BIM技術在鐵路客服信息機房工程中的應用

肖彥峰，王輝麟，郭鵬飛，王志華，張俊堯

（1.北京經緯信息技術有限公司，北京 100081；2.中國鐵道科學研究院集團有限公司電子計算技術研究所，北京 100081）

0 引言

近年來，鐵路信息化建設飛速發(fā)展，在鐵路工程建設、基礎設施運維等領域，基于BIM 的信息化建設得到了廣泛應用［1］。目前在鐵路行業(yè)中，BIM 技術的應用主要集中于路基、橋梁、隧道等站前專業(yè)設計與站房相關的房建、暖通、給排水等站后專業(yè)設計以及鐵路建設、施工管理方面［2］。作為鐵路客服信息工程建設的重要項目，信息機房工程的建設質量直接關系著鐵路客票、旅客服務、站房服務等與旅客出行息息相關的電子信息系統(tǒng)運行的安全性、穩(wěn)定性和可靠性。隨著鐵路客服信息機房工程建設越來越多，工程規(guī)模越來越大，傳統(tǒng)工程施工和管理模式已無法滿足鐵路客服信息工程快速發(fā)展的需要，亟待引入BIM 技術，利用BIM 技術優(yōu)勢和特點提高鐵路客服信息機房工程的施工質量和建設效率。

因此，針對鐵路客服信息機房建設的工程難點，系統(tǒng)研究BIM 技術在鐵路客服信息機房工程的深化設計、施工建造以及項目管理等方面的具體應用方式，以期推動BIM 技術在鐵路客服信息工程中的深化應用，為鐵路客服信息機房工程設計及施工階段的提質增效、精細化管理提供有力可靠的數(shù)據(jù)化和信息化手段支撐，并為機房智能高效的運維打下BIM信息化基礎。

1 建設現(xiàn)狀

鐵路客服信息機房建設是一項復雜工程，涉及建筑、電子、暖通、電工、消防以及信息等多個專業(yè)［3］。目前，BIM 技術在鐵路客服信息機房建設中的應用較少，傳統(tǒng)的設計施工和管理方式的不足主要表現(xiàn)在4個方面：

（1）工程建設與業(yè)務流程脫節(jié)。長期以來，鐵路信息機房在建設初期往往不被重視，通常是基建先行，待建筑物主體建設完成后再進行機房工程的設計規(guī)劃，導致信息機房的設計方案受主體結構限制，不能完全滿足業(yè)務需求。機房工程涉及的系統(tǒng)內外部接口眾多，建筑物施工預留的接口常常無法與機房工程建設需求很好地匹配，給相關機房的施工帶來較大困難。

（2）規(guī)劃設計和配置不合理。在信息機房建設時，設備可能是國際最先進的，而規(guī)劃與設計因涉及多個專業(yè)交叉，信息離散，集成度不高，給信息專業(yè)機房施工埋下隱患。在實際施工建設過程中，受機房實際施工環(huán)境的影響，原有的規(guī)劃設計方案常常不能滿足多個專業(yè)的施工需求，導致施工效率低下，運維成本較高。

（3）缺乏可視化工具和信息共享途徑。信息機房結構復雜、多專業(yè)交叉、設備數(shù)量龐大、管線規(guī)格繁雜且數(shù)量多、室內空間緊張。傳統(tǒng)的CAD 圖紙在設備布局及施工時不能立體模擬真實的施工環(huán)境，具體施工中更依賴于施工人員的技術經驗，并且二維圖紙無法對機房內的隱蔽工程進行有效描述。傳統(tǒng)分階段、分專業(yè)施工管理模式下，各單位、各專業(yè)都依據(jù)自己獨有的施工管理體系和標準。因此，各自為政的局面必然產生信息孤島和脫節(jié)，信息不能共享，從而導致項目各參與方溝通和交流不暢，信息集成度和深度不夠，造成施工難度大、變更頻繁等問題［4］。

（4）過程信息管理困難。信息機房建造工程在建設與管理過程中必然產生海量信息，工程項目中有關施工的圖紙資料和有關安全、質量、進度、技術交底、物資、合同等文件資料，量大且多以紙面的形式保存，難以及時進行匯總、統(tǒng)計分析及追溯查閱。等到竣工交付期時，部分重要過程的紙質資料可能遺失或損毀，使工程建設的各參與方和運營方要做大量的重復性工作，造成資源浪費。

