有一定培養(yǎng)成果，初見成效；4分，人才培養(yǎng)政策逐步完善，團(tuán)隊(duì)人員職業(yè)發(fā)展前景較好；5分，完備的人才培養(yǎng)及職業(yè)發(fā)展計(jì)劃，企業(yè)員工十分認(rèn)同。

激勵(lì)政策：1分，公司基本工資/獎(jiǎng)勵(lì)制度；2分，計(jì)劃制定或已經(jīng)開始制定相關(guān)激勵(lì)政策，但還未執(zhí)行；3分，有少量數(shù)字化激勵(lì)政策，并有一定執(zhí)行；4分，有一定的激勵(lì)政策，并且執(zhí)行程度較高；5分，將數(shù)字化相關(guān)內(nèi)容寫入公司基本政策制度，激勵(lì)政策明顯；

數(shù)字化業(yè)務(wù)（產(chǎn)品及服務(wù)）：1分，傳統(tǒng)業(yè)務(wù)；2分，已經(jīng)開始新業(yè)務(wù)或新產(chǎn)品的籌備或開展，但還在單純投入階段；3分，已有一項(xiàng)或以上數(shù)字化相關(guān)的新產(chǎn)品或新業(yè)務(wù)模式，并能夠靠此業(yè)務(wù)獲得收入；4分，已有三項(xiàng)或以上數(shù)字化相關(guān)的新產(chǎn)品或新業(yè)務(wù)模式，通過此業(yè)務(wù)獲得一定的收入；5分，已有五項(xiàng)或以上數(shù)字化相關(guān)的新產(chǎn)品或新業(yè)務(wù)模式，并能夠靠此業(yè)務(wù)獲得可觀的收入。

另外，數(shù)字化軟件環(huán)境維度包含了14個(gè)評價(jià)指標(biāo)，本文中選取其中的5個(gè)指標(biāo)進(jìn)行闡述。

數(shù)據(jù)互用性：1分，數(shù)據(jù)獨(dú)立，無互換互用；2分，少量數(shù)據(jù)能夠通過工具在內(nèi)部進(jìn)行互換互用，但滿足不了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)互用；3分，有一定的集成平臺(tái)或統(tǒng)一格式，對部分?jǐn)?shù)據(jù)能夠直接互換互用，少量數(shù)據(jù)能夠按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)互換，但存在一定數(shù)據(jù)丟失；4分，有固定的集成平臺(tái)或統(tǒng)一格式，大部分?jǐn)?shù)據(jù)都可以基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)格式轉(zhuǎn)換或互用，存在轉(zhuǎn)換中樞并且數(shù)據(jù)基本不會(huì)丟失；5分，有固定且成熟的集成平臺(tái)或統(tǒng)一格式，全部數(shù)據(jù)都可以基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)格式轉(zhuǎn)換或互用，存在轉(zhuǎn)換中樞并且數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。

數(shù)據(jù)量承載力：1分，僅能承載2D圖形體量的數(shù)據(jù)；2分，能夠承載工程局部節(jié)點(diǎn)模型與信息，能夠在此體量下運(yùn)行與瀏覽。無法承載點(diǎn)狀工程項(xiàng)目級或以上的數(shù)據(jù)，無輕量化和優(yōu)化；3分，能夠承載部分工點(diǎn)全部模型與信息，能夠流暢運(yùn)行與瀏覽。數(shù)據(jù)量有一定程度的輕量化與優(yōu)化；4分，能夠承載大部分工點(diǎn)全部模型與信息，能夠流暢運(yùn)行與瀏覽。大部分?jǐn)?shù)據(jù)有一定程度的輕量化與優(yōu)化；5分，能夠工程全部模型與信息，能夠流暢運(yùn)行與瀏覽。全部數(shù)據(jù)有一定程度的輕量化與優(yōu)化。

數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度：1分，未考慮精準(zhǔn)度；2分，數(shù)字孿生應(yīng)用中，有一定精度要求，模型精度基本達(dá)到方案、工可或初步設(shè)計(jì)精度，但沒有考慮數(shù)據(jù)創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)；3分，數(shù)字孿生應(yīng)用中，有具體精度要求，并且模型創(chuàng)建精度能夠部分達(dá)到施工圖精度，部分模型數(shù)據(jù)按照一定規(guī)則或要求創(chuàng)建，能用于統(tǒng)計(jì)和管理；4分，數(shù)字孿生應(yīng)用中，具有明確精度要求，并且80%的模型創(chuàng)建精度能夠達(dá)到施工圖精度，80%模型數(shù)據(jù)按照一定規(guī)則或要求創(chuàng)建，能用于統(tǒng)計(jì)和管理；5分，數(shù)字孿生應(yīng)用中，有明確精度要求，并且模型創(chuàng)建精度能夠達(dá)到施工零件級精度，全部模型數(shù)據(jù)按照具體規(guī)則或要求創(chuàng)建，能用于統(tǒng)計(jì)和管理。

