賈興斌

(軌道交通工程信息化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中鐵一院),西安 710043)

近年來，信息技術(shù)的飛速發(fā)展帶動(dòng)了勘察設(shè)計(jì)行業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展，勘察手段日新月異，工程設(shè)計(jì)技術(shù)也隨之不斷進(jìn)步。協(xié)同設(shè)計(jì)是勘察設(shè)計(jì)行業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要方向，但目前針對(duì)大型復(fù)雜鐵路建設(shè)項(xiàng)目，面臨的問題是如何利用信息技術(shù)跨越時(shí)間和空間的限制，讓不同地域、不同專業(yè)的項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員在同一個(gè)協(xié)同設(shè)計(jì)管理平臺(tái)上，將貫穿于項(xiàng)目各個(gè)設(shè)計(jì)階段的所有信息進(jìn)行集中、有效的管理。使用該協(xié)同設(shè)計(jì)管理平臺(tái)后，設(shè)計(jì)人員能夠在一個(gè)集中統(tǒng)一的環(huán)境下工作，隨時(shí)獲取所需的項(xiàng)目信息，減少因溝通不暢而造成的失誤。當(dāng)某一處修改時(shí)，其他地方會(huì)自動(dòng)修改，以此達(dá)到提高工作效率、保證設(shè)計(jì)質(zhì)量的目的[1]。這個(gè)問題是勘察設(shè)計(jì)企業(yè)必須面對(duì)和解決的問題，并且隨著BIM技術(shù)的不斷深入應(yīng)用，協(xié)同設(shè)計(jì)作為BIM技術(shù)的重要組成部分，其地位與重要性越發(fā)凸顯。

協(xié)同設(shè)計(jì)是指，在信息系統(tǒng)的支持下，各部門、各專業(yè)人員圍繞同一個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，承擔(dān)各自的設(shè)計(jì)任務(wù)，分工協(xié)作地進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，最終得到符合要求的設(shè)計(jì)結(jié)果的設(shè)計(jì)方法[2-4]。協(xié)同設(shè)計(jì)中包括項(xiàng)目組人員、共同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和操作系統(tǒng)、共同的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、信息共享、數(shù)據(jù)互用、不同軟件的集成等要素[5]，并利用相互參考、并行工作、數(shù)據(jù)互用、遠(yuǎn)程異地訪問這些技術(shù)去實(shí)現(xiàn)協(xié)同[6]。協(xié)同設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)軟件，配合多專業(yè)完成設(shè)計(jì)工作，并提高設(shè)計(jì)成果交互效率，提高設(shè)計(jì)人員溝通效率，從而提高設(shè)計(jì)效率與設(shè)計(jì)質(zhì)量[7-8]。

在鐵路建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中，會(huì)用到各種設(shè)計(jì)軟件，如AutoCAD、Revit、NavisWorks、Microstation、Civil3D等。為能夠及時(shí)且動(dòng)態(tài)地收集項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中的數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的完整性，達(dá)到數(shù)據(jù)集中管理的目的，就要求將設(shè)計(jì)軟件與協(xié)同設(shè)計(jì)管理進(jìn)行無縫銜接。據(jù)此，通過對(duì)核心業(yè)務(wù)需求進(jìn)行分析，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)和關(guān)鍵模塊設(shè)計(jì)，研究與專業(yè)設(shè)計(jì)軟件嵌入集成的關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)應(yīng)用插件式架構(gòu)技術(shù)研發(fā)協(xié)同設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)業(yè)務(wù)需求分析

在一個(gè)鐵路建設(shè)項(xiàng)目中，勘察設(shè)計(jì)單位主要參與預(yù)可行性研究、可行性研究、初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)等設(shè)計(jì)階段[9]，總共涉及土建、機(jī)車車輛、通信信號(hào)、建筑、工經(jīng)等幾十個(gè)專業(yè)。項(xiàng)目的設(shè)計(jì)總體流程主要包括：項(xiàng)目設(shè)計(jì)策劃、項(xiàng)目計(jì)劃、專業(yè)設(shè)計(jì)、電子文件交付與歸檔[10]。其中，在項(xiàng)目設(shè)計(jì)策劃階段，項(xiàng)目管理人員需在協(xié)同設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)中創(chuàng)建設(shè)計(jì)項(xiàng)目信息(含項(xiàng)目批復(fù)文件)；在項(xiàng)目計(jì)劃階段，項(xiàng)目計(jì)劃管理員需創(chuàng)建勘察資料目錄、創(chuàng)建綜合進(jìn)度計(jì)劃、規(guī)定各專業(yè)互提資料的時(shí)間，而各生產(chǎn)單位計(jì)劃管理員需創(chuàng)建本生產(chǎn)單位專業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)劃，規(guī)定各設(shè)計(jì)任務(wù)的完成時(shí)間、考核流程、計(jì)劃工天；在專業(yè)設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員需上傳勘察設(shè)計(jì)文件，并進(jìn)行文件審核與資料互提。

