基于BIM 技術的地鐵道岔運維管理平臺設計

何 晨，何越磊，魏麗麗HE Chen, HE Yuelei, WEI Lili

（上海工程技術大學 城市軌道交通學院，上海 201620）

0 引 言

近年來，我國城市軌道交通行業飛速發展，各地軌道交通建設速度、規模和發展都取得了令人矚目的成就。在城市軌道交通行業日益發展的今天，行車安全始終是城市軌道交通運營安全中最重要、最核心的部分，而道岔作為線路上的薄弱環節，更是日常養護維修的重點和難點。地鐵道岔在運維期間會產生大量管理資料，其資料呈現形式多樣，且歸屬于工務、通號兩個部門管理，很容易發生資料缺失、信息斷層、管理脫節、應用標準不統一等問題，無法對資料進行統一合理的調配。在傳統的管理模式下，工電部門各自對自己專業相關結構設備負責，信息相對閉塞，且雙方在進行聯檢聯修的時候，信息的傳遞存在滯后性。為了促進工電部門的信息交流與數據共享，本文基于BIM 技術設計開發地鐵道岔運維管理平臺，基于Unity3D 平臺開發生產資料查看、常見故障檢索及聯檢聯修可視化三個功能模塊，將三維模型與數據信息關聯，更具直觀性，能有效提升運維管理的效率。

1 BIM 技術簡介

BIM，即建筑信息模型，屬于一項基于CAD 的創新型技術。BIM 技術具有共享性，不同于CAD，BIM 支持多軟件共同支撐，是一項更多體現在團隊運動上的三維設計工具，BIM 技術實施的過程其本質就是一種協同的過程。

BIM 技術具有可視化、協調性、優化性等特點。依托BIM 在可視化方面的優勢，將三維模型與信息數據相連接，將紙質的、抽象的信息以可視化的方式表達出來。在工程項目的設計階段可以協調多方參與，協調碰撞問題，施工階段模擬施工進度，優化施工方案，為后期運維管理創造條件。

將BIM 技術引入地鐵道岔運維管理方面，建立地鐵道岔部位的參數化信息模型，通過搭建可視化平臺，使得工電部門在可視化場景下實現日常的設備結構管理以及聯檢聯修作業進度的查詢，有效促進兩個部門的信息共享，提高地鐵道岔運維管理效率。

2 平臺需求分析

道岔是地鐵行車的關鍵部位，它構造復雜，結構薄弱，是工、電雙方日常養護的重點和難點。由于道岔設備分屬工務和通號兩家單位管理，存在專業結合部的問題，設備上互相牽涉、相互影響，當某個設備發生故障或某處位置出現病害得不到及時整治，就會影響整套設備的正常使用。因此，協調統籌工電部門工作，是實現地鐵道岔運維管理有序進行的重要前提。

根據地鐵維保部門制定的道岔聯檢聯修有關規定，工電聯檢內容主要是對道岔區段內的基礎結構設備進行維護整治，是確保行車安全的重要一環，也是其他各部門聯檢工作開展的基礎保障。在實際管理中，工電雙方對自身聯檢范圍和工作內容都有明確的劃分，彼此之間數據僅為自己部門管理，信息交流閉塞，對于聯檢聯修工作的開展不夠及時，巡檢數據的儲存與管理方式單一，容易造成丟失等問題。

因此，本文設計開發地鐵道岔運維管理平臺，實現道岔部位設備結構的信息化管理，提高工電部門管理效率，在保證兩個部門自身權利不受影響的前提下，促進雙方的數據信息共享。

3 平臺功能設計

本文考慮到工務和通號兩個部門對地鐵道岔部位日常維護管理的實際需求，對地鐵道岔運維管理平臺進行相應的功能模塊設計。主要分為生產信息模塊、故障檢索模塊和工電聯檢聯修模塊。主要功能框架如圖1 所示。

圖1 地鐵道岔運維管理平臺功能框架

3.1 權限劃分

本文所設計的平臺供工務和通號兩個部門共同使用，從保障兩個部門自身權益以及保護數據權威性的角度出發，將兩個部門的權限進行劃分，具體權限劃分如圖2 所示。

圖2 權限劃分結構

3.2 生產信息模塊

生產信息模塊主要是儲存管理地鐵道岔部位設備結構的各類生產信息。從設計階段開始的設計圖紙、施工階段的安裝指導、技術手冊等文件以及各類設備基礎信息，都與該設備的三維模型建立連接，通過點擊設備模型，進行交互操作，選擇相應的功能模塊進行信息的查看。

