肖彥峰，王輝麟，郭鵬飛，王志華，張俊堯

（1.北京經(jīng)緯信息技術(shù)有限公司，北京 100081；2.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司電子計算技術(shù)研究所，北京 100081）

0 引言

近年來，鐵路信息化建設(shè)飛速發(fā)展，在鐵路工程建設(shè)、基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維等領(lǐng)域，基于BIM 的信息化建設(shè)得到了廣泛應(yīng)用［1］。目前在鐵路行業(yè)中，BIM 技術(shù)的應(yīng)用主要集中于路基、橋梁、隧道等站前專業(yè)設(shè)計與站房相關(guān)的房建、暖通、給排水等站后專業(yè)設(shè)計以及鐵路建設(shè)、施工管理方面［2］。作為鐵路客服信息工程建設(shè)的重要項(xiàng)目，信息機(jī)房工程的建設(shè)質(zhì)量直接關(guān)系著鐵路客票、旅客服務(wù)、站房服務(wù)等與旅客出行息息相關(guān)的電子信息系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性和可靠性。隨著鐵路客服信息機(jī)房工程建設(shè)越來越多，工程規(guī)模越來越大，傳統(tǒng)工程施工和管理模式已無法滿足鐵路客服信息工程快速發(fā)展的需要，亟待引入BIM 技術(shù)，利用BIM 技術(shù)優(yōu)勢和特點(diǎn)提高鐵路客服信息機(jī)房工程的施工質(zhì)量和建設(shè)效率。

因此，針對鐵路客服信息機(jī)房建設(shè)的工程難點(diǎn)，系統(tǒng)研究BIM 技術(shù)在鐵路客服信息機(jī)房工程的深化設(shè)計、施工建造以及項(xiàng)目管理等方面的具體應(yīng)用方式，以期推動BIM 技術(shù)在鐵路客服信息工程中的深化應(yīng)用，為鐵路客服信息機(jī)房工程設(shè)計及施工階段的提質(zhì)增效、精細(xì)化管理提供有力可靠的數(shù)據(jù)化和信息化手段支撐，并為機(jī)房智能高效的運(yùn)維打下BIM信息化基礎(chǔ)。

1 建設(shè)現(xiàn)狀

鐵路客服信息機(jī)房建設(shè)是一項(xiàng)復(fù)雜工程，涉及建筑、電子、暖通、電工、消防以及信息等多個專業(yè)［3］。目前，BIM 技術(shù)在鐵路客服信息機(jī)房建設(shè)中的應(yīng)用較少，傳統(tǒng)的設(shè)計施工和管理方式的不足主要表現(xiàn)在4個方面：

（1）工程建設(shè)與業(yè)務(wù)流程脫節(jié)。長期以來，鐵路信息機(jī)房在建設(shè)初期往往不被重視，通常是基建先行，待建筑物主體建設(shè)完成后再進(jìn)行機(jī)房工程的設(shè)計規(guī)劃，導(dǎo)致信息機(jī)房的設(shè)計方案受主體結(jié)構(gòu)限制，不能完全滿足業(yè)務(wù)需求。機(jī)房工程涉及的系統(tǒng)內(nèi)外部接口眾多，建筑物施工預(yù)留的接口常常無法與機(jī)房工程建設(shè)需求很好地匹配，給相關(guān)機(jī)房的施工帶來較大困難。

（2）規(guī)劃設(shè)計和配置不合理。在信息機(jī)房建設(shè)時，設(shè)備可能是國際最先進(jìn)的，而規(guī)劃與設(shè)計因涉及多個專業(yè)交叉，信息離散，集成度不高，給信息專業(yè)機(jī)房施工埋下隱患。在實(shí)際施工建設(shè)過程中，受機(jī)房實(shí)際施工環(huán)境的影響，原有的規(guī)劃設(shè)計方案常常不能滿足多個專業(yè)的施工需求，導(dǎo)致施工效率低下，運(yùn)維成本較高。

（3）缺乏可視化工具和信息共享途徑。信息機(jī)房結(jié)構(gòu)復(fù)雜、多專業(yè)交叉、設(shè)備數(shù)量龐大、管線規(guī)格繁雜且數(shù)量多、室內(nèi)空間緊張。傳統(tǒng)的CAD 圖紙在設(shè)備布局及施工時不能立體模擬真實(shí)的施工環(huán)境，具體施工中更依賴于施工人員的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，并且二維圖紙無法對機(jī)房內(nèi)的隱蔽工程進(jìn)行有效描述。傳統(tǒng)分階段、分專業(yè)施工管理模式下，各單位、各專業(yè)都依據(jù)自己獨(dú)有的施工管理體系和標(biāo)準(zhǔn)。因此，各自為政的局面必然產(chǎn)生信息孤島和脫節(jié)，信息不能共享，從而導(dǎo)致項(xiàng)目各參與方溝通和交流不暢，信息集成度和深度不夠，造成施工難度大、變更頻繁等問題［4］。

