解亞龍，劉北勝，王萬(wàn)齊，顧 爽

（1.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 電子計(jì)算技術(shù)研究所，北京 100081；2.北京交通大學(xué) 科學(xué)技術(shù)處，北京 100044）

隨著鐵路工程建設(shè)信息化進(jìn)程的推進(jìn)，當(dāng)務(wù)之急是通過(guò)信息化技術(shù)手段對(duì)鐵路建設(shè)項(xiàng)目施工圖及變更設(shè)計(jì)成果的交付過(guò)程和交付物內(nèi)容進(jìn)行規(guī)范。按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和交付格式，完成數(shù)字化設(shè)計(jì)成果的交付工作，并逐步實(shí)現(xiàn)鐵路工程項(xiàng)目預(yù)可行性研究、可行性研究、初步設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)成果數(shù)字化交付。在推進(jìn)過(guò)程中分步驟實(shí)現(xiàn)數(shù)字化審批、電子簽名、電子版文件分發(fā)管理等工作，最終實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)成果的數(shù)字化交付。

數(shù)字化交付與傳統(tǒng)的紙質(zhì)交付最大的區(qū)別是數(shù)據(jù)傳遞方式的改變。紙質(zhì)交付中的數(shù)據(jù)傳遞一般通過(guò)數(shù)據(jù)報(bào)表來(lái)完成，報(bào)表中的數(shù)據(jù)缺乏嚴(yán)格的格式規(guī)范與結(jié)構(gòu)關(guān)系，屬于非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，無(wú)法直接通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行識(shí)別和解析。這種方式給后期數(shù)據(jù)的分析和利用帶來(lái)很多不便，不能有效發(fā)揮數(shù)據(jù)資源的真正價(jià)值。數(shù)字化交付的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)成果數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化交付，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的語(yǔ)義、格式、結(jié)構(gòu)等進(jìn)行規(guī)范，建立一個(gè)全行業(yè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)語(yǔ)義字典和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，使鐵路行業(yè)信息供應(yīng)鏈中的各方以統(tǒng)一的格式創(chuàng)建和管理數(shù)據(jù)，從而使數(shù)據(jù)能夠高效、無(wú)損傳遞。

鐵路行業(yè)的設(shè)計(jì)成果數(shù)據(jù)量龐大，數(shù)據(jù)來(lái)源范圍廣，涉及多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域，數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系復(fù)雜，這對(duì)設(shè)計(jì)成果的數(shù)字化交付提出了新的挑戰(zhàn)。元數(shù)據(jù)針對(duì)上述情況為數(shù)據(jù)資源的生產(chǎn)者和使用者提供了有效的管理手段。本文對(duì)鐵路基礎(chǔ)設(shè)施全壽命周期信息化管理的整體規(guī)劃進(jìn)行了闡述，對(duì)整體規(guī)劃中設(shè)計(jì)成果交付的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了分析，并根據(jù)數(shù)字化交付的具體需求提出基于元數(shù)據(jù)的鐵路設(shè)計(jì)成果數(shù)字化交付解決方案。

1 鐵路基礎(chǔ)設(shè)施的全壽命周期信息化管理總體規(guī)劃

1.1 體系架構(gòu)

鐵路工程建設(shè)項(xiàng)目具有規(guī)模大、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高、建設(shè)速度快、管理協(xié)調(diào)復(fù)雜、周期長(zhǎng)等特點(diǎn)。傳統(tǒng)的工程管理模式難以適應(yīng)鐵路工程建設(shè)信息化的發(fā)展需求[1]。2012 年以來(lái)，中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司著手設(shè)計(jì)鐵路工程管理平臺(tái)，并制定了以鐵路工程設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)營(yíng)全壽命周期管理為目標(biāo)的平臺(tái)總體規(guī)劃?？傮w規(guī)劃中的一項(xiàng)重要需求是實(shí)現(xiàn)“勘察-設(shè)計(jì)-施工-運(yùn)維”數(shù)據(jù)的一體化集中管理，從而建立鐵路工程建設(shè)信息化各參與方的聯(lián)接，促進(jìn)各方交流與互動(dòng)。在總體規(guī)劃的指導(dǎo)下，構(gòu)建鐵路基礎(chǔ)設(shè)施全壽命周期信息化管理的體系架構(gòu)，包含設(shè)計(jì)協(xié)同平臺(tái)、鐵路基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)平臺(tái)、鐵路建設(shè)管理平臺(tái)和施工建造管理平臺(tái)4 部分，如圖1 所示。

圖1 鐵路基礎(chǔ)設(shè)施全壽命周期信息化管理的體系架構(gòu)

