孟存喜

(1.中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，西安 710043； 2.軌道交通工程信息化企業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710043)

大數(shù)據(jù)、云計(jì)算在軌道交通工程中的應(yīng)用需求

孟存喜

(1.中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，西安 710043； 2.軌道交通工程信息化企業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710043)

大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等新興行業(yè)和新技術(shù)正在改變著傳統(tǒng)的勘察設(shè)計(jì)、工程建設(shè)管理及維護(hù)模式。當(dāng)前軌道交通領(lǐng)域的設(shè)計(jì)階段已基本實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，但在某些環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)管理與處理能力仍需加強(qiáng)，更由于施工和運(yùn)營(yíng)階段數(shù)據(jù)管理與處理手段、能力的限制，使得設(shè)計(jì)成果未能得到充分應(yīng)用，難于實(shí)現(xiàn)全階段信息的集成和共享，制約了軌道交通領(lǐng)域的信息化建設(shè)。從龐雜的資料或海量數(shù)據(jù)中研究應(yīng)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算技術(shù)解決問(wèn)題的途徑是軌道交通工程信息化需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。由于軌道交通工程領(lǐng)域?qū)Υ髷?shù)據(jù)和云計(jì)算技術(shù)研究起步較晚，目前這些技術(shù)能用到該領(lǐng)域全生命周期哪些方面是值得研究的問(wèn)題。本文結(jié)合大數(shù)據(jù)和云計(jì)算的特點(diǎn)，對(duì)軌道交通工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)各階段可能的應(yīng)用需求進(jìn)行分析，旨在為今后研究工作提供參考。

軌道交通工程；全生命周期；大數(shù)據(jù)；云計(jì)算;應(yīng)用需求

【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2015.05.11

引言

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、遠(yuǎn)程技術(shù)服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同設(shè)計(jì)、工程仿真、3D打印、真實(shí)感場(chǎng)景設(shè)計(jì)、BIM等新興行業(yè)和新技術(shù)正在改變著傳統(tǒng)的勘察設(shè)計(jì)、工程建設(shè)管理及維護(hù)模式。鐵路工程信息化技術(shù)承載了鐵路構(gòu)筑物的數(shù)據(jù)模型，包含了豐富的設(shè)計(jì)信息和施工信息，運(yùn)營(yíng)和維護(hù)單位依靠這些數(shù)據(jù)和信息，可以有效提升管理水平和工作效率。當(dāng)前軌道交通領(lǐng)域的設(shè)計(jì)階段已基本實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，但在某些環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)處理能力仍需加強(qiáng)，更由于施工和運(yùn)營(yíng)階段數(shù)據(jù)處理手段與能力的限制，使得設(shè)計(jì)成果未能得到充分應(yīng)用，難于實(shí)現(xiàn)全階段信息的集成和共享，制約了軌道交通領(lǐng)域的信息化建設(shè)。從龐雜的資料或海量數(shù)據(jù)中研究應(yīng)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算技術(shù)解決問(wèn)題的途徑是軌道交通工程信息化需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。由于軌道交通工程領(lǐng)域?qū)Υ髷?shù)據(jù)和云計(jì)算技術(shù)研究起步較晚，目前這些技術(shù)能用到該領(lǐng)域全生命周期哪些方面是值得研究的問(wèn)題。本文結(jié)合大數(shù)據(jù)和云計(jì)算的特點(diǎn)，對(duì)軌道交通工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)各階段可能的應(yīng)用需求提出了粗淺的看法，旨在為今后研究工作提供參考，以提高軌道交通領(lǐng)域的信息化水平。

1 大數(shù)據(jù)、云計(jì)算技術(shù)

云計(jì)算是在融合分布式計(jì)算、虛擬化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)計(jì)算和Web服務(wù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，能使用戶(hù)不受時(shí)空的限制，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)隨地按需獲取互聯(lián)網(wǎng)上的資源，從而對(duì)大規(guī)模的數(shù)據(jù)和計(jì)算問(wèn)題進(jìn)行處理，其采用的兩種關(guān)鍵技術(shù)是虛擬化和多租戶(hù)技術(shù)。虛擬化是一種資源管理技術(shù)，是將計(jì)算機(jī)的各種實(shí)體資源，如服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)存及存儲(chǔ)等予以抽象、轉(zhuǎn)換后呈現(xiàn)出來(lái)，打破實(shí)體結(jié)構(gòu)間不可切割的障礙，使用戶(hù)可以比原來(lái)的組態(tài)更好的方式來(lái)應(yīng)用這些資源。多租戶(hù)技術(shù)是一種軟件架構(gòu)技術(shù)，它是在探討與實(shí)現(xiàn)如何在多用戶(hù)環(huán)境下共用相同的系統(tǒng)或程序組件，并且仍可確保各用戶(hù)數(shù)據(jù)的隔離性?？梢?jiàn)，由不同的用戶(hù)對(duì)硬件資源共享就是虛擬化技術(shù)，對(duì)相同的軟件資源共享就是多租戶(hù)技術(shù)。這兩種共享技術(shù)共同構(gòu)成了云計(jì)算高效的商業(yè)模式。云計(jì)算與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相比，其特點(diǎn)體現(xiàn)在虛擬化、規(guī)模巨大、動(dòng)態(tài)擴(kuò)展性(資源可根據(jù)用戶(hù)和應(yīng)用規(guī)模需求動(dòng)態(tài)擴(kuò)展)、經(jīng)濟(jì)性和強(qiáng)大的計(jì)算和存儲(chǔ)能力五個(gè)方面。

