王懷松，鄒少文

（中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司 通信信號設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610031）

0 引言

隨著BIM技術(shù)的不斷發(fā)展，國內(nèi)外建筑行業(yè)相繼開始發(fā)布各類BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。相對于建筑行業(yè)，鐵路行業(yè)的BIM技術(shù)起步稍晚，目前大多數(shù)鐵路相關(guān)BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)尚處于研究與制定中[1-2]，比較典型的有工業(yè)基礎(chǔ)類（Industry Foundation Classes，IFC）國際標(biāo)準(zhǔn)及鐵路BIM聯(lián)盟（CRBIM）制定與發(fā)布的BIM系列標(biāo)準(zhǔn)。IFC是用于規(guī)范BIM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和交換的綜合性國際標(biāo)準(zhǔn)，CRBIM系列標(biāo)準(zhǔn)是針對我國鐵路BIM技術(shù)應(yīng)用而制定的本地化BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，包括《鐵路工程信息模型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)》《鐵路工程信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》《鐵路工程信息模型交付精度標(biāo)準(zhǔn)》等10余項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。

在已發(fā)布的鐵路數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)中，對鐵路各專業(yè)領(lǐng)域的支持程度不盡相同。相對而言，路基、橋梁、隧道等站前專業(yè)的內(nèi)容比較完善，但信號、通信、電力等站后專業(yè)的內(nèi)容還相對缺失?；诖爽F(xiàn)狀，國內(nèi)外鐵路信號BIM技術(shù)專家開始研究與制定鐵路信號BIM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，旨在從根本上解決目前BIM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)在鐵路信號領(lǐng)域的缺失問題，保證在鐵路工程全生命周期中信息交換的一致性和完整性。

1 鐵路信號BIM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)的研究內(nèi)容與原則

鐵路信號BIM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)的主要研究內(nèi)容包括：鐵路信號構(gòu)件分解、屬性需求、用例及信息交付手冊（Information Delivery Manual，IDM）等核心內(nèi)容。鐵路信號BIM標(biāo)準(zhǔn)的制定思路為：在既有建筑行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或既有站前專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上擴(kuò)展完成鐵路信號領(lǐng)域的相關(guān)內(nèi)容。在研究編制鐵路信號BIM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容時(shí)應(yīng)遵循制定數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)的7項(xiàng)基本原則：兼容性、可移植性、抽象性、可擴(kuò)展性、可選擇性、可重復(fù)性和易用性[3]。

2 鐵路信號構(gòu)件分解研究

2.1 分解方式

鐵路工程專業(yè)構(gòu)件分解主要有3種方式：系統(tǒng)分解、實(shí)體構(gòu)件分解、空間結(jié)構(gòu)分解?？臻g結(jié)構(gòu)分解主要應(yīng)用于土建領(lǐng)域[4]，鐵路信號主要是在土建領(lǐng)域的基礎(chǔ)上進(jìn)行各種設(shè)備的安裝及線纜布置，空間結(jié)構(gòu)并不明顯，因此在鐵路信號專業(yè)主要采用系統(tǒng)分解和實(shí)體構(gòu)件分解相結(jié)合的方式。具體分解方式為按照“系統(tǒng)—子系統(tǒng)—設(shè)備”的方式進(jìn)行分解。鐵路信號構(gòu)件分解方式見圖1，把鐵路信號系統(tǒng)分解為若干子系統(tǒng)，然后對每個(gè)子系統(tǒng)再進(jìn)行實(shí)體構(gòu)件分解，最終分解到設(shè)備級[5-7]。