（4）過程信息管理困難。信息機(jī)房建造工程在建設(shè)與管理過程中必然產(chǎn)生海量信息，工程項(xiàng)目中有關(guān)施工的圖紙資料和有關(guān)安全、質(zhì)量、進(jìn)度、技術(shù)交底、物資、合同等文件資料，量大且多以紙面的形式保存，難以及時進(jìn)行匯總、統(tǒng)計分析及追溯查閱。等到竣工交付期時，部分重要過程的紙質(zhì)資料可能遺失或損毀，使工程建設(shè)的各參與方和運(yùn)營方要做大量的重復(fù)性工作，造成資源浪費(fèi)。

2 BIM技術(shù)分階段應(yīng)用研究

針對上述鐵路客服信息機(jī)房工程建設(shè)的諸多問題，從機(jī)房工程建設(shè)的設(shè)計階段和施工階段對BIM 技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行研究，以改善現(xiàn)有施工和管理方式的不足。

2.1 設(shè)計階段

在鐵路客服信息機(jī)房工程設(shè)計階段，BIM技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在作為設(shè)計平臺對各專業(yè)的精準(zhǔn)控制和對設(shè)計階段各環(huán)節(jié)的有序協(xié)調(diào)。其價值在于通過提供統(tǒng)一的信息共享平臺，實(shí)現(xiàn)更加精密的三維協(xié)同設(shè)計，提高設(shè)計效率，實(shí)現(xiàn)設(shè)計成果的集成化交付，發(fā)揮設(shè)計成果在施工和運(yùn)維等后續(xù)階段的持續(xù)作用［5］。BIM技術(shù)應(yīng)用于鐵路客服信息機(jī)房工程設(shè)計階段流程及成果見圖1。

2.2 施工階段

在鐵路客服信息機(jī)房工程施工階段，應(yīng)用可視化的BIM 模型，可使機(jī)房工程建設(shè)更可控、更直觀、更容易理解、“所見即所得”。BIM技術(shù)的應(yīng)用，可以輔助精細(xì)掌控施工的“事前、事中、事后”的每個階段，對機(jī)房工程項(xiàng)目安全、質(zhì)量、進(jìn)度等進(jìn)行模擬分析、虛擬建造，并進(jìn)行數(shù)據(jù)共享協(xié)同、工藝工序級的技術(shù)交底等，實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目全過程的精益管理，確保工程進(jìn)度在安全基礎(chǔ)上穩(wěn)步優(yōu)質(zhì)地推進(jìn)，有效提升建設(shè)管理水平。施工階段BIM應(yīng)用流程見圖2。

在機(jī)房設(shè)備的安裝施工過程中，應(yīng)用BIM 技術(shù)指導(dǎo)設(shè)備安裝施工作業(yè)流程可見圖3。

3 BIM在客服信息機(jī)房工程中的應(yīng)用

3.1 BIM建模

3.1.1 構(gòu)建BIM模型族庫

圖1 設(shè)計階段BIM應(yīng)用流程及成果

圖2 施工階段BIM應(yīng)用流程

BIM 模型是項(xiàng)目實(shí)施的基礎(chǔ)［6］。根據(jù)信息機(jī)房設(shè)備二維圖紙信息，由設(shè)計單位組織專業(yè)人員應(yīng)用Revit等建模軟件對機(jī)房環(huán)境空間、走線架、光纖槽、防雷接地、機(jī)柜及柜內(nèi)設(shè)備等進(jìn)行正向設(shè)計，形成豐富、精確的機(jī)房設(shè)備族庫。在Revit 等建模軟件中創(chuàng)建的構(gòu)件都是參數(shù)化模型，在機(jī)房設(shè)計過程中，可直接調(diào)取族庫中事先建好的參數(shù)化族，對設(shè)備構(gòu)建參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，避免重復(fù)性建立，提高建模效率和質(zhì)量。施工人員可根據(jù)設(shè)計交付的機(jī)房設(shè)備模型，進(jìn)行BIM 深化設(shè)計、指導(dǎo)施工。信息機(jī)房設(shè)備BIM族庫示意見圖4。