大數(shù)據(jù)的特征就是普遍所說(shuō)的4V(大量、高速、多樣和價(jià)值)，它和云計(jì)算之間有著密切的關(guān)系，甚至是相輔相成的重要聯(lián)系，如果把云計(jì)算比做一個(gè)加工廠(chǎng)，大數(shù)據(jù)就是它的材料。大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘，又必須依托云計(jì)算的分布式處理、分布式數(shù)據(jù)庫(kù)、云存儲(chǔ)和虛擬化技術(shù)。

就工程而言，大數(shù)據(jù)的創(chuàng)建應(yīng)始于工程設(shè)計(jì)期，并繼承到建設(shè)及運(yùn)營(yíng)期。創(chuàng)建大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)信息的角色和用戶(hù)是一種交替的關(guān)系，可以簡(jiǎn)單的描述為：“設(shè)計(jì)創(chuàng)建——施工應(yīng)用并創(chuàng)建——運(yùn)維創(chuàng)建——改造設(shè)計(jì)應(yīng)用”。

據(jù)IDC分析報(bào)道，最近一年來(lái)，亞太區(qū)出現(xiàn)了越來(lái)越廣泛的大數(shù)據(jù)和分析領(lǐng)域的應(yīng)用案例。在中國(guó)，從互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，到電信、金融、政府這樣的傳統(tǒng)行業(yè)，都開(kāi)始采用各種大數(shù)據(jù)和分析技術(shù)，應(yīng)用場(chǎng)景也在逐漸拓展，從結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的分析，發(fā)展到半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的分析。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，軌道交通部門(mén)迫切需要用先進(jìn)智能的數(shù)據(jù)分析手段對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行高效、實(shí)時(shí)分析。

2 大數(shù)據(jù)、云計(jì)算技術(shù)在軌道交通工程中的應(yīng)用需求

2.1 規(guī)劃階段

2.1.1 鐵路建設(shè)項(xiàng)目前期規(guī)劃與決策服務(wù)

在軌道交通建設(shè)項(xiàng)目前期規(guī)劃階段，可通過(guò)建立既有鐵路大數(shù)據(jù)并研制鐵路建設(shè)項(xiàng)目地理信息系統(tǒng)等軟件實(shí)現(xiàn)區(qū)段密度、車(chē)站到發(fā)、鐵路OD數(shù)據(jù)等主要鐵路運(yùn)輸指標(biāo)的地理信息分析及查詢(xún)、鐵路運(yùn)輸徑路比選分析、鐵路網(wǎng)規(guī)劃分析與指標(biāo)測(cè)算、各行政區(qū)劃、項(xiàng)目沿線(xiàn)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析等功能，為鐵路建設(shè)項(xiàng)目前期規(guī)劃提供基礎(chǔ)資料，為國(guó)家和地方政府決策提供服務(wù)。

2.1.2 建立基于數(shù)字地球的軌道交通三維空間選線(xiàn)平臺(tái)

在軌道交通工程前期規(guī)劃階段，基于數(shù)字地球(Google Earth)構(gòu)建軌道交通工程三維空間選線(xiàn)平臺(tái)，對(duì)海外項(xiàng)目和國(guó)內(nèi)難以獲取數(shù)字地形資料的區(qū)域，可以應(yīng)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算技術(shù)及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)獲取全球任意地區(qū)的數(shù)字地形影像資源(免費(fèi))，利用數(shù)字地球提供的這些資源，從而構(gòu)建三維可視化的數(shù)字選線(xiàn)環(huán)境，在數(shù)字地球上實(shí)現(xiàn)交互式定線(xiàn)與方案綜合展示等功能，將大大降低設(shè)計(jì)成本，縮短設(shè)計(jì)周期。

2.2 勘察設(shè)計(jì)階段

2.2.1 多源觀測(cè)數(shù)據(jù)的協(xié)同處理和信息提取

現(xiàn)有的信息提取與數(shù)據(jù)處理方法大多是基于單一或少量數(shù)據(jù)源，處理模型依賴(lài)于數(shù)據(jù)類(lèi)型、分辨率、波段數(shù)和影像特征等因素，難以滿(mǎn)足天空地多傳感器海量數(shù)據(jù)信息提取與變化分析的需求。面向軌道交通工程高精度高分辨率的動(dòng)態(tài)感知需求，綜合考慮天空地一體化協(xié)同感知條件下的多維、多尺度、高動(dòng)態(tài)、多耦合等復(fù)雜的數(shù)據(jù)與信息關(guān)系，采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)軌道交通工程多源觀測(cè)數(shù)據(jù)的協(xié)同處理和高精度的信息提取與變化分析。

2.2.2 建立軌道交通工程時(shí)空大數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)

