基于BIM技術的軌道交通運維管理應用

張耘琳

（廣州地鐵設計研究院股份有限公司，廣東廣州 510000）

1 研究背景

我國城市軌道交通工程普遍具有三個特點，即投資規模大且施工環境復雜、工期緊湊且涉及專業性強及施工內容多、組織管理具有一定難度且技術要求高。縱觀城市軌道交通工程發展可知，通常其建設過程為5～10年，建設后移交運營，運營管理時間長達數十年。針對城市軌道交通運維，必須在保證科學合理地制定維護計劃的基礎上，加強對實時監測軌道交通運營狀態的重視，成為當前我國城市軌道交通管理部門的共識與主要工作目標。

基于軌道交通地鐵車站在運營過程中人員密集、設備密集、信息密集的特點，在不重復建設的前提下，應結合工程項目的實際情況，利用BIM信息模型技術、數字孿生與時空一體技術，建設BIM綜合運營體系，根據站點場景的特殊性，通過頂層設計打通可視化運維管理的最后一公里。基于BIM技術的軌道交通運維管理應從運營的角度出發，地鐵作為城市交通運輸主力，地鐵車站空間運維水平要求高、用能設備眾多，包含了眾多運營子系統。需要根據地鐵站點運營中的共性問題以及投產運營中產生的實際問題，剖析實際需求，針對性提出規劃任務。

將數據信息與系統資源進行綜合集成，提高地鐵站點的運維管理水平。通過對各子系統的集成統一，建立數字孿生化、可視化管運營體系，為運營人員提供可靠的設備運維分析、人流統計分析、能耗分析管理及其他綜合數據等一系列的專業運營服務，達到提升管理效率、減少人力浪費、降低管理風險、提高運維品質的效果。

在全面提高站點管理運營水平的同時，對運營工作中產生的實際問題、新增需求、各類運營數據機械能有效規整，建立運營經驗庫。通過協同數據互通技術將數據經驗反饋至設計平臺，為實現運營數據反哺規劃設計，為后續的設計優化提供數據支撐與依據。

2 BIM在運維管理中的關鍵技術分析

通過BIM數字孿生管理運營，融合電力、環控、消防等子系統與BIM信息模型，緊密結合響應設計、建設、運維等各階段的數據互通技術、協同技術，打造具備數字孿生特性、運營協同特性、階段協同特性、數據協同特性的運維管理平臺。

將眾多子系統集成并形成數據共享，實現車站統一的可視化管理。將空間與數據信息綁定，提升可視化管理程度，實現空間數據追蹤，實現報警信息空間定位。通過數據分析功能，感知分析系統運行狀況，制定合理運行策略。

需要重點考慮如何構建具有自動化及智能化雙重特性的業務流程、如何有效將控制策略和報警邏輯進行聯動等，目的在于更好地避免在運維管理階段過多消耗人力和物力，有效提高運維效率[1]。

集成能源管理和設備設施信息，可以對車站重點用能設備進行實時和歷史統計的能效監測和能效評估，為將來的車站能效優化設計和節能實施提供充足的第三方基礎數據。根據經驗，大多數提高能效、提升性能的改善只需要少量的操作改變，可實現降低維護費用，保障長期的高效運行。運維管理平臺以BIM為基礎，通過數字孿生技術實現信息模型作為人機交互的載體，利用設備、空間定位、運行參數顏色渲染等模式，場景與界面為組態化呈現，使子平臺中所有的系統資源通過場景與圖形的方式表達，與現實場景一一對應，實現信息的可視化、高效監管。使用三維場景實時顯示系統或設備的動態數據，能夠直觀查看控制點的實時狀態，三維場景能夠動態反映受控設備的運行工況及運行參數。

運維管理子平臺可采用具有獨立性的分布式數據，可以連接物理上分散的多個數據庫單元，組成的一個邏輯統一的數據庫，每個被連接起來的數據庫單元稱為站點或節點，使數據擁有獨立性，分布式數據的基本特點包括物理分布性、邏輯整體性和站點自治性。分布式的數據具備數據分布透明性、按既定協議達成共識的機制、適當的數據冗余度和管理的分布性。

各子系統實行獨立運行、分散監控，各子系統與平臺保持及時、可靠數據交換與指令溝通。各子系統之間的操控相對獨立，可通過集成系統的高級控制邏輯和業務邏輯實現聯動控制和業務關聯，但每個子系統的故障均不會影響其他子系統的正常工作。子系統之間的數據共享通過統一協議轉換完成，最大限度減少數據流通的中間環節，分離故障、分散風險、便于管理。

3 BIM在運維管理中的關鍵技術場景模式

（1）車站/區間實體場景模型。

基于BIM模型的三維可視化車站場景，能夠與真實的車站建筑和實際設備點位對應，實體場景模型包含地表層、站廳層、站臺層以及站層配套的子系統設備，支持全局查看（車站整體）以及單層查看（指定某一站層）[2]。

