基于BIM的鐵路設備運維管理系統研究

郭超

摘要：以往工程中，一般通過運維工作者查閱繁瑣的文檔資料和二維圖紙來開展設備運維工作，此方式耗時久、效率低，還容易出現偏差。為了突破以往設備運維管理效率低下、比較被動的限制，結合移動互聯網與BIM技術，提出一種新的設備運維管理平臺，實現了設備運維管理工作的協同化、動態化、精細化，有效提高了設備運維管理的水平和效率。

關鍵詞：設備運維管理；移動互聯網；BIM技術；鐵路工程

0? ?引言

過去鐵路工程中設備運維的管理大部分是由運維人員通過設備圖紙與查找相關資料完成的。這些文檔資料的保存方式一般情況下都是采用電子表格，且存放混亂，沒有完善的管制制度和標準，查找翻閱難度較大[1-2]。且設備圖紙直觀性較差，無法將設備的空間形狀清晰的展現出來。為了對鐵路設備運營維護數據和信息進行高效管理，亟需開發出一種新型可視化設備的運維管理平臺。

近年來，國內有關學者對可視化設備運維管理平臺進行了一些研究。談駿杰等[3]引進BIM技術，并結合能耗監測技術研發出移動式設備管理系統，達到了設備異常識別、設備定位、使用效率等目的。朱先超[4]在管理暖通設備時應用BIM技術，提高了設備管理效率。為了突破以往鐵路工程設備運維管理效率低下、比較被動的限制，本文結合移動互聯網與BIM技術，提出了新的設備運維管理平臺。

1? ?工程概況

某鐵路工程的起訖里程為DK214+409.65m～DK237+995m，正線全長23.585km。橋梁總長1.958km（6座），隧道總長16.739km（12座），路基段總長4.73km（17段），其中區間路基2.868km（16段），站場路基1.863km（1段）。框架橋、涵34座，共1.2km。

2? ?傳統設備運維管理存在的問題

2.1? ?設備信息間聯系不緊密

傳統鐵路工程設備運維中，設備的清單、維護記錄、保養手冊等資料往往以不同的形式和方式保存，沒有一個統一的標準，有的按照設備種類分類，有的按照維修工程師分類，沒有相對完整的資料管理制度和管理標準，由此導致運維人員在查找、整理這些資料時浪費了不必要的時間和精力。

設備的信息通常以文檔表格、二維圖紙等方式進行展現。這種展現方式過于碎片化與抽象，難以完整地反映設備及其構件間的關系，運維人員很難通過這種信息形式來確定設備的安裝部位，更難以分析故障設備的影響范圍，限制了信息共享和溝通。由于設備信息間聯系不緊密，存在信息孤島，導致各信息間相互獨立，缺乏溝通的情況，難以促進信息的共享和協同。

2.2? ?難以保證設備運維的真實性

傳統設備維護維修過程繁瑣，紙質材料與電子表格這兩種形式的維保、檢查數據存在一定的安全問題，安全責任人很容易修改這些數據，從而造成事故發生后難以追究責任、難以保障運維安全等問題。傳統設備維護維修模式如圖1所示。

在體量較大的設備系統里，設備的日常維護、檢修等工作由運維人員執行，管理人員不能時刻掌握運維人員的工作情況，給工程的動態管理造成了一定的困難。

除此之外，運維工作者完成設備檢查等工作后，要把運維記錄情況以表單的形式提交給運維中心，同時在電腦中錄入相關數據并保存。這種運維檢查形式有些繁瑣，浪費了不必要的時間和人力，阻礙了設備運維信息的更新，影響后續的應急調整和管理工作。

3? ?基于BIM技術的設備可視化模型的優勢

應用BIM的鐵路工程設備運維管理，能夠克服項目各個階段設備管理的難點，如設備直觀性較差、信息孤島等問題。BIM能夠將鐵路設備中所有設備信息集中起來，包括設備型號、安裝位置、使用壽命、維護保養等數據，便于從模型中快速獲取所需信息。同時簡單處理設備竣工模型后就能夠直接調用，極大提升了設備管理的效率和準確性。

應用BIM技術可以將制圖、計算、協調以及文檔編制等過程進行集成化管理。其中，BIM構建的設備模型具有整合信息的優勢，可將設備屬性信息更加標準、規范的集成至BIM模型中，能夠實現設備信息快速查詢的目的。同時BIM中三維立體實物圖，能夠方便不熟悉設備的維修人員進行維護。這種可視化優勢削弱了對本地維護人員的依賴性，使得維護工作更加便捷和高效。

4? ?系統構架與主要技術

4.1? ?系統構架

鐵路工程設備運維管理的關鍵技術為BIM技術，但只依靠BIM模型還無法完成整個管理過程。在設備運維階段，非常多雜亂的數據需要進行處理，故要結合BIM模型的特點來開發適合BIM模型的軟件，對BIM設備運維管理平臺系統進行設計。通過平臺實現高度集成，能夠協同工作，在設備運維管理時完成資源的共享和信息的流通，能在很大程度上提高設備運維的管理效率。

設備運維平臺系統構架從上向下有應用層、傳輸層、業務層、服務層以及數據層。模型數據（設備圖紙和信息）與運維數據（運維過程里的各項業務數據）構成最下部的數據庫。基于REST服務構建服務層，易于開發和維護，能夠提供更好的性能和用戶體驗。業務層是系統的功能模塊，具有提供人員管理、應急管理、設備管理等功能，可根據需要擴展。傳輸層系統中的數據處理層，通過局域網、廣域網處理系統底層與應用層間的信息與數據。應用層是系統的界面模塊，兼容支持移動終端APP與PC瀏覽器等。這種設計讓用戶可以隨時通過多種方式訪問系統，方便快捷。