面向全生命周期共享應(yīng)用，以時(shí)空統(tǒng)一的GIS技術(shù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)海量地理數(shù)據(jù)與時(shí)空大數(shù)據(jù)多元集成組織與管理，研究建立軌道交通工程統(tǒng)一描述框架，實(shí)現(xiàn)對(duì)多重?cái)?shù)據(jù)表達(dá)、真三維GIS、時(shí)態(tài)GIS的有效支撐，推動(dòng)對(duì)多尺度、動(dòng)態(tài)變化世界的描述與分析，大幅提升GIS對(duì)真實(shí)地理世界的全方位建模與表達(dá)能力，推進(jìn)時(shí)空融合視角下地理信息表達(dá)、處理技術(shù)與方法的發(fā)展。面向多元、多尺度海量數(shù)據(jù)和時(shí)空大數(shù)據(jù)的整合、組織與管理需求，開(kāi)展軌道交通工程時(shí)空大數(shù)據(jù)組織、存儲(chǔ)與索引研究，構(gòu)建高安全時(shí)空大數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，全面提升虛擬化網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中大規(guī)模地理時(shí)空數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理、查詢(xún)、分析與服務(wù)能力。

2.2.3 GPS與GIS技術(shù)結(jié)合應(yīng)用

全球定位系統(tǒng)(GPS)在軌道交通工程勘察設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，目前主要是用于建立各種工程控制網(wǎng)及測(cè)定航測(cè)外控點(diǎn)，提供測(cè)點(diǎn)的定位大地坐標(biāo)。地理信息系統(tǒng)(GIS)是用于管理地理空間分布數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)。鐵路工程中的勘察設(shè)計(jì)與GIS有著密切的關(guān)系，通過(guò)GIS可以直觀地以地圖方式錄入、管理、顯示和分析通過(guò)GPS及航測(cè)遙感等手段獲得的各種地理空間數(shù)據(jù)和影像，輔以相應(yīng)的軟件制作各種比例的數(shù)字化地形圖、DEM和三維景觀供線(xiàn)路方案設(shè)計(jì)、評(píng)審及演示匯報(bào)使用。這個(gè)過(guò)程涉及的數(shù)據(jù)量是相當(dāng)大的，必須依靠大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)提供海量數(shù)據(jù)管理的有效機(jī)制。

隨著網(wǎng)絡(luò)帶寬的迅速提高和3D設(shè)計(jì)技術(shù)，特別是建筑信息模型(BIM)技術(shù)研究的深入，使得軌道交通工程勘察設(shè)計(jì)中GPS與GIS技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用模式從傳統(tǒng)的單機(jī)版或C/S方式轉(zhuǎn)向B/S方式，也為提供基于Web3DGIS的BIM應(yīng)用解決方案創(chuàng)造了條件。

2.2.4 利用云計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)軌道交通智能選線(xiàn)技術(shù)

軌道交通工程選線(xiàn)設(shè)計(jì)前期，由于研究范圍大，設(shè)計(jì)者精力有限，只能憑經(jīng)驗(yàn)選出部分有價(jià)值走廊帶。研究智能選線(xiàn)技術(shù)，依據(jù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)并考慮約束條件自動(dòng)搜索出一系列經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、合理的線(xiàn)路方案為線(xiàn)路設(shè)計(jì)人員提供參考，將有效避免前期規(guī)劃階段有價(jià)值走廊帶的遺漏；同時(shí)，也可以對(duì)精細(xì)設(shè)計(jì)階段的人工設(shè)計(jì)方案進(jìn)一步優(yōu)化。但是從已有線(xiàn)路優(yōu)化軟件運(yùn)行情況看，對(duì)于鐵路這種線(xiàn)長(zhǎng)、面廣的大面積選線(xiàn)，線(xiàn)路、結(jié)構(gòu)物、環(huán)境之間的耦合關(guān)系復(fù)雜且動(dòng)態(tài)特征明顯，目前的優(yōu)化方法耗時(shí)還是比較長(zhǎng)，可以考慮采用云計(jì)算技術(shù)提高運(yùn)算速度。云計(jì)算平臺(tái)是由一定數(shù)量級(jí)的普通服務(wù)器通過(guò)云計(jì)算平臺(tái)系統(tǒng)集合起來(lái)的，擴(kuò)展性強(qiáng)，可以不停地?cái)U(kuò)充虛擬節(jié)點(diǎn)以增加計(jì)算能力。將線(xiàn)路優(yōu)化的計(jì)算工作安排在多個(gè)節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行，就可以提高計(jì)算速度。

2.2.5 利用大數(shù)據(jù)技術(shù)提高設(shè)計(jì)深度與精度，為工程投資、質(zhì)量、進(jìn)度控制打下基礎(chǔ)

影響設(shè)計(jì)深度及其精確程度的因素很多，其中一種就是由于資料提供不充分引起的。以站房工程為例，按照設(shè)計(jì)規(guī)范和工程建設(shè)流程，在設(shè)備沒(méi)有招標(biāo)或采購(gòu)之前，由于缺少暖通、給排水、消防、電力、信息等工程中設(shè)備、裝置的機(jī)械參數(shù)(如幾何尺寸、管口位置等)，設(shè)計(jì)所要表達(dá)的工程的結(jié)構(gòu)、組成及相應(yīng)的材料、機(jī)械、工程量無(wú)法達(dá)到需要的深度和精度，導(dǎo)致在施工及建設(shè)項(xiàng)目管理環(huán)節(jié)，難以實(shí)現(xiàn)進(jìn)度、投資、質(zhì)量的有效管控。解決問(wèn)題的途徑是：通過(guò)大數(shù)據(jù)應(yīng)用，在設(shè)計(jì)及施工期動(dòng)態(tài)共享設(shè)備制造商提供的數(shù)據(jù)信息，避免設(shè)計(jì)中信息的“真空”狀況。這種方法，對(duì)于施工、運(yùn)維應(yīng)用大數(shù)據(jù)亦具有同樣的適應(yīng)性。