鐵路基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)平臺(tái)貫穿鐵路工程建設(shè)項(xiàng)目全壽命周期，是整個(gè)體系的核心基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)協(xié)同平臺(tái)產(chǎn)生的設(shè)計(jì)成果數(shù)據(jù)通過(guò)設(shè)計(jì)交付系統(tǒng)移交至基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一管理和維護(hù)，基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)平臺(tái)為建設(shè)管理平臺(tái)中的各應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐，同時(shí)接收建造階段產(chǎn)生的過(guò)程數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)交付系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)承接設(shè)計(jì)階段產(chǎn)生的成果數(shù)據(jù)并向基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)平臺(tái)移交，起到了數(shù)據(jù)傳遞的重要作用。本文的主要研究?jī)?nèi)容圍繞設(shè)計(jì)成果的數(shù)字化交付，通過(guò)元數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)成果數(shù)據(jù)的統(tǒng)一格式創(chuàng)建和移交。

1.2 數(shù)字化交付相關(guān)問(wèn)題

為了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)成果的數(shù)字化交付，需要考慮交付文件格式、交付數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)校驗(yàn)、數(shù)據(jù)安全、數(shù)據(jù)合法性認(rèn)證等問(wèn)題。

（1）交付文件格式

鐵路建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)交付文件可分為結(jié)構(gòu)化文件和非結(jié)構(gòu)化文件2 類，其中結(jié)構(gòu)化文件是指一些設(shè)計(jì)成果數(shù)據(jù)文件，例如項(xiàng)目信息、線路參數(shù)等。這些數(shù)據(jù)需要以結(jié)構(gòu)化的方式創(chuàng)建和提交，一般采用JSON或XML 方式表達(dá)。非結(jié)構(gòu)化文件是指圖紙、文檔類文件，一般以通用的PDF 格式文件表達(dá)。

（2）交付數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

數(shù)字化交付的核心目標(biāo)是設(shè)計(jì)成果數(shù)據(jù)以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)建和交換。需通過(guò)對(duì)行業(yè)關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的梳理，建立行業(yè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的內(nèi)容、格式、結(jié)構(gòu)等。數(shù)據(jù)的生產(chǎn)者根據(jù)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)創(chuàng)建，從而達(dá)到數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一。

（3）數(shù)據(jù)校驗(yàn)

交付的設(shè)計(jì)成果數(shù)據(jù)在進(jìn)入基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)平臺(tái)之前需要進(jìn)行校驗(yàn)，檢查數(shù)據(jù)是否符合數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，找出內(nèi)容、格式、結(jié)構(gòu)、取值不符合數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)項(xiàng)，保證數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

（4）數(shù)據(jù)安全

交付的設(shè)計(jì)成果數(shù)據(jù)具有極高的價(jià)值，需要確保數(shù)據(jù)在傳遞過(guò)程中不被盜用及篡改，因此應(yīng)采用數(shù)據(jù)加密及線下移交的方式保證數(shù)據(jù)安全。將設(shè)計(jì)成果數(shù)據(jù)文件通過(guò)加密光盤的方式進(jìn)行移交，數(shù)據(jù)的導(dǎo)入和導(dǎo)出均在與互聯(lián)網(wǎng)隔離的專網(wǎng)環(huán)境中進(jìn)行，杜絕數(shù)據(jù)被非法竊取的情況。

（5）數(shù)據(jù)合法性認(rèn)證

2 鐵路基礎(chǔ)設(shè)施元數(shù)據(jù)管理

2.1 元數(shù)據(jù)概述

元數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)信息管理中的一個(gè)重要概念，是關(guān)于數(shù)據(jù)的組織、格式及關(guān)系的信息。它用規(guī)范的方式對(duì)數(shù)據(jù)的特征進(jìn)行描述，通過(guò)一個(gè)模型結(jié)構(gòu)，用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)元素來(lái)表達(dá)通用的信息[2-3]。元數(shù)據(jù)具有以下特點(diǎn)。

（1）獨(dú)立性強(qiáng)

無(wú)論使用何種平臺(tái)，元數(shù)據(jù)自身不受影響，從而保證了元數(shù)據(jù)的通用性和可移植性。

（2）提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)規(guī)范

可通過(guò)元數(shù)據(jù)模型來(lái)定義實(shí)體對(duì)象的特征、結(jié)構(gòu)、地位以及與其他對(duì)象之間的關(guān)系等，形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)規(guī)范。

（3）可生成數(shù)據(jù)模型

可以通過(guò)相關(guān)的工具，基于元數(shù)據(jù)直接生成具體數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型，從而完成具體數(shù)據(jù)的創(chuàng)建和維護(hù)。

