基于BIM技術的鐵路運維管理信息平臺設計研究

王言

（中國鐵道科學研究院集團有限公司運輸及經濟研究所，北京 100081）

1 概述

鐵路系統按專業可分為機車、車輛、工務、電務、供電、房建等，不同專業均形成“路局—站段—工區”的三級生產管理體制［1-2］，部分鐵路局集團公司已分專業自行或合作開發了生產管理信息系統，如工務生產管理信息系統、電務生產管理信息系統、供電生產管理信息系統等，各信息系統成為各專業日常運維管理中必不可少的輔助工具。但是，由于各信息系統只支撐各專業日常運維管理工作［3］，導致部分綜合維修工作存在信息分散、不對稱、傳遞滯后等問題，無法有效滿足我國鐵路快速發展形勢下精細化、高效化、標準化運維管理的要求，迫切需要構建統一的鐵路運維管理信息平臺將數據資源整合，提高運維管理信息化水平與日常運維管理工作效率［4］。

由于BIM技術可以實現建筑工程模型的信息化［5-6］，可利用BIM技術將鐵路設計、建設等階段的數據與運維管理階段的數據集成于統一的運維管理信息平臺，實現鐵路全生命周期數據的統一管理與運用［7-9］，有效提高鐵路運維管理工作效率、節省管理資源、降低管理成本，實現鐵路全生命周期的可持續發展。

2 建設思路及目標

2.1 建設思路

為解決分專業運維管理信息分散、傳遞滯后等問題，考慮鐵路運維管理信息平臺建設內容多、交互系統復雜等特性，基于平臺與各專業信息系統之間的業務需求，通過分析平臺與信息系統之間的關系，采用“統一規劃、分步實施”的總體建設思路，以基礎設施設備BIM模型為基礎，以數據標準為指導，建立統一集成、統籌管理的鐵路運維管理平臺，以滿足鐵路運維管理階段的工作需求。

2.2 建設目標及內容

在鐵路信息化總體規劃的指導下，以構建智能鐵路運維管理信息平臺為宗旨，以數據集中化、標準化管理為目標，建立基于BIM技術的一體化鐵路運維管理信息平臺，實現設計建設期數據資料的充分共享及綜合應用。建設內容主要有以下幾方面。

（1）構建鐵路基礎設施設備BIM模型，實現平臺中設施設備三維模型的可視化展示；

（2）制定鐵路運維管理階段數據標準，實現設計、施工、建設階段數據的標準化移交，同時將標準化數據與模型關聯，實現模型的信息化；

（3）布設信息采集終端設備，建立數據傳輸網絡，打通平臺對基礎設施設備的數據采集通道，實現設施設備狀態的動態跟蹤與實時監控，達成平臺對數據的統一集成與存儲管理；

（4）開發平臺與各專業信息系統的專用數據接口，達成平臺與系統之間的雙向對接，實現數據共享；

（5）建立用戶個性化數據展示機制，實現客戶定制化信息推送。

3 平臺設計

3.1 平臺定位

依據《鐵路信息化總體規劃》（鐵總信息〔2017〕152號）要求，一體化信息集成平臺是實現數據集成、應用集成、流程集成的技術平臺，包括客戶服務、集成服務、數據服務、基礎設施等平臺。該平臺主要是統一為各業務應用系統提供基礎數據、共享數據和大數據分析服務，從各類數據源無縫接入基礎設施在設計、建設期的數據資料、檢測監測信息及基礎設施運維器的檢修、維修信息；在數據接入本平臺后，基于平臺制定的統一的數據標準和規范，對數據進行匯總、關聯、解析、轉換、挖掘等處理，形成標準化的數據資產進行存儲；對外為各專業系統提供開放的數據接口，提供滿足其運維業務需求的BIM+GIS可視化服務和數據功能服務。

3.2 平臺架構

鐵路運維管理信息平臺將移交的設計、施工、建設階段數據源的基礎數據進行必要的模型及編碼體系轉換，以滿足運維管理的數據應用需求；對移交的靜態數據與接收的運維期各類動態監測數據進行存儲、維護和管理，并以數據服務的形式進行數據發布；既有工務、電務、供電、房建等專業運維管理系統通過平臺提供的服務，獲取所需的設計、建設階段的數據信息，以便豐富和完善既有系統的功能，同時現有運維系統中的檢修、維修信息返回至平臺，實現基礎設施全生命周期數據的集中統一管理；以PC端、便攜設備與手機端等形式，為用戶提供可視化的、三維虛擬的數據資料展示服務等（見圖1）。

3.3 平臺功能

鐵路運維管理信息平臺主要包括數據集成、基礎數據管理、綜合展示、運維管理、用戶服務、平臺維護管理6大功能（見圖2）。

3.3.1 數據集成

數據集成功能主要對鐵路基礎設施不同來源、格式、結構性質的數據進行匯集、校驗、加工和處理，形成標準統一的數據資源，在數據管理層面實現集中式管控、分布式發布，主要分為數據清洗、里程轉換、模型屬性轉換及完備性檢查。

數據清洗主要對采集、傳輸的原始數據進行重新審查和校驗，對存在殘缺、錯誤和重復的部分進行完善、糾正與刪除；里程轉換主要對設計期的DK里程向運維期的K里程轉換，以方便在運維過程中準確定位基礎設施及設備所在的具體位置；模型屬性轉換主要將建設期、設計期的設備屬性與運維期的屬性信息進行篩選對比，將不一致的屬性信息進行轉換；完備性檢查為對于存儲于運維管理信息平臺上的數據進行定期或不定期的數據完備性檢查工作，對于不完整的數據，按相應修改意見進行完善處理，保障用戶的檢索與調用。