2.3 工程施工階段

2.3.1 優(yōu)化項(xiàng)目設(shè)計(jì)

優(yōu)秀的設(shè)計(jì)方案是工程項(xiàng)目順利實(shí)施的前提與保證。軌道交通工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)通常由建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、工藝等專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)完成，在施工過(guò)程中，這些設(shè)計(jì)將轉(zhuǎn)變?yōu)榧稍谝黄鸬慕ㄖ?gòu)件，結(jié)果碰撞或沖突時(shí)常出現(xiàn)，這不僅會(huì)增加設(shè)計(jì)、施工返工成本，浪費(fèi)資源，還會(huì)影響施工進(jìn)度。另外，設(shè)計(jì)的不可施工性是項(xiàng)目設(shè)計(jì)的另一個(gè)問(wèn)題，這同樣增加返工量，影響施工進(jìn)度，糾其主要原因，就是缺少一個(gè)有效的協(xié)同工作平臺(tái)，即設(shè)計(jì)院、建設(shè)單位在設(shè)計(jì)階段不能有效地溝通，同時(shí)在二維(2D)環(huán)境下不能對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行檢測(cè)與分析。因此，建立一個(gè)協(xié)同工作與檢測(cè)平臺(tái)，利用設(shè)計(jì)單位提供的3D模型(BIM)，在施工前進(jìn)行模擬，用于設(shè)計(jì)沖突、可施工性檢查及多方溝通，從而優(yōu)化設(shè)計(jì)就十分必要。建立這個(gè)平臺(tái)，要涉及大量設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)(3D)、制造商提供的數(shù)據(jù)和溝通過(guò)程中信息交流數(shù)據(jù)，軟硬件處理和存儲(chǔ)能力是能否實(shí)現(xiàn)高效溝通的關(guān)鍵因素，可以考慮用云計(jì)算技術(shù)加以解決。

2.3.2 優(yōu)化施工過(guò)程

施工過(guò)程的順利實(shí)施是在有效施工方案指導(dǎo)下進(jìn)行的。當(dāng)前，施工方案的編制主要基于項(xiàng)目經(jīng)理及項(xiàng)目組的經(jīng)驗(yàn)來(lái)實(shí)施，然而，面對(duì)越來(lái)越龐大且復(fù)雜的工程項(xiàng)目，僅憑項(xiàng)目經(jīng)理的經(jīng)驗(yàn)來(lái)編制施工方案已顯得力不從心，施工方案的可行性一直受到業(yè)界的關(guān)注，同時(shí)，由于工程項(xiàng)目的單一性和不可重復(fù)性，施工方案同樣具有不可重復(fù)性，即以前完成的方案很難直接用在后續(xù)的項(xiàng)目上，由于編制工作量大等原因，出現(xiàn)當(dāng)某個(gè)項(xiàng)目即將結(jié)束時(shí)，一套完善的施工方案才展現(xiàn)于面前，結(jié)果為時(shí)已晚，施工進(jìn)度拖延、安全問(wèn)題頻頻出現(xiàn)、返工率高、建造成本超出等已成為現(xiàn)有工程的通病，因此，在施工以前找出完善的施工方案是十分必要的。施工模擬技術(shù)不僅可以測(cè)試和比較不同的施工方案，還可以?xún)?yōu)化施工方案。整個(gè)模擬過(guò)程包括了施工程序、設(shè)備調(diào)用、資源配置等。通過(guò)模擬，可以發(fā)現(xiàn)不合理的施工程序、設(shè)備調(diào)用程度與沖突、資源的不合理利用、安全隱患(如碰撞等)、作業(yè)空間不足等問(wèn)題。施工模擬同樣要用到設(shè)計(jì)3D模型(BIM)，視工程的復(fù)雜程度該數(shù)據(jù)量會(huì)十分龐大。還有，就模擬過(guò)程而言，大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)體型龐大，體系復(fù)雜，影響受力和變形的因素很多，不同施工方法、施工工藝、施工荷載、成型順序的不同組合，加上施工過(guò)程中產(chǎn)生的許多不確定因素等，使得模擬過(guò)程變得非常復(fù)雜，對(duì)硬件的存儲(chǔ)空間、軟件的處理能力要求變得非常高，也可以考慮用云計(jì)算技術(shù)加以解決。

2.4 運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段

2.4.1 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)