2.2 元數(shù)據(jù)管理流程

實(shí)現(xiàn)基于元數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)成果數(shù)字化交付的前提是建立一套統(tǒng)一的元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)鐵路基礎(chǔ)設(shè)施元數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)成果數(shù)據(jù)的統(tǒng)一格式創(chuàng)建，為設(shè)計(jì)成果規(guī)范化、數(shù)字化交付提供支撐。元數(shù)據(jù)管理的具體流程如圖2 所示。

當(dāng)當(dāng)還小，不能吃太多甜食。于是每次夫妻倆在家吃甜食，都是一個(gè)人會(huì)幫另一個(gè)人打掩護(hù)。錢海燕吃的時(shí)候，周啟明想辦法轉(zhuǎn)移注意力；輪到周啟明的時(shí)候，錢海燕就去逗兒子。

圖2 元數(shù)據(jù)管理流程

2.2.1 元數(shù)據(jù)梳理

元數(shù)據(jù)梳理是指利用元數(shù)據(jù)模型對(duì)鐵路基礎(chǔ)設(shè)施關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的特征、結(jié)構(gòu)和關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行描述。元數(shù)據(jù)梳理的關(guān)鍵是要建立元數(shù)據(jù)與鐵路IFD（International Framework for Dictionaries）標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系[4]，并最終形成一套基于IFD 標(biāo)準(zhǔn)的鐵路元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。

（1）元數(shù)據(jù)分類

元數(shù)據(jù)本身具有很強(qiáng)的邏輯結(jié)構(gòu)，一般的元數(shù)據(jù)都是有層次的樹(shù)狀結(jié)構(gòu)。為了能夠?qū)﹁F路基礎(chǔ)設(shè)施信息資源進(jìn)行準(zhǔn)確和高效的描述，需要建立鐵路基礎(chǔ)設(shè)施元數(shù)據(jù)分類結(jié)構(gòu)樹(shù)，如圖3 所示。

圖3 鐵路基礎(chǔ)設(shè)施元數(shù)據(jù)分類結(jié)構(gòu)樹(shù)

鐵路基礎(chǔ)設(shè)施元數(shù)據(jù)可分為項(xiàng)目類、人員類、組織類和文檔類4 大類。其中項(xiàng)目類包含描述具體項(xiàng)目、線路、專業(yè)、設(shè)計(jì)單元等信息的元數(shù)據(jù)[5]。

（2）元數(shù)據(jù)描述

元數(shù)據(jù)的梳理應(yīng)從制定統(tǒng)一規(guī)范的元數(shù)據(jù)描述方法入手。參考一些國(guó)際上通用的元數(shù)據(jù)的描述方法，本文從基本信息、類型信息、約束信息、關(guān)聯(lián)關(guān)系、附加信息以及管理信息6 個(gè)方面對(duì)元數(shù)據(jù)進(jìn)行描述[6-7]，如圖4 所示。

圖4 元數(shù)據(jù)描述

2.2.2 元數(shù)據(jù)維護(hù)

元數(shù)據(jù)的維護(hù)工作主要包含著錄、審核和標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布。元數(shù)據(jù)著錄是指將梳理好的元數(shù)據(jù)導(dǎo)入平臺(tái)，導(dǎo)入后的元數(shù)據(jù)可在系統(tǒng)中進(jìn)行查看、檢索和導(dǎo)出等操作。元數(shù)據(jù)審核是指對(duì)梳理出來(lái)的元數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，對(duì)有問(wèn)題的元數(shù)據(jù)進(jìn)行更正，從而保證元數(shù)據(jù)質(zhì)量。元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布是指將審核通過(guò)的元數(shù)據(jù)以合適的形式進(jìn)行發(fā)布，提供給信息供應(yīng)鏈中的各方使用。

2.2.3 設(shè)計(jì)成果交付

基于元數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)成果交付是指利用元數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)計(jì)成果數(shù)據(jù)進(jìn)行創(chuàng)建和組織，使交付的設(shè)計(jì)成果數(shù)據(jù)符合統(tǒng)一的元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求。在設(shè)計(jì)成果提交時(shí)可通過(guò)元數(shù)據(jù)對(duì)具體數(shù)據(jù)的內(nèi)容、格式、結(jié)構(gòu)進(jìn)行校驗(yàn)，從而保證交付數(shù)據(jù)的質(zhì)量。另外，在元數(shù)據(jù)應(yīng)用過(guò)程中可能需要對(duì)元數(shù)據(jù)進(jìn)一步完善和擴(kuò)充，可通過(guò)對(duì)元數(shù)據(jù)的梳理持續(xù)更新元數(shù)據(jù)。

3 基于元數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)成果交付方案

本章主要針對(duì)元數(shù)據(jù)的應(yīng)用方法進(jìn)行探討，并提出利用元數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)成果數(shù)據(jù)交付的方案。

