劉 寅

0 引言

近年來，中國城市軌道交通快速發(fā)展，在滿足乘客出行需求、支撐和引領城市發(fā)展等方面發(fā)揮了重要作用。而城市軌道交通線路傳統的運維工作模式已難以滿足專業(yè)技術越發(fā)繁雜、安全要求越來越高的發(fā)展趨勢，整體運維體系的改進迫在眉睫，智能化運維逐漸成為行業(yè)研究熱點。

BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）是對設施的物理和功能特征進行數字展示的方法，可以作為項目設施全生命周期各階段工程信息的載體，涵蓋設施設備的物理、幾何、工程、造價以及制造裝配等信息，通過各階段模型的傳遞實現全生命周期數據信息共享，輔助施工、運維工作。研究BIM模型和傳統狀態(tài)監(jiān)控及運維平臺的無縫對接技術，可以加快BIM在傳統地鐵車站運維中應用的步伐，具有重要的現實意義。

本文針對地鐵通信專業(yè)傳統運維存在的常見問題，分析問題產生的原因，研究基于BIM技術的設備運維方案[1]。

1 傳統運維的常見問題及分析

通過調研上海地鐵17號線智能運維成果，并與北京地鐵、太原地鐵運維單位就當前運維需求開展技術交流，以通信專業(yè)為例，歸納了6項影響設備維護、維修效率的常見問題，具體情況見表1。

表1 地鐵通信專業(yè)傳統運維常見問題

對上述6種常見問題進行原因分析：

（1）設備過度維護和預防性維護不及時可以看作傳統運維因無法準確掌握設備當前狀態(tài)、健康使用壽命的技術問題所導致。因不能進行設備歷史數據的積累對比，無法為判斷設備是否仍在健康使用范圍提供支持，在保障運營安全的前提下，當理論壽命到期時，按計劃維護更換整批單元，工作量大且容易造成物資浪費。

（2）隱蔽工程內的故障檢修點難定位屬于當前施工信息傳遞到運維過程中的常見問題。尤其是設備區(qū)走廊與通信專用機房等接口的管線排布密集處，在施工階段經常面臨管線敷設路由需要臨時調整的情況，后期進行故障排查時，二維圖紙無法準確表達現場情況，現場人員需要先熟悉圖紙與現場后，再開展逐一排查，大大增加了檢修的時間。

（3）檢修過程不受控、運維經驗難復用及設備資產信息和運維資料數據難互通屬于缺乏有效信息化技術手段導致的信息存儲、交流、共享滯后的問題。通信專業(yè)作為各專業(yè)數據通道的承載，影響面大。目前，太原地鐵2號線通信專業(yè)維修班組負責全線130余種不同型號、總計19 000多個子系統設備及配套光電纜線路、支架、橋架、接地線的日常巡、檢、修工作，資料、臺賬多采用紙質及電子表單，不利于設備信息的更新、保存和掌握，也無法做到數據積累分析、價值挖掘。故障發(fā)生時，問題通過層層匯報轉發(fā)，最終派至維修工班，例如通信機房傳輸設備網元脫管，在未到達現場之前，維管人員根據經驗分析，可能存在4種原因：供電異常導致設備關機；設備網線松動或網卡故障；設備短路；上下行傳輸通道故障。該情況下，供電、通信、線路專業(yè)各維修班組均要第一時間到達現場，根據現場情況、設備資料、故障情況和歷史維護經驗進行故障分析、排查，若無法通過設備歷史數據與現場情況快速分析故障原因，則增加了搶修的難度，加大了地鐵運營事故風險。

通過以上對地鐵運維的常見問題分析，可以將問題產生的原因按種類歸納為：（1）二維圖紙已不能滿足直觀準確了解現場設備布置情況的需要；（2）傳統運維模式應加強對信息化、BIM、故障預測等新技術的應用。

2 基于BIM的運維技術解決方案

下文以太原地鐵2號線為例，闡述基于BIM的運維技術解決方案。項目前期創(chuàng)建的運維BIM模型，完整存儲了地鐵全線設施設備的施工數據和設備信息，如圖1所示。

圖1 太原地鐵2號線通信專業(yè)運維BIM模型創(chuàng)建流程

為了更直觀方便地應用運維BIM模型，針對性解決運維中遇到的上述問題，研發(fā)基于BIM的智能運維系統，便于整個運維階段實現設備、安全、預防、維修等信息的存儲、調用，能夠以三維可視化的形式從宏觀到微觀層面使維護人員更清楚地了解設備信息，指導運維工作。