3.1.2 參數(shù)化管理

BIM參數(shù)化模型可以實(shí)現(xiàn)機(jī)房設(shè)備信息的可視化展示以及模型數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析［7］。信息機(jī)房BIM 模型不僅包含了設(shè)備的幾何信息，也集成了現(xiàn)場管理信息、設(shè)備臺賬信息、模擬施工信息以及其他說明信息。依據(jù)這些數(shù)據(jù)信息，工程人員可以隨時調(diào)用查看機(jī)房設(shè)備的明細(xì)，通過參數(shù)調(diào)整模擬信息機(jī)房工程形體及性能變動，更好地滿足施工建造需求。在交付運(yùn)維管理后，也能幫助運(yùn)維人員更好地進(jìn)行設(shè)備運(yùn)維管理。

圖3 設(shè)備安裝施工作業(yè)流程

3.2 深化設(shè)計

圖4 信息機(jī)房設(shè)備BIM族庫示意圖

在BIM 精確建模的基礎(chǔ)上，工程人員依據(jù)設(shè)計圖紙標(biāo)準(zhǔn)，可以在BIM 軟件中構(gòu)建信息機(jī)房的虛擬場景，再結(jié)合實(shí)際施工環(huán)境因素對信息機(jī)房設(shè)計方案的實(shí)施效果進(jìn)行模擬，驗(yàn)證設(shè)計圖紙的可行性和有效性。通過BIM 技術(shù)對信息機(jī)房BIM 模型進(jìn)行總體布局分析、凈高分析、孔洞預(yù)留分析、碰撞檢測分析等［8］，查找設(shè)計圖紙中可能存在的紕漏與不足，以便及時優(yōu)化設(shè)計方案，避免構(gòu)件發(fā)生交叉、碰撞、沖突等問題。典型應(yīng)用有：對機(jī)房內(nèi)上下走線方式是否適應(yīng)機(jī)房凈高、柜外強(qiáng)弱電管線是否碰撞、根據(jù)柜內(nèi)設(shè)備端口占用情況梳理優(yōu)化柜間配線布局及工藝（可分層）、靜電地板支腿點(diǎn)位有無沖突等問題進(jìn)行檢查，并根據(jù)檢查結(jié)果來深化二維圖紙，提前優(yōu)化機(jī)房施工工藝、消除碰撞；通過模擬精細(xì)和富有表現(xiàn)力的工程實(shí)施效果，細(xì)化信息機(jī)房局部施工工藝，更直觀形象準(zhǔn)確地表現(xiàn)裝修方案。信息機(jī)房整體效果與管線碰撞檢查示意分別見圖5與圖6。

圖5 信息機(jī)房整體效果示意圖

3.3 指導(dǎo)施工

圖6 信息機(jī)房管線碰撞檢查示意圖

在施工作業(yè)前，技術(shù)人員可基于BIM 模型對設(shè)備安裝的施工工藝、工序以及技法進(jìn)行三維模擬，特別是對各重點(diǎn)位置、重點(diǎn)工序的模擬。對于工程各參建方人員來說，通過施工模擬可以深入掌握施工方案及內(nèi)容，對比分析不同施工方案的可行性，提供可視化現(xiàn)場各階段平面布置及分析結(jié)果，對施工方案決策具有支撐意義［9］。對于一線的施工人員，一方面，可查看重要施工環(huán)節(jié)的虛擬動畫，利用BIM 模型進(jìn)行重點(diǎn)工藝的動態(tài)施工模擬，模擬成果可幫助其進(jìn)行施工前的技術(shù)交底，使施工人員更清晰地了解施工質(zhì)量及工藝的控制難點(diǎn)；另一方面，通過模擬具體的施工過程，可以提前發(fā)現(xiàn)施工圖紙的設(shè)計盲點(diǎn)和過程中的安全風(fēng)險點(diǎn)，為現(xiàn)場的準(zhǔn)確施工盡早地制定解決方案，提高工程施工的可行性和安全性。基于BIM 模型的機(jī)房施工模擬效果及施工后對比見圖7。

依據(jù)施工模擬形成的二維圖紙、專項(xiàng)圖紙和施工模擬演示等階段成果，對施工人員開展動態(tài)施工模擬、危險源識別等教育培訓(xùn)，不僅可以提高施工人員的安全意識，還能使施工人員快速、全面掌握施工安全操作，有效避免施工現(xiàn)場安全事故的發(fā)生。

基于BIM 技術(shù)的機(jī)房施工可實(shí)現(xiàn)對機(jī)房室內(nèi)總體布置、施工方案、機(jī)械設(shè)備、材料供應(yīng)、勞動力配置、應(yīng)急處置等方案的優(yōu)化改良，能夠充分保障機(jī)房工程施工的安全和質(zhì)量，降低施工成本。