此外，生產信息模塊還用于維護指導。為更具有直觀的指導作用，利用Unity3D 內置Animation 插件，對部分可拆解的設備制作拆裝動畫，通過點擊UI 按鈕播放拆裝動畫，指導上線人員進行設備的拆裝工作。

3.3 故障檢索模塊

基于故障樹原理由上而下建立故障樹，層層推導故障及其引起的原因，直至獲得最小不可分割的割集。通過大量查閱文獻資料，廣泛搜集現場工人經驗歸納總結建立起故障知識庫，建立流程如圖3 所示。知識庫可隨著實際案例的不斷增加而不斷更新，逐漸擴大其知識庫的知識儲備。用戶在顯示窗口輸入故障現象，即可檢索到故障原因及相應的維修措施。對于日常檢修的人員來說，可以快速定位故障發生的位置，并獲取準確地解決措施，可以有效提高治理病害排除故障的效率。

圖3 知識庫建立流程

3.4 工電聯檢聯修模塊

該模塊主要為工電部門聯檢聯修而設計。工務和通號部門可以記錄本部門的巡檢數據，儲存在數據庫中，供雙方部門隨時查看。對于工電聯檢聯修作業，從提交作業計劃申報到故障處理進度的追蹤，都可以在該模塊內實現，雙方具有權限去及時了解信息，避免本部門的關聯設備受到影響，極大程度上簡化了兩個部門的信息交流方式。

兩個部門可在線填寫《檢查、整治驗收記錄表》，記錄表按照記錄日期儲存在數據庫中，輸入日期即可查看該日檢查記錄。記錄表中的各項檢查數據，兩個部門都要對其負責，因此僅當兩個部門負責人均在簽字欄簽名后，該份記錄表顯示完成狀態，不然均為未完成狀態。兩個部門的編輯權限不同，每個部門僅能對本部門管轄范圍內的數據進行編輯。

4 關鍵技術研究

4.1 參數化建模

采用Revit 軟件進行BIM 建模，創建地鐵線路及其軌旁設備專業族庫。為了還原實際地鐵線路的布置狀態，需要將單個設備結構與線路模型進行組合。由于此項建模工作量大，操作機械，本文使用Revit 的內置插件Dynamo 可視化編程技術，實現批量放置設備并修改參數的功能。通過使用內置節點包并結合DesignScript 程序語言，實現按照規定坐標批量放置設備模型，集中修改設備參數的功能，大大減小了建模壓力，提高建模效率。地鐵完整線路建模如圖4 所示。

圖4 地鐵完整線路建模

4.2 可視化場景

基于Unity3D 平臺進行可視化場景搭建。將創建好的線路模型轉化為FBX 格式導入Unity 中，通過Visual Studio 編寫C#程序語言，調用Unity 提供的API 端口，通過實現IPointerClickHandler 接口來添加鼠標點擊事件，將設備模型與交互操作界面相關聯，進行交互設計。編寫程序語言給Rotataion 屬性賦值，控制相機與目標物體的相對距離不變，即使得相機繞著目標物體旋轉。實現在可視化界面下，可以對操作界面進行旋轉、縮放和拉近等操作，進行多方位查看三維模型，如圖5 所示。

圖5 三維視角查看

4.3 數據庫設計與連接

在地鐵道岔運維管理平臺運行時，其平臺所顯示和更新的數據需要進行集中的儲存和管理。創建MySQL 數據庫，對平臺所涉及的用戶信息、故障信息和維護信息進行儲存和管理，數據庫結構如圖6 所示。

圖6 數據庫結構

在數據庫的開發過程中，實現Unity 與MySQL 的連接需要載入幾個相關的動態庫。在連接過程中通過編寫腳本代碼實現打開數據庫、關閉數據庫、對數據庫進行增刪改查等操作，以滿足用戶的信息服務需求。

5 總 結

本文設計了一種基于BIM 技術的地鐵道岔運維管理平臺。該平臺實現了生產信息管理功能、常見故障檢索功能和工電聯檢聯修可視化功能，對解決工務和通號兩個部門的數據信息交流滯緩問題，密切兩個部門的聯系，促進提高地鐵道岔部位的運維管理效率具有良好的應用價值和前景。此外，該平臺還可以拓展到道岔部位的全生命周期管理中，依靠BIM 的信息傳遞屬性，集合設計、施工、運維等各個階段的數據，具有更多的可能性。