2.2 共享構(gòu)件

在鐵路信號相關(guān)構(gòu)件中，某些構(gòu)件可在其他鐵路專業(yè)中共享，如電源設(shè)備、電纜、機(jī)柜、標(biāo)志牌、立柱、管道等，不僅可用于鐵路信號工程，也可用于其他鐵路工程專業(yè)，這類構(gòu)件稱為“共享構(gòu)件”。在進(jìn)行數(shù)據(jù)定義時(shí)，為了盡可能使用現(xiàn)有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)“最小限度擴(kuò)展”，就要求各專業(yè)領(lǐng)域首先梳理出本專業(yè)的共享構(gòu)件，然后再與其他專業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行統(tǒng)一整合。鐵路信號專業(yè)的共享構(gòu)件匯總見表1。

2.3 構(gòu)件與構(gòu)件間關(guān)系的表達(dá)

在構(gòu)件分解中，按照“系統(tǒng)—子系統(tǒng)—設(shè)備”的方式列舉出了鐵路信號專業(yè)工程應(yīng)用中的常用構(gòu)件，但尚未表達(dá)構(gòu)件與構(gòu)件（或概念與概念、類與類）之間的關(guān)系[8]。目前鐵路BIM標(biāo)準(zhǔn)制定中，主要采用統(tǒng)一建模語言（Unified Modeling Language，UML）表達(dá)類之間的關(guān)系及關(guān)系的約束，將語義層面的概念關(guān)系轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)易識(shí)別的類圖。在鐵路信號專業(yè)的UML模型中，可把每一類構(gòu)件定義為一個(gè)“類”，通過“關(guān)聯(lián)、聚合、組合、泛化、依賴、實(shí)現(xiàn)”等關(guān)系表達(dá)某個(gè)信號子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。鐵路信號調(diào)度指揮與調(diào)度集中系統(tǒng)UML模型見圖2。

2.4 分解中易出現(xiàn)的問題及解決辦法

雖然系統(tǒng)分解與實(shí)體構(gòu)件分解相結(jié)合是一種相對較好的分解方式，但在分解過程中仍有一些問題需思考并解決。最為常見的是分解精度問題，即實(shí)體構(gòu)件最終分解到何種程度。在實(shí)體分解過程中并不是分解的越細(xì)越好，這需要結(jié)合實(shí)際鐵路信號工程中的設(shè)備集成情況、預(yù)算編制及設(shè)備采購等綜合考慮。如果后期確實(shí)需要進(jìn)一步分解，則可考慮采用添加屬性的方式實(shí)現(xiàn)。

3 鐵路信號屬性需求研究

圖1 鐵路信號構(gòu)件分解方式

表1 鐵路信號專業(yè)共享構(gòu)件匯總

圖2 鐵路信號調(diào)度指揮與調(diào)度集中系統(tǒng)UML模型

屬性需求是鐵路信號BIM標(biāo)準(zhǔn)制定中的核心內(nèi)容之一。鐵路信號屬性需求主要是基于構(gòu)件分解結(jié)果對每一類構(gòu)件進(jìn)行屬性定義。需要注意的是，為避免對構(gòu)件重復(fù)定義，首先需要對圖1中的不同子系統(tǒng)的相同構(gòu)件進(jìn)行合并，然后給合并后的每一類構(gòu)件定義屬性集和確定每個(gè)屬性集中包含的具體屬性。由于每一類構(gòu)件具有一部分相同的屬性類型，如大部分構(gòu)件都具有構(gòu)件識(shí)別屬性、幾何屬性、材質(zhì)屬性等，因此在定義屬性需求時(shí)，為避免每類構(gòu)件屬性的重復(fù)定義，首先需確定鐵路信號的共用屬性集，然后再對每類不同構(gòu)件定義專有屬性。經(jīng)過對鐵路信號屬性需求的研究，鐵路信號專業(yè)主要包括7個(gè)共用屬性集：識(shí)別信息、幾何信息、材質(zhì)信息、位置信息、安裝信息、資產(chǎn)信息和運(yùn)維信息。專有屬性主要包括各類構(gòu)件的技術(shù)屬性，對每類構(gòu)件進(jìn)行單獨(dú)定義。無論是共用屬性還是專有屬性，其組成部分都包含基本描述和關(guān)聯(lián)信息兩部分。屬性需求列表見表2，基本描述包括構(gòu)件編號、類型、屬性集、屬性、描述、值類型。關(guān)聯(lián)信息對構(gòu)件屬性的共享性或通用性進(jìn)行界定。此外，如果構(gòu)件類型或?qū)傩约嬖诿杜e類型，則需在單獨(dú)的枚舉表中進(jìn)行枚舉。