2.1 基于BIM的智能運維系統方案架構

在保證安全性和專用性的前提下，系統組網采用既有傳輸通道和專用局域網，站內架設前端采集設備、交換機和服務器，在運行控制中心（OCC）搭建集成服務器的方式實現。利用既有傳輸以太網、新增專用局域網通道實現設備端采集數據上傳系統服務器，實現系統數據層的數據分類整合，通過BIM輕量化平臺及各應用模塊提供現場應用層服務，如圖2所示。

圖2 智能運維系統方案架構

2.2 智能運維系統方案關鍵工作

（1）設備數據的采集和接入。打通設備與系統間的接口，采用如Modbus TCP、HTTP的通用性的數據通信協議，通過以太網上傳至中心服務器的專用數據通道獲取設備信息。針對特定設備維護需求加裝輔助監(jiān)測設備[2]，如溫度探頭監(jiān)測通信機房蓄電池溫度，機房內智能巡檢機器人每日定時抄表記錄各設備數據，機柜安裝局部放電傳感器監(jiān)測設備是否存在漏電情況。

（2）設備數據與模型的關聯。模型設備采用16位制的混合編碼方式，包括設施設備代碼、位置代碼和序號代碼。設施設備代碼根據設備專業(yè)、子系統、設備和設備內維護單元編碼組成，位置代碼根據地鐵線路、建筑分類和位置序號編碼組成，序號代碼根據樓層、平面位置和位置序號編碼組成。系統內通過建立16位編碼的關系對應表，從數據層實現設備狀態(tài)信息、告警信息與檢修記錄、設備資產臺賬與模型的關聯，如圖3所示。

圖3 設施設備16位編碼

（3）設備數據分析與故障預測。以周期性的設備巡檢數據記錄、性能事件日志、告警數據為歷史數據，通過設備原理及歷史數據挖掘進行設備性能與告警之間映射的關聯性分析，清洗、篩選、合并、提取出有效數據，建立模型算法[3]。判斷設備常態(tài)運行下的數據區(qū)間，并對數據區(qū)間的閾值進行限定，通過設備歷史數據與實時數據對比，對超出預定閾值的設備發(fā)出告警提示，實現預判可能存在的設備異常情況，如圖4所示。

圖4 故障監(jiān)測分析判斷流程

（4）搭建設備運維知識庫。通過預先進行設備性能與告警之間的關聯性分析，結合設備維護手冊、歷次故障處理經驗和建議，在設備故障時通過告警信息分析出故障發(fā)生的可能原因，關聯相應的處理經驗和建議，輔助維護人員決策分析，實現經驗共享，如圖5所示。

圖5 性能事件與告警、故障的一般關系示例

3 基于BIM的運維技術創(chuàng)新

3.1 可視化的故障定位、信息集成的資產分布

利用BIM技術三維可視化、信息集成化的特點，實現現場設備、管線路由的可視化導航，實時獲取設備狀態(tài)、資產臺賬、運行記錄等信息，精準定位故障設備位置，方便維修人員掌握現場情況；實現數據傳遞與積累，解決設備資產臺賬和維管臺賬資料過多且難以互相調用的問題。

3.2 基于數據分析的故障預測

通過實時數據與歷史數據分析對比，在設備數據超出常態(tài)運行區(qū)間時，發(fā)出異常告警，結合故障情況一鍵派工，減少人工反復巡、檢、查，提升故障維護響應速度，解決設備過度維護和預防性維護不及時的問題，實現設備運維從計劃性維護向狀態(tài)性維護轉變。

4 結語

城市軌道交通智能維管是當前行業(yè)的發(fā)展趨勢，也是運營單位面臨的迫切需求。實現地鐵智能運維是一項巨大的系統工程，不僅需要信息化、BIM、故障預測以及人工智能等重要技術作為支撐，還需要積累大量歷史數據作為學習的樣本。

目前，市場上針對設備監(jiān)測的各類探頭、傳感器均能有效獲取設備數據，而大數據、物聯網、云計算、BIM等新興技術也可以基本滿足地鐵運維信息化、數字化的需要，但如何將這些技術結合應用，從而更好地積累沉淀運維數據，挖掘數據價值，更好地為運維管理服務，仍將是未來一段時間內的研究重點。