3.1 Schema概述

Schema 是一種可以被計(jì)算機(jī)識(shí)別的元數(shù)據(jù)表達(dá)方式。Schema 使元數(shù)據(jù)表達(dá)更加有效、語(yǔ)義更加清晰和易于交流，顯著發(fā)揮了元數(shù)據(jù)的作用，可用于指導(dǎo)設(shè)計(jì)成果數(shù)據(jù)的創(chuàng)建，以及對(duì)交付的設(shè)計(jì)成果數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，保證數(shù)據(jù)的內(nèi)容、格式和結(jié)構(gòu)符合統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，為實(shí)現(xiàn)鐵路信息資源的共建與共享提供了基礎(chǔ)保障。Schema 在設(shè)計(jì)成果交付中有2 個(gè)主要應(yīng)用場(chǎng)景。

（1）設(shè)計(jì)成果數(shù)據(jù)的創(chuàng)建

由于Schema 具有很強(qiáng)的結(jié)構(gòu)性，而且完整定義了數(shù)據(jù)的內(nèi)容、格式和關(guān)系等信息，所以利用Schema 可直接生成設(shè)計(jì)成果數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型或數(shù)據(jù)的錄入界面。設(shè)計(jì)成果數(shù)據(jù)可直接通過(guò)Schema 生成的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行創(chuàng)建。

（2）設(shè)計(jì)成果數(shù)據(jù)的校驗(yàn)

由于Schema 可定義數(shù)據(jù)的格式、約束、取值范圍等信息，所以利用Schema 可對(duì)設(shè)計(jì)成果數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)。校驗(yàn)合格的數(shù)據(jù)符合統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，可顯著提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量和可用性。

3.2 Schema應(yīng)用流程

利用Schema 進(jìn)行設(shè)計(jì)成果數(shù)據(jù)交付的具體流程如圖5 所示。

（1）導(dǎo)出Schema

將元數(shù)據(jù)按照一定映射規(guī)則導(dǎo)出成Schema 形式。Schema 完整定義了數(shù)據(jù)的內(nèi)容、格式、結(jié)構(gòu)、約束條件、取值范圍等信息，可進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)模型創(chuàng)建、數(shù)據(jù)校驗(yàn)等工作。

（2）生成數(shù)據(jù)模型

利用Schema 可直接生成設(shè)計(jì)成果數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)模型，數(shù)據(jù)模型又為設(shè)計(jì)階段各類應(yīng)用的數(shù)據(jù)庫(kù)提供了一個(gè)統(tǒng)一的框架。數(shù)據(jù)的生產(chǎn)者可根據(jù)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)框架進(jìn)行具體數(shù)據(jù)的創(chuàng)建。

（3）數(shù)據(jù)提交和校驗(yàn)

基于Schema 創(chuàng)建的設(shè)計(jì)成果數(shù)據(jù)可導(dǎo)出成結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)文件，數(shù)據(jù)的表達(dá)方式一般為JSON 或XML。將具體數(shù)據(jù)提交到設(shè)計(jì)交付系統(tǒng)后，需要通過(guò)Schema 進(jìn)行校驗(yàn)。校驗(yàn)的主要內(nèi)容是數(shù)據(jù)項(xiàng)命名、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)取值等是否符合元數(shù)據(jù)規(guī)范。校驗(yàn)合格的數(shù)據(jù)將被導(dǎo)入到基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)平臺(tái)并提供給數(shù)據(jù)的使用者進(jìn)行利用。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文根據(jù)鐵路工程建設(shè)信息化發(fā)展的總體規(guī)劃，闡述鐵路基礎(chǔ)設(shè)施全壽命周期信息化管理的體系架構(gòu)，并在此架構(gòu)的基礎(chǔ)上，針對(duì)設(shè)計(jì)成果數(shù)字化交付的具體需求，提出了基于元數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)成果交付方案，其中包含鐵路基礎(chǔ)設(shè)施元數(shù)據(jù)的分類和描述方法、元數(shù)據(jù)的管理和維護(hù)流程及基于Schema 的設(shè)計(jì)成果數(shù)據(jù)統(tǒng)一格式創(chuàng)建和校驗(yàn)的思路。為鐵路設(shè)計(jì)成果數(shù)據(jù)的統(tǒng)一格式創(chuàng)建和移交提供了可行的技術(shù)路線[8]。

通過(guò)對(duì)鐵路基礎(chǔ)設(shè)施元數(shù)據(jù)的梳理，可形成行業(yè)內(nèi)關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的定義詞庫(kù)，實(shí)現(xiàn)行業(yè)內(nèi)各單位關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的語(yǔ)義統(tǒng)一。在今后的工作中，將進(jìn)一步深入研究，形成設(shè)計(jì)成果共享和利用的系統(tǒng)性解決方案，并最終實(shí)現(xiàn)行業(yè)信息資源共建和共享的目標(biāo)。