4 鐵路信號用例及IDM研究

鐵路信號用例是對鐵路信號各種BIM應(yīng)用過程的描述。根據(jù)鐵路信號全生命周期的BIM信息交互情況，優(yōu)先選擇表3所列的用例在鐵路信號BIM標(biāo)準(zhǔn)中進(jìn)行研究。定義鐵路信號用例時(shí)，還需進(jìn)一步明確每個(gè)用例的目的、交換場景、優(yōu)先性、復(fù)雜性及需要的語義信息等。

表2 屬性需求列表

表3 鐵路信號用例

基于用例來定義信息交互需求已成為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的一個(gè)新方向，即IDM，IDM標(biāo)準(zhǔn)號為ISO 29481-1：2010[9-10]。鐵路信號IDM的目標(biāo)在于使全生命周期某一特定階段的信息交互需求標(biāo)準(zhǔn)化，并將交互需求提供給軟件商，最終形成解決方案，使鐵路信號BIM存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)真正得到落實(shí)[11]。

通過對用例的定義和分析，可以明確每個(gè)用例的信息交互目的，在實(shí)際鐵路信號IDM的開發(fā)過程中涉及多個(gè)信息交互用例，每個(gè)用例都需清晰地定義用戶在該交換中所期待可以接收或要求發(fā)送的信息。通過用例分析，IDM定義了信息交互過程中的關(guān)鍵點(diǎn)，并定義了不同應(yīng)用程序應(yīng)如何傳遞這些數(shù)據(jù)。具體來說，IDM的定義包含3個(gè)部分：流程圖（Process Map）、交互需求（Exchange Requirement，ER）、屬性集（Property Set）[9]。

流程圖是利用業(yè)務(wù)流程建模標(biāo)記方法（Business Process Modeling Notation，BPMN）將信息交互數(shù)據(jù)流進(jìn)行可視化處理。鐵路信號系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段IDM交換示例中描述了信息交互的角色、階段及信息交互需求的內(nèi)容等（見圖3）。

交互需求進(jìn)一步對流程圖中的數(shù)據(jù)對象進(jìn)行詳細(xì)描述，信息交互需求表的格式和內(nèi)容可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行定制。鐵路信號系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)階段交互需求（部分）見表4，描述了鐵路信號系統(tǒng)在初步設(shè)計(jì)階段的信息交互需求，主要包括交換流程中的信息發(fā)送方和接收方、交換流程的目的和內(nèi)容、相關(guān)用例等。

屬性集也是IDM的組成部分之一，IDM的屬性集可直接利用屬性需求中所定義的屬性信息。

5 結(jié)束語

介紹鐵路信號BIM存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)的研究與制定方法，著重論述了對鐵路信號構(gòu)件分解、屬性需求、用例及IDM的研究。以上研究內(nèi)容和研究方法可為今后鐵路工程BIM實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)制定、鐵路BIM軟件研發(fā)及鐵路BIM應(yīng)用研究提供參考。但需指出，由于當(dāng)前鐵路信號BIM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)尚在制定過程中，該標(biāo)準(zhǔn)化工作是一個(gè)不斷調(diào)整和反復(fù)研究的過程，因此所研究內(nèi)容并非最終結(jié)論，同時(shí)，研究內(nèi)容并未包含鐵路信號BIM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)所有相關(guān)內(nèi)容。

圖3 鐵路信號系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段IDM交換示例（部分）

表4 鐵路信號系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)階段交互需求（部分）