2 BIM技術分階段應用研究

針對上述鐵路客服信息機房工程建設的諸多問題，從機房工程建設的設計階段和施工階段對BIM 技術的應用進行研究，以改善現(xiàn)有施工和管理方式的不足。

2.1 設計階段

在鐵路客服信息機房工程設計階段，BIM技術的應用主要體現(xiàn)在作為設計平臺對各專業(yè)的精準控制和對設計階段各環(huán)節(jié)的有序協(xié)調。其價值在于通過提供統(tǒng)一的信息共享平臺，實現(xiàn)更加精密的三維協(xié)同設計，提高設計效率，實現(xiàn)設計成果的集成化交付，發(fā)揮設計成果在施工和運維等后續(xù)階段的持續(xù)作用［5］。BIM技術應用于鐵路客服信息機房工程設計階段流程及成果見圖1。

2.2 施工階段

在鐵路客服信息機房工程施工階段，應用可視化的BIM 模型，可使機房工程建設更可控、更直觀、更容易理解、“所見即所得”。BIM技術的應用，可以輔助精細掌控施工的“事前、事中、事后”的每個階段，對機房工程項目安全、質量、進度等進行模擬分析、虛擬建造，并進行數(shù)據(jù)共享協(xié)同、工藝工序級的技術交底等，實現(xiàn)工程項目全過程的精益管理，確保工程進度在安全基礎上穩(wěn)步優(yōu)質地推進，有效提升建設管理水平。施工階段BIM應用流程見圖2。

在機房設備的安裝施工過程中，應用BIM 技術指導設備安裝施工作業(yè)流程可見圖3。

3 BIM在客服信息機房工程中的應用

3.1 BIM建模

3.1.1 構建BIM模型族庫

圖1 設計階段BIM應用流程及成果

圖2 施工階段BIM應用流程

BIM 模型是項目實施的基礎［6］。根據(jù)信息機房設備二維圖紙信息，由設計單位組織專業(yè)人員應用Revit等建模軟件對機房環(huán)境空間、走線架、光纖槽、防雷接地、機柜及柜內設備等進行正向設計，形成豐富、精確的機房設備族庫。在Revit 等建模軟件中創(chuàng)建的構件都是參數(shù)化模型，在機房設計過程中，可直接調取族庫中事先建好的參數(shù)化族，對設備構建參數(shù)進行相應調整，避免重復性建立，提高建模效率和質量。施工人員可根據(jù)設計交付的機房設備模型，進行BIM 深化設計、指導施工。信息機房設備BIM族庫示意見圖4。

3.1.2 參數(shù)化管理

BIM參數(shù)化模型可以實現(xiàn)機房設備信息的可視化展示以及模型數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析［7］。信息機房BIM 模型不僅包含了設備的幾何信息，也集成了現(xiàn)場管理信息、設備臺賬信息、模擬施工信息以及其他說明信息。依據(jù)這些數(shù)據(jù)信息，工程人員可以隨時調用查看機房設備的明細，通過參數(shù)調整模擬信息機房工程形體及性能變動，更好地滿足施工建造需求。在交付運維管理后，也能幫助運維人員更好地進行設備運維管理。

圖3 設備安裝施工作業(yè)流程

3.2 深化設計

圖4 信息機房設備BIM族庫示意圖

在BIM 精確建模的基礎上，工程人員依據(jù)設計圖紙標準，可以在BIM 軟件中構建信息機房的虛擬場景，再結合實際施工環(huán)境因素對信息機房設計方案的實施效果進行模擬，驗證設計圖紙的可行性和有效性。通過BIM 技術對信息機房BIM 模型進行總體布局分析、凈高分析、孔洞預留分析、碰撞檢測分析等［8］，查找設計圖紙中可能存在的紕漏與不足，以便及時優(yōu)化設計方案，避免構件發(fā)生交叉、碰撞、沖突等問題。典型應用有：對機房內上下走線方式是否適應機房凈高、柜外強弱電管線是否碰撞、根據(jù)柜內設備端口占用情況梳理優(yōu)化柜間配線布局及工藝（可分層）、靜電地板支腿點位有無沖突等問題進行檢查，并根據(jù)檢查結果來深化二維圖紙，提前優(yōu)化機房施工工藝、消除碰撞；通過模擬精細和富有表現(xiàn)力的工程實施效果，細化信息機房局部施工工藝，更直觀形象準確地表現(xiàn)裝修方案。信息機房整體效果與管線碰撞檢查示意分別見圖5與圖6。