地質(zhì)災(zāi)害是指規(guī)模大、突發(fā)性強(qiáng)、影響較長(zhǎng)線(xiàn)路、造成巨大損失的災(zāi)害性工程地質(zhì)問(wèn)題，如滑坡、泥石流、崩塌落石等造成的災(zāi)害。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，1998年在全國(guó)6.8萬(wàn)km的運(yùn)營(yíng)鐵路上，有滑坡災(zāi)害693處，崩塌落石3 211處；1945～1985年期間，鐵路沿線(xiàn)累計(jì)發(fā)生泥石流災(zāi)害1 200余次，給行車(chē)安全造成了嚴(yán)重影響。鐵路工程地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，是運(yùn)用先進(jìn)的信息采集傳輸技術(shù)、計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)集成技術(shù)，通過(guò)對(duì)鐵路工程監(jiān)控區(qū)地質(zhì)信息的自動(dòng)、連續(xù)、實(shí)時(shí)地在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，并在信息采集及預(yù)報(bào)分析決策的基礎(chǔ)上，根據(jù)預(yù)警信息危急程度及地質(zhì)災(zāi)害波及范圍，將預(yù)警信息及時(shí)準(zhǔn)確地傳遞到地質(zhì)災(zāi)害可能危及的區(qū)域，使鐵路沿線(xiàn)工務(wù)維修與養(yǎng)護(hù)人員根據(jù)災(zāi)害防御預(yù)案及時(shí)采取措施。經(jīng)過(guò)多年的監(jiān)測(cè)工作，我國(guó)鐵路工務(wù)部門(mén)已積累了大量的地質(zhì)災(zāi)害實(shí)例，這些實(shí)例涉及的數(shù)據(jù)非常龐大，整理和充分挖掘這些數(shù)據(jù)，建立鐵路工程地質(zhì)災(zāi)害實(shí)例及處理措施大數(shù)據(jù)并不斷完善，可供災(zāi)害監(jiān)測(cè)部門(mén)對(duì)新監(jiān)測(cè)到的災(zāi)害數(shù)據(jù)進(jìn)行類(lèi)比、分析，從而快速、及時(shí)、準(zhǔn)確地推薦出災(zāi)害預(yù)防及處理方案供有關(guān)人員選擇，將有效地提高鐵路地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防、預(yù)警水平，在一定程度上保證行車(chē)安全。

2.4.2 結(jié)構(gòu)響應(yīng)檢測(cè)

相比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)，大數(shù)據(jù)下的橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)應(yīng)該是聲、光、電多維數(shù)據(jù)的分布式應(yīng)用。將各類(lèi)接觸或不接觸傳感器所獲得的結(jié)構(gòu)響應(yīng)數(shù)據(jù)，進(jìn)行分類(lèi)和聚類(lèi)，提供給不同需求的客戶(hù)端用戶(hù)使用。運(yùn)用這種先進(jìn)理念，上海長(zhǎng)江隧橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)完成了很好的運(yùn)營(yíng)實(shí)踐。在單項(xiàng)指標(biāo)上，檢測(cè)數(shù)據(jù)表明大橋索力有明顯的年度變化趨勢(shì)；在綜合指標(biāo)上，系統(tǒng)顯示梁體伸縮與溫度的擬合斜率與理論斜率吻合良好，表明支座、伸縮縫性能良好，結(jié)構(gòu)的約束條件正常。另外，專(zhuān)項(xiàng)分析也為大橋綜合性診斷提供了良好的數(shù)據(jù)。

2.4.3 行車(chē)安全及智能提示

大數(shù)據(jù)背景下，軌道交通行車(chē)安全、客流量密度和環(huán)境情況都會(huì)得到實(shí)時(shí)的回饋。例如，通過(guò)某一站點(diǎn)附近的手機(jī)信號(hào)密度，便可以快速估計(jì)出客流量密度和擁堵程度，輔以監(jiān)測(cè)畫(huà)面便可以更加精準(zhǔn)的判斷，為軌道交通的乘客避開(kāi)擁堵的地段。行車(chē)安全是軌道交通的關(guān)鍵，如何在某一信號(hào)系統(tǒng)已經(jīng)失效、橋梁或隧道發(fā)生事故及其它險(xiǎn)情的情況下，為整個(gè)軌道交通系統(tǒng)中的車(chē)輛進(jìn)行引導(dǎo)，也是大數(shù)據(jù)背景下需要重點(diǎn)研究的問(wèn)題。

2.4.4 結(jié)構(gòu)性能評(píng)估及對(duì)策

結(jié)構(gòu)性能的評(píng)估、評(píng)定及對(duì)策，是對(duì)橋梁和隧道進(jìn)行大數(shù)據(jù)挖掘、分析、處理后的重要應(yīng)用。目前已有的一些技術(shù)，如病害標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)、結(jié)構(gòu)有限元數(shù)值計(jì)算、基于可靠度的結(jié)構(gòu)性能評(píng)估、混凝土碳化模擬、鋼箱梁涂層劣化分析、鋼絲銹蝕分析等。例如，根據(jù)各種橋梁管養(yǎng)工作預(yù)設(shè)日歷信息，對(duì)性能評(píng)估所需計(jì)算的耗時(shí)進(jìn)行預(yù)估；根據(jù)耗時(shí)需要和人工干預(yù)需要，提前對(duì)一定生命周期的橋梁荷載、環(huán)境、狀態(tài)、外觀數(shù)據(jù)譜進(jìn)行收集和多角度分析，并對(duì)全橋、節(jié)段、細(xì)部或構(gòu)件等多尺度下的數(shù)值模型并行加載驗(yàn)算，將計(jì)算結(jié)果歸并到類(lèi)似于生命指數(shù)的某一數(shù)值上，進(jìn)而與參數(shù)字典、標(biāo)準(zhǔn)病害庫(kù)(外觀、響應(yīng))、專(zhuān)家策略數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行自動(dòng)化匹配，實(shí)時(shí)輸出響應(yīng)的結(jié)構(gòu)性能評(píng)價(jià)及安全預(yù)警、維護(hù)加固策略信息。

2.4.5 接觸網(wǎng)系統(tǒng)的檢測(cè)