1.1 專業(yè)間與專業(yè)內(nèi)的協(xié)同要求

在各設(shè)計(jì)階段進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)的核心是數(shù)據(jù)和文檔在專業(yè)內(nèi)部和專業(yè)之間的傳遞和共享，傳遞和共享的效率直接影響協(xié)同的效果與設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的整體效率。

以施工圖階段的隧道專業(yè)為例，完成一項(xiàng)設(shè)計(jì)工作任務(wù)，專業(yè)內(nèi)部需完成的主要工作包括：設(shè)計(jì)原則擬定與審核、成立設(shè)計(jì)組并分配工作任務(wù)、設(shè)計(jì)原則交底、工點(diǎn)事前指導(dǎo)書、工點(diǎn)設(shè)計(jì)、文件校審及質(zhì)量評(píng)定、設(shè)計(jì)進(jìn)度控制。專業(yè)內(nèi)協(xié)同設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

圖1 專業(yè)內(nèi)協(xié)同的設(shè)計(jì)流程

專業(yè)間協(xié)同設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)為專業(yè)互提資料與完成時(shí)間管理。與隧道專業(yè)相關(guān)的專業(yè)(部門)有經(jīng)營(yíng)計(jì)劃調(diào)度、線路、站場(chǎng)、地質(zhì)、橋涵、路基、軌道、通信、信號(hào)、電力、接觸網(wǎng)、工經(jīng)等專業(yè)。以隧道專業(yè)為中心，可將上述相關(guān)專業(yè)劃分為上游設(shè)計(jì)專業(yè)、并行設(shè)計(jì)專業(yè)和后續(xù)設(shè)計(jì)專業(yè)。上游設(shè)計(jì)專業(yè)的設(shè)計(jì)工作是隧道專業(yè)做工點(diǎn)設(shè)計(jì)的前提條件，需要給隧道專業(yè)提供基本設(shè)計(jì)素材。并行設(shè)計(jì)專業(yè)基本與隧道專業(yè)同期開放設(shè)計(jì)，互提資料主要以缺口里程為主。后續(xù)設(shè)計(jì)專業(yè)以隧道設(shè)計(jì)成果為依據(jù)進(jìn)行本專業(yè)設(shè)計(jì)，主要是站后“四電”各專業(yè)。

1.2 多源數(shù)據(jù)的集中管理要求

為能夠及時(shí)且動(dòng)態(tài)地收集項(xiàng)目進(jìn)行過程中的數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的完整性，并達(dá)到數(shù)據(jù)集中管理的目的，協(xié)同設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)需考慮與已有管理系統(tǒng)和設(shè)計(jì)系統(tǒng)的關(guān)系(圖2)，并且為用戶使用方便，需提供多種應(yīng)用模式，包括協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)主客戶端、插件式客戶端、移動(dòng)應(yīng)用客戶端。具體內(nèi)容見表1。

圖2 協(xié)同設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的關(guān)系

表1 不同客戶端使用對(duì)象與具體要求

2 協(xié)同設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)開發(fā)目標(biāo)

根據(jù)鐵路項(xiàng)目設(shè)計(jì)管理工作的特點(diǎn)，協(xié)同設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)需對(duì)傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)項(xiàng)目和BIM設(shè)計(jì)項(xiàng)目進(jìn)行統(tǒng)一管理，系統(tǒng)開發(fā)目標(biāo)如下。

(1)實(shí)現(xiàn)以文件級(jí)協(xié)同為協(xié)同模式，覆蓋勘察設(shè)計(jì)全過程管理，支持二維設(shè)計(jì)協(xié)同和BIM設(shè)計(jì)協(xié)同。

(2)實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目管理、計(jì)劃管理、設(shè)計(jì)文件審核過程管理、互提資料交互過程管理。

(3)實(shí)現(xiàn)與Autodesk核心軟件的深入集成，支持多端應(yīng)用模式，方便用戶操作和數(shù)據(jù)的集中管理。

2.2 系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

協(xié)同設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)采用分層架構(gòu)設(shè)計(jì)，其體系結(jié)構(gòu)由硬件支撐層、軟件支撐層、業(yè)務(wù)管理層和表示層組成，如圖3所示。

圖3 協(xié)同設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

(1)硬件支撐層：以企業(yè)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心為基礎(chǔ)，主要包含服務(wù)器設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備以及與硬件設(shè)備相配套的服務(wù)器管理等。

(2)軟件支撐層：主要包括數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、文件存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)的加密傳輸服務(wù)、工作流中間件、消息服務(wù)等，是支撐應(yīng)用系統(tǒng)平臺(tái)正常、可靠運(yùn)行的重要保障。例如，可采用SQL Server作為數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，存儲(chǔ)本系統(tǒng)的信息[11]。