4.2? ?三維可視化瀏覽BIM模型

運維BIM模型數據源選用輕量化IFC標準格式文件，將其作為數據源，能夠優化數據的可靠性。首先解析IFC文件，將其中的隱性信息轉換為對應的屬性信息和顯性的三角面構件模型數據，同時在數據庫中保存轉換后的數據和信息，備作后續使用。之后通過平臺API接口的開發和維護，數據庫和BIM模型的更新，確保設備管理目標和BIM模型的同步。在此基礎上，二次開發BIM模型在線服務系統，使設備模型可在網頁圖形庫下的三維實現可視化瀏覽，增強用戶對設備模型的理解，以便更好地進行運維和管理。

4.3? ?圖數協同

設備運維數據庫和BIM模型間的E-R圖設備模型和設備運維數據（維護保養信息、員工信息、設備信息等）分別表示“圖”和“數”。兩者均以實體的形式存在，但形式不同，兩者間也無聯系。為了將兩者進行動態鏈接，此次研究先利用編碼技術將各個設備構件的ID標識確定出來。

先將其反映到設備運維數據庫中，以此建立設備運維數據庫和BIM模型間的實體關系（E-R）圖，具體如圖2所示。之后對平臺接口API進行更新與維護，在設備運維數據庫里儲存持續更新的運維信息，并匹配設備模型，以此完成持續、動態、及時的設備運維管理。

BIM模型中的設備人員對目標對象進行點擊，平臺就能夠在數據庫中識別點擊對象的設備編碼，找出其運維信息。與此同時，也可以在數據庫中先找設備編碼，再回到模型中對其進行定位。以BIM技術為基礎的設備運維可視化流程如圖3所示。

4.4? ?移動客戶端的協同

BIM技術與設備運營管理相結合，可以在最大程度上發揮出兩者的優勢，很大程度降低了運維的工作量和壓力，大大提升了運維管理水平。BIM技術的設備運維管理平臺結合移動互聯技術與BIM技術，可讓一線運維工作者更快速、更直觀、更靈活的掌握設備BIM信息，實現協同工作。

如今，手持個人數字助手（PDA）設備已廣泛應用于各行各業中，這也給BIM+移動互聯的實現打下了基礎。此次研究通過后臺+前臺的整體框架形式，借助移動互聯網技術來達到設備運維管理平臺和個人數字助手協同工作的目的。設備運維管理平臺和個人數字助手的協同工作如圖4所示。

在服務器端安裝文檔在線服務系統，能夠實現在線查看、編輯設備運維數據文檔功能。同時在后臺安裝了數據管理系統，可查詢設備技術參數、屬性信息、運維記錄、使用說明等信息。與此同時，一線運維人員能夠從服務器數據庫中直接查詢取得項目BIM數據信息，突破了過去PC客戶端無法隨時攜帶的局限性。運維工作者可使用移動終端對設備上的二維碼進行掃描，得到設備的各項信息，還可及時把運維工作照片拍照傳輸至平臺，確保數據的真實性和實時性，從而突破了過去被動、效率低的管理方式。

4.5? ?設備運維管理平臺的應用和實現

運維工作者在設備日常運維工作，可以借助PDA（便攜式數字助手），且可通過移動終端向運維管理人員及時反饋設備運行狀態。這有效避免了設備運維信息更新滯后，有利于運維管理工作者實時掌握設備工作狀態。

通過對各設備機房Wi-Fi信號的mac碼地址進行記錄，系統可以對運維工作者進行匹配，判斷其位置是否準確，只有工作人員在準確的位置上，才能進行設備的維護和檢修，以此保證了設備運維的可靠性。

運維系統平臺的建設可以明確員工的崗位和職責，并細化自身的責任目標，在次基礎上結合數字化培訓方式，大大提高了運維工作者的工作技能和素養。這種方式可以幫助運維工作者定位自身角色，使得運維團隊協同工作更加高效，更好地支持業務發展。

5? ?結束語

為了突破以往鐵路設備運維管理效率低下、比較被動的限制，本文通過結合移動互聯網與BIM技術，建立以BIM技術為基礎的鐵路設備運維平臺，得出主要結論如下：

運維BIM模型數據源選擇輕量化IFC標準格式文件，結合開發的平臺API接口，確保設備管理目標和BIM模型的同步。再次開發BIM模型在線服務系統，實現設備模型在網頁圖形庫下的三維可視化瀏覽，增強用戶對設備模型的理解。

通過“圖數”協同，能夠實現持續、動態、及時的設備運維管理。在BIM模型里，設備人員可以對目標對象進行點擊，從而在數據庫中識別其運維信息。同時也可以在數據庫中先找設備編碼，在模型中定位設備，從而提高工作效率。

結合移動互聯技術與BIM技術，讓一線運維工作者可以更快速、更直觀、更靈活的掌握設備BIM信息，實現協同工作，突破了過去PC客戶端無法隨時攜帶的局限性，確保了數據的真實性和實時性。

參考文獻

[1] 過俊，張穎.基于BIM的建筑空間與設備運維管理系統研究[J].土木建筑工程信息技術，2013，5（3）：41-49.

[2] 莊智嚴.BlM技術在建設工程施工管理應用研究[J].中國建設信息化，2022（13）：56-57.

[3] 談駿杰，程明，余芳強等.基于BIM的醫院移動式設備智慧管理研究與實踐[J].中國醫院建筑與裝備，2023，24（3）：89-94.

[4] 朱先超.基于BIM技術的暖通設備運維管理研究[J].設備管理與維修，2022（18）：43-44.