隨著傳感器和電子測(cè)量技術(shù)的飛速進(jìn)步，軌道交通接觸網(wǎng)系統(tǒng)的檢測(cè)方式也可以有越來(lái)越多的選擇。以MEMS傳感器為代表的低功耗、微型化、低成本傳感器的出現(xiàn)，正在影響和改變著我們的感知水平，在醫(yī)療、工業(yè)、家居建筑、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域，已經(jīng)能感覺(jué)到新一代傳感器帶來(lái)的變革。如果在接觸網(wǎng)系統(tǒng)中嵌入小型檢測(cè)設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，在大數(shù)據(jù)背景下，通過(guò)與既有故障災(zāi)害數(shù)據(jù)庫(kù)的對(duì)比，不僅為運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供故障提示、災(zāi)害預(yù)警的功能，而且通過(guò)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，可以指導(dǎo)完善接觸網(wǎng)的設(shè)計(jì)、施工，為接觸網(wǎng)全生命周期保駕護(hù)航。

2.4.6 鐵路運(yùn)營(yíng)設(shè)施、設(shè)備數(shù)據(jù)維護(hù)與管理

隨著大量鐵路建設(shè)項(xiàng)目的開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，大量的竣工資料、建設(shè)信息和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中鐵路災(zāi)害救援、搶修過(guò)程中需要的鐵路設(shè)計(jì)資料以及鐵路運(yùn)營(yíng)設(shè)施、設(shè)備等數(shù)據(jù)需要維護(hù)與管理。以鐵路運(yùn)營(yíng)維護(hù)為例，截止2013年初，我國(guó)鐵路營(yíng)運(yùn)里程達(dá)到9萬(wàn)多km，配屬機(jī)車(chē)1.9萬(wàn)多輛、客車(chē)(動(dòng)車(chē))49 000多輛、貨車(chē)70多萬(wàn)輛、全路在線(xiàn)軌枕3億多根、在線(xiàn)道岔15萬(wàn)多組(95%以上是聯(lián)鎖道岔)、橋梁6萬(wàn)多座、隧道9 000多座、光纜線(xiàn)路18萬(wàn)多km。部分設(shè)備維修及設(shè)備狀態(tài)情況是：機(jī)車(chē)年大中修6 500多臺(tái)，車(chē)輛年廠(chǎng)修、段修、輔修、臨修近百萬(wàn)輛，通過(guò)修4.21億次；鋼軌損傷292 419根。從以上數(shù)據(jù)可以看出，在鐵路運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理過(guò)程中，如果沒(méi)有先進(jìn)的技術(shù)手段維護(hù)如此龐大的數(shù)據(jù)，要提高工作效率、保障鐵路網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)營(yíng)是非常困難的?？梢?jiàn)，鐵路建設(shè)運(yùn)營(yíng)維護(hù)信息具有典型的大數(shù)據(jù)特征，建立大數(shù)據(jù)是解決鐵路設(shè)施管理、維護(hù)，保障鐵路正常運(yùn)營(yíng)的重要手段。同時(shí)，由于鐵路建設(shè)運(yùn)營(yíng)維護(hù)信息是國(guó)家、地方政府制定鐵路規(guī)劃最基礎(chǔ)的資料，因此建立大數(shù)據(jù)，可以在國(guó)家、地方政府及建設(shè)運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理部門(mén)決策中發(fā)揮重要作用。

3 結(jié)論

本文根據(jù)大數(shù)據(jù)和云計(jì)算特點(diǎn)，對(duì)軌道交通規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)階段的應(yīng)用需求進(jìn)行了探討。限于作者對(duì)領(lǐng)域知識(shí)的了解，本文所列內(nèi)容掛一漏

萬(wàn)，希望起到拋磚引玉的作用?？梢钥闯觯瑸榱颂岣哕壍澜煌I(lǐng)域信息化水平，基于大數(shù)據(jù)和云計(jì)算的思想，提高軌道交通工程全生命周期數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理能力是下一步迫切需要研究的問(wèn)題。

[1]虛擬施工在設(shè)計(jì)院的應(yīng)用淺談.第四屆工程設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用創(chuàng)新論壇論文集,2013.

[2]張永兵.基于云計(jì)算的高職院校數(shù)據(jù)中心體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì). 電腦編程技巧與維護(hù),2015.9(上).

[3]武薇.云計(jì)算、大數(shù)據(jù)在質(zhì)監(jiān)領(lǐng)域中的起步.電腦編程技巧與維護(hù),2015.9(上).

[4]中國(guó)建筑施工行業(yè)信息化發(fā)展報(bào)告(2014).中國(guó)城市出版社,2014.

[5]陳亮.大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)施工全過(guò)程模擬分析.長(zhǎng)安大學(xué)碩士論文(2009).

[6]卓寶熙.鐵路工程地質(zhì)災(zāi)害實(shí)例簡(jiǎn)介.百度文庫(kù).

[7]易思蓉 朱穎 許佑頂.鐵路線(xiàn)路BIM與數(shù)字化選線(xiàn)技術(shù).中國(guó)鐵道出版社(2014).