圖5 信息機房整體效果示意圖

3.3 指導施工

圖6 信息機房管線碰撞檢查示意圖

在施工作業(yè)前，技術人員可基于BIM 模型對設備安裝的施工工藝、工序以及技法進行三維模擬，特別是對各重點位置、重點工序的模擬。對于工程各參建方人員來說，通過施工模擬可以深入掌握施工方案及內容，對比分析不同施工方案的可行性，提供可視化現(xiàn)場各階段平面布置及分析結果，對施工方案決策具有支撐意義［9］。對于一線的施工人員，一方面，可查看重要施工環(huán)節(jié)的虛擬動畫，利用BIM 模型進行重點工藝的動態(tài)施工模擬，模擬成果可幫助其進行施工前的技術交底，使施工人員更清晰地了解施工質量及工藝的控制難點；另一方面，通過模擬具體的施工過程，可以提前發(fā)現(xiàn)施工圖紙的設計盲點和過程中的安全風險點，為現(xiàn)場的準確施工盡早地制定解決方案，提高工程施工的可行性和安全性。基于BIM 模型的機房施工模擬效果及施工后對比見圖7。

依據(jù)施工模擬形成的二維圖紙、專項圖紙和施工模擬演示等階段成果，對施工人員開展動態(tài)施工模擬、危險源識別等教育培訓，不僅可以提高施工人員的安全意識，還能使施工人員快速、全面掌握施工安全操作，有效避免施工現(xiàn)場安全事故的發(fā)生。

基于BIM 技術的機房施工可實現(xiàn)對機房室內總體布置、施工方案、機械設備、材料供應、勞動力配置、應急處置等方案的優(yōu)化改良，能夠充分保障機房工程施工的安全和質量，降低施工成本。

3.4 施工進度管理

基于BIM 技術的鐵路客服信息機房工程進度管理，通過建立BIM 模型和管理流程的聯(lián)系和規(guī)則，利用虛擬施工，將空間信息與時間信息整合在統(tǒng)一的BIM 模型中，以便更直觀、精確地反映施工流程。基于BIM模型對實際工程施工進度和計劃進行動態(tài)管理，可以有效地協(xié)調各專業(yè)的交叉施工，確保工程進展順利，通過BIM 模型直觀地展示信息機房當前的實際施工進度。具體地，針對已經施工完成的、正在進行施工的以及尚未開工的工程實體，分別用不同顏色在BIM 模型上標識，使項目管理人能夠清晰地了解項目施工進度。另外，項目管理人員還可以通過拖動“時間軸”上的游標進行歷史施工過程重現(xiàn)以及未來的施工計劃預演。由于BIM模型和WBS分解結構已經進行過關聯(lián)，所以當用戶選中部分模型時，與之關聯(lián)的部分計劃進度甘特圖也隨之聯(lián)動展示。

此外，客服信息機房施工現(xiàn)場所需物資涉及多個參與方，并且種類較多、生產及運輸對工期影響較大、數(shù)量龐大，利用BIM 模型所包含的數(shù)據(jù)結合施工進度對材料物資進行動態(tài)管理，可確保物料及時到位，且處于有效的備用狀態(tài)，避免發(fā)生窩工誤工影響進度，同時也避免信息機房現(xiàn)場庫存過高而影響成本控制和空間周轉。

圖7 機房施工模擬圖

引入進度管理體系可以對信息機房工程施工過程中各個工藝以及整體施工進度進行統(tǒng)籌管理。通過關聯(lián)施工進度計劃、施工方案、施工現(xiàn)場布置、資源配置方案等各項要素，實現(xiàn)對施工組織設計的計劃編制、進度管理、資源管理和風險管理，使管理者能夠對工程實際進度與計劃進度有直觀的把握，使計劃調整有了最直觀的依據(jù)。

3.5 信息機房BIM管理系統(tǒng)應用

3.5.1 平臺化理念

基于BIM 技術的信息管理系統(tǒng)的核心作用是構建一個多專業(yè)協(xié)同、信息資源共享的集中開放式平臺。在平臺的激勵作用下，機房設備數(shù)據(jù)按照標準統(tǒng)一進行存儲和管理，軟硬件基礎資源采用集中部署的方式，多樣化的應用能夠實現(xiàn)快速部署、運行和更新。對于建設、設計、施工、監(jiān)理單位等工程項目的相關參與方，通過對同一BIM 模型進行使用和共享，可以實現(xiàn)鐵路客服信息機房工程項目立項決策、規(guī)劃設計、工程實施、竣工驗收的信息化、標準化管理。