（2）車站/區間透明場景模型。

基于BIM模型的透明建筑體的三維可視化車站場景，能夠與真實的車站建筑和實際設備點位對應，透明場景模型包含站廳層、站臺層以及站層配套的子系統設備，支持全局查看（車站整體）以及單層查看（指定某一層）。

（3）地面層模型。

單層的三維可視化模型，可以通過鼠標對站臺層模型進行拖拽、平移、點擊操作，可以自由變換查看地面層機位視角，包括全局/區域/設備，在地面層可以觀察車站地表的地形地貌以及車站附近交通線路布局。

（4）站廳層模型。

單層的三維可視化模型，包括實體場景以及透明場景，可以通過鼠標對站廳層模型進行拖拽、平移、點擊操作，可以自由變換查看站臺層機位視角，包括全局/區域/設備，支持在車站運營管控模塊切換運維視角的透明場景。

（5）站臺層模型。

與站廳層模型一致，為單層的三維可視化模型。

（6）子系統設備模型。

單個設備的三維可視化模型，包括在線、故障、告警、離線的設備模型狀態以及與該設備模型配套動效。

（7）站點索引。

支持從廣州地鐵全市地鐵線網中選擇指定站點（現階段僅支持太和地鐵站、夏太區間和太竹區間），由全市線路清單、線站信息、快捷區組成。打開該功能默認展開全市地鐵線網清單和14號線線網信息，點擊數字編號圓點（車站）或連接線條（區間）后，三維可視化模型自動切換，并展開快捷區，支持快速選擇地面層、站廳層、站臺層或指定的某個區間。

（8）站層分離。

支持車站進行開/合操作，通過功能中的滑動條，拖拽滑塊來增加或減少站層之間的距離；打開功能時滑塊默認位置與站層分離距離匹配，拖拽滑塊從合到開的過程中，地面層周邊模型自動隱藏，并持續拉開站層之間距離，達到系統設定的最大值停止，反之則縮小站層距離，并逐漸淡入地面層周邊模型。

（9）站層選擇。

支持在任意場景中進行站層的切換、進入單層的三維場景，功能支持切換的范圍包括全站、地面層、站廳層、站臺層；點擊站層選擇，三維場景模型以中速移動相機視角，最終定位到與模型呈180°的相機視角，通過鼠標對透明三維分層場景選擇點擊，完成站層選擇；可以點擊快速選擇區域進行快速切換[3]。

（10）站層地圖。

進入單層的三維場景，自動打開站層地圖功能，支持拖拽、隨意放置地圖，地圖二維與三維場景支持聯動位移。

4 BIM在運維管理中的關鍵技術落地應用

根據實際業務以及工程項目需求，運維管理平臺場景區域與技術應用站點與區間選定于廣州地鐵14號線的太和站與夏良至太和區間、太和至竹料區間（一站兩區間）。

為完成運維管理平臺建設開發工作，通過圍繞廣州地鐵太和站、夏太區間、太竹區間的一線運營、運維管理人員和廣州地鐵設計研究院的建筑、電氣、智能化、信息化等各專業的工作人員、管理人員進行實地的調查、訪談，進一步了解太和地鐵站，隨廣州地鐵14號線一期工程同期建成，于2018年12月28日開通運行。

作為在運營運行地鐵線站點，廣州地鐵太和地鐵站已建成的專業運維系統包括綜合監控系統、車站公共區空調通風和防排煙系統、車站設備區通風空調及防排煙系統、車站空調冷源水系、隧道通風系統、變電所綜合自動化系統等。

基于BIM模型的車站運維監控，需要通過綜合監控管理子模塊、環境監控管理子模塊、電力監測管理子模塊、車站運營管理子模塊、公共安全管理子模塊、車站設備管理子模塊，完成對太和地鐵站專業運維系統的集中管控以及示范應用的功能表達。

維持自身運維業務范圍內的體系運轉的同時，運維管理平臺還需要通過系統接口，完成與上述協同技術的載體（一體化BIM的數據協同管理中心）之間的互聯互通，包括用戶與權限的統一、BIM數據正向和逆向協同、運維成本數據同步、設計施工文檔獲取以及運維知識文檔歸檔。

5 結語

《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020年）》指出，以滿足國家戰略需求為目標，以國內外市場需求為導向，在既有軌道交通科技發展成果基礎上，以產學研用協同創新為主要模式，強化國際合作創新。通過在軌道交通系統安全保障、綜合效能提升、可持續性和互操作等技術方向進行覆蓋“基礎前沿研究、共性關鍵技術研發、集成與應用示范”的全鏈條部署、聚焦支持、有序推進，全面提升我國軌道交通系統技術、設施、裝備和運營的安全、效能、綠色、體系化和國際化水平。