(3)業(yè)務(wù)管理層：主要包含計(jì)劃管理、勘察過程管理、設(shè)計(jì)過程管理、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)管理、質(zhì)量管理等子系統(tǒng)，是協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)的核心業(yè)務(wù)功能模塊。

(4)表示層：包括PC客戶端、插件式客戶端和移動(dòng)客戶端。不同的系統(tǒng)角色，可選擇不同的應(yīng)用模式，這樣可以方便高效地使用系統(tǒng)。

(5)信息安全保障體系與運(yùn)行保障體系：從安全制度、安全管理和安全技術(shù)3個(gè)方面構(gòu)建信息安全保障體系，以此降低系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)。運(yùn)行保障體系是保障系統(tǒng)正常運(yùn)行和順利推進(jìn)的關(guān)鍵條件，包括國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)上線管理辦法、設(shè)計(jì)工作獎(jiǎng)懲辦法和系統(tǒng)維護(hù)保障制度[12]。此外，任何管理系統(tǒng)在初始推廣過程中，都會(huì)遭遇巨大的阻礙，需在管理制度等運(yùn)行保障體系的支持下，才能保證系統(tǒng)的順利推廣。

2.3 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

鐵路工程協(xié)同設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)組成如圖4所示。

圖4 鐵路工程協(xié)同設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)組成

系統(tǒng)的主要功能如下。

(1)項(xiàng)目管理：實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目基本信息、設(shè)計(jì)階段信息、項(xiàng)目總體組配置管理等。

(2)計(jì)劃進(jìn)度管理：實(shí)現(xiàn)調(diào)度令管理、綜合進(jìn)度計(jì)劃管理、審核流程管理、BIM專業(yè)計(jì)劃、計(jì)劃進(jìn)度監(jiān)控和計(jì)劃進(jìn)度統(tǒng)計(jì)管理。

(3)勘察過程管理：主要包括勘察資料的收集、審核和勘察過程的檢查等，實(shí)現(xiàn)勘察任務(wù)書管理、勘察技術(shù)交底管理、勘察資料的管理。

(4)設(shè)計(jì)過程管理：實(shí)現(xiàn)二維與BIM設(shè)計(jì)過程管理，主要包括設(shè)計(jì)文件審核流程管理和設(shè)計(jì)資料互提流程管理。

(5)質(zhì)量管理：實(shí)現(xiàn)審核意見表單生成、審核意見確認(rèn)、審核意見匯總、資料審核過程抽查、資料審核過程統(tǒng)計(jì)的管理。

(6)技術(shù)管理：實(shí)現(xiàn)專業(yè)管理、專業(yè)分工管理、專業(yè)設(shè)計(jì)文件管理、互提資料規(guī)定的管理、勘察設(shè)計(jì)文件審核規(guī)定管理、數(shù)據(jù)接口管理、資料控制屬性管理等。

(7)系統(tǒng)管理：實(shí)現(xiàn)用戶信息、系統(tǒng)更新、角色與權(quán)限管理等。

2.4 多插件客戶端實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

為實(shí)現(xiàn)基于Autodesk核心設(shè)計(jì)軟件的協(xié)同插件，需對(duì)AutoCAD、Civil 3D、Revit、NavisWorks 4個(gè)專業(yè)設(shè)計(jì)軟件的二次開發(fā)方式、API、體系結(jié)構(gòu)、插件接口、協(xié)同設(shè)計(jì)過程管理功能集成的方式與方法進(jìn)行研究[13-14]。4個(gè)專業(yè)設(shè)計(jì)軟件的二次開發(fā)技術(shù)見表2[15-17]。

表2 AutoCAD、Civil 3D、Revit、NavisWorks開發(fā)技術(shù)

其中，NavisWorks軟件是一款用于分析、仿真和項(xiàng)目信息交流的先進(jìn)工具，具有強(qiáng)大的文件格式兼容性，借助NavisWorks二次開發(fā)，可以使得NavisWorks在模型聚合、模型查看、全方位項(xiàng)目審閱、施工管理、碰撞檢測(cè)、算量等方面的功能更加高效。NavisWorks二次開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)包括模型數(shù)據(jù)管理、插件管理和控件。其中，NavisWorks的模型數(shù)據(jù)管理是將原始模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成邏輯數(shù)據(jù)和全局?jǐn)?shù)據(jù)兩種類型，邏輯數(shù)據(jù)是將原始的邏輯結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換到NavisWorks場(chǎng)景中，它呈現(xiàn)出一種繼承(樹狀)結(jié)構(gòu)；全局?jǐn)?shù)據(jù)是為實(shí)現(xiàn)模型的快速優(yōu)化顯示。插件管理是將程序集成到NavisWorks里，大多表現(xiàn)為一個(gè)Navisworks的自定義菜單，主要包括9種類型的插件(圖5直觀描述了9種插件的類層級(jí)結(jié)構(gòu)關(guān)系)。AddInPlugin主要為GUI、應(yīng)用程序、自動(dòng)化所調(diào)用使用的插件。CommandHandlerPlugin主要用于向系統(tǒng)中添加多個(gè)命令處理程序和RIBBON按鈕，處理程序可以由API用戶直接調(diào)用，也可以通過命令按鈕來調(diào)用。DockPanePlugin用于向GUI添加?？棵姘宓牟寮ventWatcherPlugin用于處理NavisWorks API中的事件，該插件初始化被加載和激活，并且在會(huì)話期間保持活動(dòng)[18-20]?？丶夹g(shù)主要是把NavisWorks集成到應(yīng)用程序中，包括ApplicationControl、DocumentControl、ViewControl三種形式的控件。