通過平臺連接客服信息機房工程建設的各參與方，可促進各方交流互動，不斷深入拓展BIM 技術在鐵路客服信息機房工程建設中的應用模式，切實提升鐵路客服信息機房工程建設的規(guī)劃設計、施工管理和信息共享能力，達到良性協(xié)同驅動鐵路客服信息機房工程建設信息化發(fā)展的目的（見圖8）。

圖8 信息機房BIM管理系統(tǒng)應用示意圖

3.5.2 基本架構

（1）技術架構。根據(jù)鐵路客服信息機房工程的設計、施工、監(jiān)理以及業(yè)主單位的需求，基于BIM 技術的鐵路客服信息機房管理系統(tǒng)技術架構可分為基礎設施層、數(shù)據(jù)存儲層、基礎服務層、業(yè)務應用層和綜合展示層5個層面（見圖9）。

圖9 機房BIM管理系統(tǒng)總體架構

第1層為基礎設施層，主要為設計、施工、監(jiān)理以及業(yè)主單位提供上層服務和應用所需的服務器、網絡、存儲設備及其他設備，以實現(xiàn)多級聯(lián)網、資源共享。

第2層為數(shù)據(jù)存儲層，通過集中管理設計階段的數(shù)據(jù)和建設階段的數(shù)據(jù)，形成數(shù)據(jù)類型全面、格式統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫。

第3層為基礎服務層，主要提供對存儲數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)發(fā)布及數(shù)據(jù)接口總線等基礎數(shù)據(jù)服務，同時為上層業(yè)務應用提供統(tǒng)一消息分發(fā)、流程引擎、圖形引擎、認證授權等公共運行服務。

第4 層為業(yè)務應用層，主要對信息機房各專業(yè)的BIM模型和相關數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理，采用移動應用的方式實現(xiàn)信息可視化展示和精準查詢，提供多樣化的綜合保障功能。

第5層為綜合展示層，主要提供信息機房各專業(yè)設備全方位、直觀、便捷的數(shù)據(jù)展示、查詢等服務，實現(xiàn)PC終端和移動終端等多種展示途徑。

（2）功能架構。根據(jù)鐵路客服信息機房工程設計及施工階段的具體需求，設計了信息化管理系統(tǒng)的基本功能架構，包含輕量化展示、三維模擬、設備管理、問題庫管理、進度管理、臺賬管理和系統(tǒng)管理等7個方面，其功能架構見圖10。

圖10 機房BIM管理系統(tǒng)功能架構

輕量化展示：主要為用戶提供BIM 模型的操作界面，支持對機房設備BIM 模型進行信息檢索、控制操作、參數(shù)統(tǒng)計、功能展示；三維模擬：主要對施工過程中的關鍵工序、施工工藝進行模擬，并提供虛擬漫游動畫，輔助指導施工；設備管理：管理信息機房中各類設備的屬性信息，提供對各設備信息的增刪改查操作，并將各設備信息與BIM 三維模型關聯(lián)；問題庫管理：為施工過程中的各類問題信息提供上傳、查詢和更新功能；進度管理：處理導入的由項目管理工具軟件生成的MSP 文件，并對所述MSP 文件進行工程任務分解，實現(xiàn)施工進度的三維模擬和時間跟蹤；臺賬管理：管理所述鐵路客服信息機房中各設備的臺賬信息，支持圖片、表格、視頻、文本以及二維圖紙類型文件的上傳、修改、存儲和刪除功能；系統(tǒng)管理：功能同其他信息化管理功能一致，主要為用戶管理、權限管理和日志管理3項功能。

4 結論與展望

在分析鐵路客服信息機房工程建設現(xiàn)狀的基礎上，結合機房工程建設特點，研究了BIM 技術在客服信息機房工程建設階段的技術實現(xiàn)和應用方法，為客服機房工程建設向信息化、可視化、標準化發(fā)展提供了明確方向，通過BIM 信息化手段向傳統(tǒng)機房工程注入新的生產力。

隨著BIM 技術在鐵路行業(yè)的不斷發(fā)展和完善以及新技術的興起并成熟，新一代信息技術的發(fā)展推動著BIM 技術在鐵路客服信息工程領域的深度應用。大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網等一系列新技術與BIM 模型的有效融合終將形成完整的平臺應用生態(tài)鏈，為發(fā)展鐵路客服系統(tǒng)智慧建造提供有力的技術支撐［8］。