數(shù)據(jù)創(chuàng)建軟件/平臺(tái)：1分，無數(shù)字孿生數(shù)據(jù)創(chuàng)建軟件；2分，有1款或以上的數(shù)據(jù)創(chuàng)建軟件，能滿足部分單一的創(chuàng)建任務(wù)；3分，有5款或以上的數(shù)據(jù)創(chuàng)建軟件，能基本滿足部分專業(yè)或領(lǐng)域的創(chuàng)建任務(wù)；4分，有10款或以上的數(shù)據(jù)創(chuàng)建軟件，能基本滿足基本專業(yè)或領(lǐng)域的創(chuàng)建任務(wù)；5分，有10款或以上的數(shù)據(jù)創(chuàng)建軟件，能完全滿足基本專業(yè)或領(lǐng)域的創(chuàng)建任務(wù)。1分，無協(xié)同軟件/平臺(tái)；2分，有數(shù)據(jù)協(xié)同平臺(tái)或軟件，僅為個(gè)別單點(diǎn)使用，日常使用人數(shù)小于20人；3分，有固定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)協(xié)同平臺(tái)或軟件，使用人數(shù)20人以上；4分，有固定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)協(xié)同平臺(tái)或軟件，使用人數(shù)50人以上；5分，有固定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)協(xié)同平臺(tái)或軟件，使用人數(shù)100人以上。

空間定位能力（Digital Twin與GIS集成能力）：1分，無空間定位；2分，數(shù)字孿生模型與信息的相對位置滿足要求，空間地理位置部分準(zhǔn)確，不能直接集成進(jìn)GIS環(huán)境；3分，數(shù)字孿生模型與信息的空間位置信息準(zhǔn)確，能夠部分集成進(jìn)iTwin平臺(tái)，空間定位基本滿足要求；4分，BIM模型與信息的空間位置信息準(zhǔn)確，能夠大部分專業(yè)集成進(jìn)iTwin平臺(tái)，空間定位滿足要求；5分，BIM模型與信息的空間位置信息準(zhǔn)確，能夠全專業(yè)集成進(jìn)GIS環(huán)境，空間定位滿足要求。

對于Bentley軟件用戶而言，達(dá)到某一成熟階段時(shí)，依賴于不同維度不同成熟度評價(jià)指標(biāo)的評定，即需要上述指標(biāo)均達(dá)到該級別的最低要求。

5 適用性分析

本文所構(gòu)建的成熟度模型，是通過對應(yīng)用Bentley軟件的領(lǐng)先企業(yè)進(jìn)行綜合評定，確定用戶在不同維度的成熟度等級，反映其所處的層次及其與更高成熟度等級間的差距，幫助用戶發(fā)現(xiàn)已有的優(yōu)勢和下一步的改進(jìn)方向，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的數(shù)字化價(jià)值。除此之外，參考了當(dāng)前國際前沿的并具備一定公信力的組織與咨詢公司的成熟度模型理論，而其建立又基于我國鐵路行業(yè)的實(shí)際情況，因而具有較高的普遍性與一定的前瞻性，所以具備了評估、判定和指引的三重作用。

6 結(jié)論與展望

本文通過較為充足的理論分析，吸收了先進(jìn)的理論體系的思想，建立了鐵路數(shù)字化發(fā)展的框架，根據(jù)發(fā)展框架構(gòu)建了成熟度模型，劃分了從Level 0 到 Level 5共六個(gè)成熟度，同時(shí)運(yùn)用了層次分析的方法建立了五大維度36個(gè)評價(jià)指標(biāo)，設(shè)定了評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和成熟度評估方法，并為后續(xù)的修正和改善的保留了一定的開放性。

數(shù)字化的全面應(yīng)用和成熟度模型的實(shí)施將涉及到技術(shù)能力、組織架構(gòu)和政策標(biāo)準(zhǔn)等多方面因素[6]，未來成熟度數(shù)字化評估體系在技術(shù)發(fā)展中不斷完善，必將與鐵路工程實(shí)踐深入融合，將覆蓋全專業(yè)、全過程及全生命周期的數(shù)字化應(yīng)用，將會(huì)穩(wěn)固地推動(dòng)中國鐵路建設(shè)朝著數(shù)字化和智能化建設(shè)方向邁進(jìn)。