圖5 插件的類層級(jí)結(jié)構(gòu)關(guān)系

.NET是微軟面向XML Web服務(wù)的平臺(tái)，使用.NET開發(fā)的應(yīng)用程序具有統(tǒng)一的面向?qū)ο箝_發(fā)平臺(tái)、內(nèi)存自動(dòng)管理、一致的異常處理、支持多種開發(fā)語(yǔ)言等優(yōu)點(diǎn)。為此，鐵路工程協(xié)同設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)基于.NET開發(fā)方式，采用C#語(yǔ)言開發(fā)，數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL Server 2012。

3 系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)

鐵路工程協(xié)同設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)根據(jù)鐵路行業(yè)工程設(shè)計(jì)要求，以文件級(jí)協(xié)同為協(xié)同模式，覆蓋鐵路勘察設(shè)計(jì)全過程管理，通過服務(wù)器虛擬化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)基于企業(yè)私有云的協(xié)同設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)。

(1)根據(jù)鐵路項(xiàng)目設(shè)計(jì)管理工作的特點(diǎn)，覆蓋鐵路勘察設(shè)計(jì)全過程管理，支持二維設(shè)計(jì)協(xié)同和三維BIM設(shè)計(jì)協(xié)同，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目管理、計(jì)劃進(jìn)度管理、設(shè)計(jì)流程管理、設(shè)計(jì)文件審核過程、互提資料交互過程管理、質(zhì)量控制管理等。

(2)采用插件式架構(gòu)技術(shù)，在日常使用的AutoCAD、Civil3D、Revit、NavisWorks等工作環(huán)境中集成協(xié)同設(shè)計(jì)過程管理功能，貼近了設(shè)計(jì)人員，減少了操作步驟，提高了工作效率。

4 系統(tǒng)應(yīng)用情況

鐵路工程協(xié)同設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)(Project on Line)于2017年5月正式上線，先后應(yīng)用在銀川至西安客運(yùn)專線、西寧至成都鐵路、西安至十堰高鐵、蘭州至張掖三四線、南寧至玉林鐵路、濟(jì)南至濱州城際等多個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)管理中，系統(tǒng)功能實(shí)用，流程清晰，滿足了勘察設(shè)計(jì)企業(yè)的管理要求，整體運(yùn)行效果良好，未出現(xiàn)任何系統(tǒng)故障。目前為止，該系統(tǒng)已經(jīng)覆蓋全院生產(chǎn)人員共計(jì)3300余人，累計(jì)管理項(xiàng)目上百個(gè)。該系統(tǒng)作為鐵路設(shè)計(jì)院基礎(chǔ)生產(chǎn)管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)項(xiàng)目的統(tǒng)一管理，并可根據(jù)鐵路設(shè)計(jì)院協(xié)同設(shè)計(jì)工作需要，不斷進(jìn)行擴(kuò)展，從而不斷提高我院生產(chǎn)工作效率，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語(yǔ)

基于插件式架構(gòu)的鐵路工程協(xié)同設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)，采用“桌面客戶端+插件式客戶端”的開發(fā)方式，與Autodesk核心軟件進(jìn)行深度集成，以文件級(jí)協(xié)同為協(xié)同模式，覆蓋鐵路項(xiàng)目勘察設(shè)計(jì)的全過程，全面支持二維設(shè)計(jì)協(xié)同和三維BIM設(shè)計(jì)協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目管理、計(jì)劃進(jìn)度管理、設(shè)計(jì)流程管理、設(shè)計(jì)文件審核過程、互提資料交互過程管理、質(zhì)量控制管理等。經(jīng)過在銀川至西安客運(yùn)專線、西寧至成都鐵路、西安至十堰高鐵等項(xiàng)目中的實(shí)際應(yīng)用，滿足了勘察設(shè)計(jì)企業(yè)的管理需求，顯著提高了鐵路項(xiàng)目設(shè)計(jì)管理的工作效率與工作質(zhì)量。