3.4 施工進(jìn)度管理

基于BIM 技術(shù)的鐵路客服信息機(jī)房工程進(jìn)度管理，通過建立BIM 模型和管理流程的聯(lián)系和規(guī)則，利用虛擬施工，將空間信息與時間信息整合在統(tǒng)一的BIM 模型中，以便更直觀、精確地反映施工流程。基于BIM模型對實(shí)際工程施工進(jìn)度和計劃進(jìn)行動態(tài)管理，可以有效地協(xié)調(diào)各專業(yè)的交叉施工，確保工程進(jìn)展順利，通過BIM 模型直觀地展示信息機(jī)房當(dāng)前的實(shí)際施工進(jìn)度。具體地，針對已經(jīng)施工完成的、正在進(jìn)行施工的以及尚未開工的工程實(shí)體，分別用不同顏色在BIM 模型上標(biāo)識，使項(xiàng)目管理人能夠清晰地了解項(xiàng)目施工進(jìn)度。另外，項(xiàng)目管理人員還可以通過拖動“時間軸”上的游標(biāo)進(jìn)行歷史施工過程重現(xiàn)以及未來的施工計劃預(yù)演。由于BIM模型和WBS分解結(jié)構(gòu)已經(jīng)進(jìn)行過關(guān)聯(lián)，所以當(dāng)用戶選中部分模型時，與之關(guān)聯(lián)的部分計劃進(jìn)度甘特圖也隨之聯(lián)動展示。

此外，客服信息機(jī)房施工現(xiàn)場所需物資涉及多個參與方，并且種類較多、生產(chǎn)及運(yùn)輸對工期影響較大、數(shù)量龐大，利用BIM 模型所包含的數(shù)據(jù)結(jié)合施工進(jìn)度對材料物資進(jìn)行動態(tài)管理，可確保物料及時到位，且處于有效的備用狀態(tài)，避免發(fā)生窩工誤工影響進(jìn)度，同時也避免信息機(jī)房現(xiàn)場庫存過高而影響成本控制和空間周轉(zhuǎn)。

圖7 機(jī)房施工模擬圖

引入進(jìn)度管理體系可以對信息機(jī)房工程施工過程中各個工藝以及整體施工進(jìn)度進(jìn)行統(tǒng)籌管理。通過關(guān)聯(lián)施工進(jìn)度計劃、施工方案、施工現(xiàn)場布置、資源配置方案等各項(xiàng)要素，實(shí)現(xiàn)對施工組織設(shè)計的計劃編制、進(jìn)度管理、資源管理和風(fēng)險管理，使管理者能夠?qū)こ虒?shí)際進(jìn)度與計劃進(jìn)度有直觀的把握，使計劃調(diào)整有了最直觀的依據(jù)。

3.5 信息機(jī)房BIM管理系統(tǒng)應(yīng)用

3.5.1 平臺化理念

基于BIM 技術(shù)的信息管理系統(tǒng)的核心作用是構(gòu)建一個多專業(yè)協(xié)同、信息資源共享的集中開放式平臺。在平臺的激勵作用下，機(jī)房設(shè)備數(shù)據(jù)按照標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一進(jìn)行存儲和管理，軟硬件基礎(chǔ)資源采用集中部署的方式，多樣化的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)快速部署、運(yùn)行和更新。對于建設(shè)、設(shè)計、施工、監(jiān)理單位等工程項(xiàng)目的相關(guān)參與方，通過對同一BIM 模型進(jìn)行使用和共享，可以實(shí)現(xiàn)鐵路客服信息機(jī)房工程項(xiàng)目立項(xiàng)決策、規(guī)劃設(shè)計、工程實(shí)施、竣工驗(yàn)收的信息化、標(biāo)準(zhǔn)化管理。

通過平臺連接客服信息機(jī)房工程建設(shè)的各參與方，可促進(jìn)各方交流互動，不斷深入拓展BIM 技術(shù)在鐵路客服信息機(jī)房工程建設(shè)中的應(yīng)用模式，切實(shí)提升鐵路客服信息機(jī)房工程建設(shè)的規(guī)劃設(shè)計、施工管理和信息共享能力，達(dá)到良性協(xié)同驅(qū)動鐵路客服信息機(jī)房工程建設(shè)信息化發(fā)展的目的（見圖8）。

圖8 信息機(jī)房BIM管理系統(tǒng)應(yīng)用示意圖

3.5.2 基本架構(gòu)