77獎(jiǎng)項(xiàng)花落各家 歐特克助力中國(guó)BIM應(yīng)用普及

2015年10月19日，由全球二維和三維設(shè)計(jì)、工程及娛樂(lè)軟件的領(lǐng)導(dǎo)者歐特克有限公司(“歐特克”或“Autodesk”)與中國(guó)勘察設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)(中設(shè)協(xié))聯(lián)合舉辦的2015“創(chuàng)新杯”——建筑信息模型(BIM)應(yīng)用設(shè)計(jì)大賽頒獎(jiǎng)典禮在北京圓滿(mǎn)落下帷幕。“最佳BIM建筑設(shè)計(jì)獎(jiǎng)”、“最佳BIM工程協(xié)同獎(jiǎng)”、“最佳BIM綠色分析應(yīng)用獎(jiǎng)”、“最佳BIM拓展應(yīng)用獎(jiǎng)”等九大類(lèi)共77個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)花落各家，獲獎(jiǎng)項(xiàng)目涵蓋了大型水電站、公路、鐵路、橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施類(lèi)工程，大劇院、科技館、博覽館、體育中心等大型場(chǎng)館，以及商業(yè)綜合體、地產(chǎn)等眾多類(lèi)別。

中國(guó)勘察設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)王子牛、中國(guó)勘察設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)副秘書(shū)長(zhǎng)齊繼祿、中國(guó)建筑第八工程局有限公司總工程師馬榮全、安徽馬鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司副總工程師尤嘉慶，歐特克公司亞太區(qū)高級(jí)副總裁魏柏德、歐特克公司大中華區(qū)銷(xiāo)售總經(jīng)理李邵建等領(lǐng)導(dǎo)及企業(yè)代表出席大會(huì)并發(fā)表致辭，與來(lái)自全國(guó)各地的工程建設(shè)行業(yè)的專(zhuān)家共同見(jiàn)證了BIM技術(shù)在中國(guó)所取得的成就。

大賽旨在表彰BIM技術(shù)應(yīng)用在我國(guó)勘察設(shè)計(jì)行業(yè)日益普及并不斷取得新進(jìn)步、屢創(chuàng)新高的豐碩成果，大賽共收到有效申報(bào)項(xiàng)目315個(gè)，其中來(lái)自施工單位的申報(bào)項(xiàng)目顯著增加，表明越來(lái)越多的施工單位已經(jīng)認(rèn)識(shí)到BIM的巨大價(jià)值而開(kāi)始主動(dòng)采用BIM，這也是本屆賽事的一大亮點(diǎn)。同時(shí)，專(zhuān)為BIM而構(gòu)建的歐特克Revit?建筑設(shè)計(jì)軟件也在眾多項(xiàng)目中再次展露其突出的優(yōu)勢(shì)，幫助設(shè)計(jì)和施工人員將最初的創(chuàng)意轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的構(gòu)造，在項(xiàng)目的全生命周期中提高了協(xié)同水平和設(shè)計(jì)效率，簡(jiǎn)化了實(shí)施流程，減少了實(shí)施錯(cuò)誤和成本，創(chuàng)造了很大的經(jīng)濟(jì)效益。

根據(jù)今年初由歐特克攜手Dodge Data & Analytics聯(lián)合發(fā)布的《中國(guó)BIM應(yīng)用價(jià)值研究報(bào)告》顯示，中國(guó)目前已躋身全球前五大BIM應(yīng)用增長(zhǎng)最快地區(qū)之列，中國(guó)的設(shè)計(jì)施工企業(yè)從BIM的普及應(yīng)用中獲得了積極的投資回報(bào)，使整個(gè)工程建設(shè)行業(yè)都受益巨大。而得益于設(shè)計(jì)方、施工方及業(yè)主對(duì)BIM價(jià)值的共同認(rèn)可和推動(dòng)，BIM已經(jīng)在中國(guó)諸多地標(biāo)性建筑項(xiàng)目中發(fā)揮了在優(yōu)化設(shè)計(jì)和提高施工生產(chǎn)力方面的巨大優(yōu)勢(shì)。

在大賽頒發(fā)的九大類(lèi)獎(jiǎng)項(xiàng)中，上海世博會(huì)博物館新建工程、合肥萬(wàn)達(dá)茂、南京青奧城會(huì)議中心等優(yōu)秀項(xiàng)目分別摘得各類(lèi)獎(jiǎng)項(xiàng)一等獎(jiǎng)的桂冠，而上海迪士尼度假區(qū)項(xiàng)目則憑借其在整個(gè)建筑全生命周期中成功地應(yīng)用BIM，被組委會(huì)授予了“BIM應(yīng)用特等獎(jiǎng)”殊榮。此外，來(lái)自全國(guó)的31家設(shè)計(jì)單位通過(guò)對(duì)BIM技術(shù)的有效探索及取得的突破性成就共同榮獲“最佳BIM普及應(yīng)用獎(jiǎng)”，另有11家單位基于在BIM應(yīng)用上的開(kāi)拓性實(shí)踐獲得了“最佳BIM應(yīng)用企業(yè)獎(jiǎng)”的嘉獎(jiǎng)。

在本屆大賽中奪得“BIM應(yīng)用特等獎(jiǎng)”殊榮的上海迪士尼度假區(qū)是中國(guó)大陸首座迪士尼度假區(qū)。BIM技術(shù)被廣泛應(yīng)用到了各個(gè)建筑的全生命周期中，以支持無(wú)紙化設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)管理、施工流程管理、合同管理、三維掃描、云技術(shù)等，為國(guó)內(nèi)BIM技術(shù)在施工中的應(yīng)用設(shè)立了新標(biāo)桿。

由中建八局第三建設(shè)有限公司承建的南京青奧城會(huì)議中心項(xiàng)目，利用BIM模型的三維可視化優(yōu)勢(shì)，對(duì)各專(zhuān)業(yè)進(jìn)行聲學(xué)分析模擬、外幕墻模擬、內(nèi)裝飾模擬、鋼結(jié)構(gòu)模擬、機(jī)械模擬的深化設(shè)計(jì)和對(duì)比，有效解決了曲面和隨意流線(xiàn)的異形結(jié)構(gòu)為施工帶來(lái)的難度，并因此獲得了“最佳BIM拓展應(yīng)用獎(jiǎng)”一等獎(jiǎng)的成就。