圖1 鐵路運維管理信息平臺架構

圖2 鐵路運維管理信息平臺功能分類

3.3.2 基礎數據管理

基礎數據管理功能由設計期數據、建設期數據、聯調聯試數據、運維期數據以及設備臺賬基礎類數據資料共同組成（見圖3），包括二維圖紙、BIM模型、質量安全資料、現場照片、工程日志、工程影像、施工計劃進度、各業務模塊基礎數據、設備臺賬、運維生產數據等。基礎數據管理功能主要為各類基礎數據的統一存放與分析管理，并提供上傳、下載、查詢、查看等功能，方便用戶依據業務需要獲取不同版本、不同專業的數據信息。

3.3.3 運維管理

運維管理功能為平臺核心功能，平臺的運維管理功能主要有計劃安排、作業方案、作業組織、驗收管理等，以便指導站段、車間、工區等不同層級單位之間進行計劃與方案制定、安全作業及驗收等方面管理工作。

計劃安排主要為根據設施設備使用年限及壽命情況，制定分專業年度、季度及月度安全生產工作計劃、工作目標、重點工作，供站段、車間、工區等各級單位制定正式生產計劃；作業方案主要為結合終端設備監測數據及設備現場檢測數據，自動建立安全隱患庫，并出具合理的維修作業方案，指導人員維修作業；作業組織主要為組織工區進行日常安全作業及突發應急作業，并對作業過程進行檢查監督；驗收管理主要為根據維修作業完成情況進行驗收，并出具維修情況分析報告等。

圖3 鐵路基礎數據分類

3.3.4 綜合展示

綜合展示功能主要利用BIM模型集成基礎設施設備的動、靜態數據信息，通過三維立體操作界面形式展示與現實工程實體一致的基礎設施空間布局，幫助運維工作人員通過BIM模型直觀查閱數字化檔案資料、建設過程質量數據以及運維期各專業基礎設施資產分布、設備臺賬、維修記錄等數據信息，并指導作業人員更直觀地發現與檢查監測數據異常的區域，達到支持日常運維工作、排除突發故障的目的。

3.3.5 用戶服務

用戶服務功能主要為平臺對用戶進行統一安全認證管理，以及個性化信息服務。平臺為信息系統提供標準開放的統一數據接口服務，為個人用戶提供注冊登錄服務，用戶可依托用戶名、密碼與登錄令牌進行安全認證，待認證中心對用戶名、密碼等安全信息驗證通過后，用戶可獲得平臺使用權限；同時，平臺對不同類型用戶的權限功能范圍進行界定并存儲，為用戶提供權限范圍內的的數據推送、查詢、下載、分析等功能。

3.3.6 平臺維護管理

平臺維護管理功能主要為終端設備、網絡設備、服務器設備、操作系統、數據庫等安全保障體系進行監控，并將監控數據進行統計分析，對異常數據進行自動報警，提醒工作人員及時處理，保障平臺的正常運行。

4 平臺建設策略

根據鐵路運維管理信息平臺的建設思路、目標及內容，結合平臺的定位與架構，研究平臺建設策略，從爭取政策支持、加強資源整合、形成信息共享與實現平臺落地等方面進行。

4.1 爭取政策支持

中國國家鐵路集團有限公司（簡稱國鐵集團）和鐵路BIM聯盟作為鐵路行業BIM技術應用的推動者與引領者，近年來在推動BIM技術的深化應用方面發揮了舉足輕重的作用［10］。為了持續深入開展鐵路運維管理信息平臺的研究及應用，需要積極爭取政策方面的支持。首先是以智慧鐵路試點工程為契機，獲得平臺研究立項支持，完成平臺頂層設計，制定平臺建設發展規劃與技術路線，明確BIM技術在平臺建設各階段的任務，指導平臺建設的有序進行；其次是制定設計、施工、建設等階段數據交付標準，參考學習國際標準，指導技術標準向國際化方向發展，促進設計、施工、建設向運維管理信息平臺交付工作的規范化。

4.2 加強資源整合

運維管理信息平臺是全生命周期數據信息的整合者，平臺開發單位應首先集中資源開展運維管理平臺的建設，形成資料的整合；其次應加強與鐵路工程項目各階段的其他單位開展合作，推動行業內BIM技術在運維管理階段的應用研究工作，共同研發，成果共享，互相促進，提高平臺應用研究效率。

4.3 形成信息共享

由于各專業信息系統使用不同的開發工具，系統之間各自獨立，且功能存在差異，運維管理平臺為實現與信息系統之間的數據共享，開發與各專業信息系統之間的數據接口，滿足平臺與系統之間的信息交換和共享。

4.4 實現平臺落地

借助近年來國家大力支持建筑領域應用BIM技術的政策趨勢，與國鐵集團推動智慧鐵路示范工程建設的機遇，以在建鐵路工程為契機，開展運維管理階段主導下的全生命周期橫向、縱向科研和應用創新，開發基于BIM技術的鐵路運維管理信息平臺，實現BIM技術在鐵路運維管理階段的落地。

5 結束語

在鐵路運營維護管理以分專業為主、數據信息較為分散的現狀基礎上，研究提出了我國鐵路運維管理信息平臺應用BIM技術的建設思路、建設目標及內容，明確了平臺總體定位，設計了平臺總體架構及主要功能，并對平臺建設策略進行了研究。以BIM技術實現鐵路基礎設施運維管理一體化平臺的建設，在鐵路運維管理階段的應用將提升鐵路運維管理體系的信息化水平和工作效率，實現鐵路系統經濟效益的優化。