（1）技術(shù)架構(gòu)。根據(jù)鐵路客服信息機(jī)房工程的設(shè)計、施工、監(jiān)理以及業(yè)主單位的需求，基于BIM 技術(shù)的鐵路客服信息機(jī)房管理系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)可分為基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)存儲層、基礎(chǔ)服務(wù)層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層和綜合展示層5個層面（見圖9）。

圖9 機(jī)房BIM管理系統(tǒng)總體架構(gòu)

第1層為基礎(chǔ)設(shè)施層，主要為設(shè)計、施工、監(jiān)理以及業(yè)主單位提供上層服務(wù)和應(yīng)用所需的服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、存儲設(shè)備及其他設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)多級聯(lián)網(wǎng)、資源共享。

第2層為數(shù)據(jù)存儲層，通過集中管理設(shè)計階段的數(shù)據(jù)和建設(shè)階段的數(shù)據(jù)，形成數(shù)據(jù)類型全面、格式統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫。

第3層為基礎(chǔ)服務(wù)層，主要提供對存儲數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)發(fā)布及數(shù)據(jù)接口總線等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)，同時為上層業(yè)務(wù)應(yīng)用提供統(tǒng)一消息分發(fā)、流程引擎、圖形引擎、認(rèn)證授權(quán)等公共運(yùn)行服務(wù)。

第4 層為業(yè)務(wù)應(yīng)用層，主要對信息機(jī)房各專業(yè)的BIM模型和相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，采用移動應(yīng)用的方式實(shí)現(xiàn)信息可視化展示和精準(zhǔn)查詢，提供多樣化的綜合保障功能。

第5層為綜合展示層，主要提供信息機(jī)房各專業(yè)設(shè)備全方位、直觀、便捷的數(shù)據(jù)展示、查詢等服務(wù)，實(shí)現(xiàn)PC終端和移動終端等多種展示途徑。

（2）功能架構(gòu)。根據(jù)鐵路客服信息機(jī)房工程設(shè)計及施工階段的具體需求，設(shè)計了信息化管理系統(tǒng)的基本功能架構(gòu)，包含輕量化展示、三維模擬、設(shè)備管理、問題庫管理、進(jìn)度管理、臺賬管理和系統(tǒng)管理等7個方面，其功能架構(gòu)見圖10。

圖10 機(jī)房BIM管理系統(tǒng)功能架構(gòu)

輕量化展示：主要為用戶提供BIM 模型的操作界面，支持對機(jī)房設(shè)備BIM 模型進(jìn)行信息檢索、控制操作、參數(shù)統(tǒng)計、功能展示；三維模擬：主要對施工過程中的關(guān)鍵工序、施工工藝進(jìn)行模擬，并提供虛擬漫游動畫，輔助指導(dǎo)施工；設(shè)備管理：管理信息機(jī)房中各類設(shè)備的屬性信息，提供對各設(shè)備信息的增刪改查操作，并將各設(shè)備信息與BIM 三維模型關(guān)聯(lián)；問題庫管理：為施工過程中的各類問題信息提供上傳、查詢和更新功能；進(jìn)度管理：處理導(dǎo)入的由項(xiàng)目管理工具軟件生成的MSP 文件，并對所述MSP 文件進(jìn)行工程任務(wù)分解，實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度的三維模擬和時間跟蹤；臺賬管理：管理所述鐵路客服信息機(jī)房中各設(shè)備的臺賬信息，支持圖片、表格、視頻、文本以及二維圖紙類型文件的上傳、修改、存儲和刪除功能；系統(tǒng)管理：功能同其他信息化管理功能一致，主要為用戶管理、權(quán)限管理和日志管理3項(xiàng)功能。

4 結(jié)論與展望

在分析鐵路客服信息機(jī)房工程建設(shè)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合機(jī)房工程建設(shè)特點(diǎn)，研究了BIM 技術(shù)在客服信息機(jī)房工程建設(shè)階段的技術(shù)實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用方法，為客服機(jī)房工程建設(shè)向信息化、可視化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展提供了明確方向，通過BIM 信息化手段向傳統(tǒng)機(jī)房工程注入新的生產(chǎn)力。

隨著BIM 技術(shù)在鐵路行業(yè)的不斷發(fā)展和完善以及新技術(shù)的興起并成熟，新一代信息技術(shù)的發(fā)展推動著BIM 技術(shù)在鐵路客服信息工程領(lǐng)域的深度應(yīng)用。大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等一系列新技術(shù)與BIM 模型的有效融合終將形成完整的平臺應(yīng)用生態(tài)鏈，為發(fā)展鐵路客服系統(tǒng)智慧建造提供有力的技術(shù)支撐［8］。