而由同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院負(fù)責(zé)建設(shè)的宜興市范蠡大橋項(xiàng)目則是歐特克BIM解決方案在復(fù)雜特大型橋梁設(shè)計(jì)、施工上的全面綜合應(yīng)用。該項(xiàng)目在方案展示、復(fù)雜節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、協(xié)同設(shè)計(jì)、參數(shù)化族庫(kù)、施工圖紙、施工工藝模擬、施工工期安排與協(xié)調(diào)、二次開(kāi)發(fā)等眾多方面成功解決了實(shí)際的工程問(wèn)題，為未來(lái)的橋梁項(xiàng)目建造起到了極具價(jià)值的示范作用。

在蘭渝鐵路信號(hào)系統(tǒng)項(xiàng)目中，中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司利用BIM技術(shù)創(chuàng)建了反映鐵路信號(hào)工程設(shè)備、裝置、器件的組成、構(gòu)造、位置、連接、參數(shù)、工藝等數(shù)據(jù)信息，針對(duì)工程全生命周期中角色(崗位)、對(duì)象(設(shè)備)、活動(dòng)(工作任務(wù))的機(jī)理，提供最直接、最有效的因果關(guān)系信息，達(dá)到優(yōu)化、變革工作方式、提高工程品質(zhì)、降低成本及風(fēng)險(xiǎn)的目的。

此外，攀枝花西區(qū)至涼山鹽源縣高速公路工程BIM設(shè)計(jì)實(shí)踐也是BIM技術(shù)在公路項(xiàng)目上的應(yīng)用典范。該項(xiàng)目為傳統(tǒng)公路設(shè)計(jì)上的眾多問(wèn)題提供了解決方案，如智能選線(xiàn)、自動(dòng)化施工圖和工程量、橋隧結(jié)構(gòu)參數(shù)化建模、互通立交三維方案設(shè)計(jì)等。以上這些項(xiàng)目無(wú)不全面反映了BIM對(duì)建造方式的革新以及對(duì)復(fù)雜工程項(xiàng)目的創(chuàng)新性貢獻(xiàn)。更為重要的是，在國(guó)家積極推行“一帶一路”戰(zhàn)略的背景下，此類(lèi)基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目的建設(shè)以及互聯(lián)互通將為發(fā)展絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶發(fā)揮極大的推動(dòng)作用，BIM在此過(guò)程中所展現(xiàn)的價(jià)值更將得以凸顯。

中國(guó)勘察設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)王子牛表示，本屆“創(chuàng)新杯”BIM應(yīng)用設(shè)計(jì)大賽上的眾多獲獎(jiǎng)作品又一次向我們展示了BIM正在深刻變革工程建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、建造及管理的方式。更令人鼓舞的是，BIM技術(shù)在施工領(lǐng)域的應(yīng)用在過(guò)去一年中獲得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，越來(lái)越多的業(yè)主也開(kāi)始主動(dòng)采用BIM技術(shù)。相信在國(guó)家政策的支持下，在明年的BIM大賽上還將看到更多更優(yōu)秀的作品，通過(guò)業(yè)界同仁共同努力來(lái)推動(dòng)BIM在中國(guó)工程建設(shè)行業(yè)的深度普及和革新發(fā)展。

歐特克公司亞太地區(qū)高級(jí)副總裁魏柏德表示，歐特克作為BIM技術(shù)的先行者與倡導(dǎo)者，將不遺余力地優(yōu)化和創(chuàng)新歐特克Revit?建筑設(shè)計(jì)軟件及相關(guān)軟件，為業(yè)界提供領(lǐng)先的設(shè)計(jì)工具，并與合作伙伴共同推動(dòng)中國(guó)工程建設(shè)行業(yè)的發(fā)展。

Application Requirements for Big Data & Cloud Computing Technology in Rail Transit Engineering

Meng Cunxi

Big data, cloud computing, mobile Internet and other new industries and technologies are changing the traditional survey, design, engineering construction management and maintenance mode.At present, the design phase of rail transit engineering industry has basically achieved digitization, but in some aspects, the data management and processing capacity still need to be strengthened. The design results have not been fully applied due to the means and capacity constraints of data management and processing in construction and operation. This makes it difficult to realize in integration and information sharing in the whole life cycle of engineering, which restricts the development of rail transit informatization. It is one of the key issues for the rail transit engineering informatization to study and use big data and cloud computing technology among a mass of information and data. It is only recently that big data and cloud computing technology are studied in the field of rail transit engineering, and therefore it is important to know in what aspects of the whole life cycle these technologies can be used. Based on the characteristics of big data and cloud computing, this paper analyzes the application requirements of rail transit engineering project in planning, design, construction, operation and maintenance, and the object is to provide reference for future research.

Rail Transit Engineering; Whole Life Cycle; Big Data; Cloud Computing; Application Requirement

孟存喜(1963-)，男，教授級(jí)高級(jí)工程師。主要研究方向：軌道交通工程信息技術(shù)、BIM與協(xié)同設(shè)計(jì)。

TU31；U29

A

1674-7461(2015)05-0062-05