杜高科

（中鐵電氣化局集團有限公司，北京 100071）

1 引言

信號系統(tǒng)是鐵路系統(tǒng)的重要組成部分，該系統(tǒng)以其極具安全性而著稱。鐵路在創(chuàng)造經(jīng)濟效益的同時，需要大量的時間、人力、物力對信號系統(tǒng)進行維護。在鐵路信號系統(tǒng)的全生命周期中，設備的運營維護時間幾乎占據(jù)其生命全周期。本文首先對信號系統(tǒng)管理現(xiàn)狀進行分析，剖析現(xiàn)狀中關鍵問題的原因，探討其解決辦法，并結合BIM 技術，對該問題進行制定相應解決方案，在此基礎上構建基于BIM 技術的信號設備全生命周期管理方案。

2 信號系統(tǒng)管理現(xiàn)狀

國鐵順應時代發(fā)展，積極開展信息化建設，相較于國外鐵路系統(tǒng)，我國鐵路信號系統(tǒng)發(fā)展迅速，其信息化程度及穩(wěn)定性已達到相對較高的階段。目前，鐵路出行可以實現(xiàn)全程無紙化[1]。

與服務信息化形成鮮明對比的是鐵路建設、運維的作業(yè)、管理方式。管理仍采用紙質文件請示待批準后進行執(zhí)行，包括大量的二維圖紙及施工過程中的變更說明；后期的運維作業(yè)仍沿用紙質作業(yè)派送單，作業(yè)單采用手工錄入。信號系統(tǒng)的全生命周期過程中，參與人員極多，使得管理過程程序復雜，耗時較長。由于專項作業(yè)的重復性，運維人員作業(yè)效率低下，且紙質作業(yè)單經(jīng)作業(yè)人員及錄入人員手動處理，存在極大的不確定性，造成中間環(huán)節(jié)管控丟失。一線工作人員作業(yè)不受管控，通常以經(jīng)驗、常識等慣性思維進行設備的維護。造成這些狀況的原因可歸納為以下幾點。

2.1 標準不一，應用困難

鐵路項目的建設涉及建設方、設計方、施工方、咨詢方、監(jiān)理方等，各單位各司其職，且具有較強的行業(yè)慣性思維，對數(shù)據(jù)資料的理解程度存在偏差，各階段各單位出具的數(shù)據(jù)資料存在差異，對運維階段的數(shù)據(jù)應用產(chǎn)生較大阻礙。

2.2 作業(yè)獨立，信息不通

鐵路系統(tǒng)是一個多專業(yè)協(xié)同的龐大體系，在實際的建設、運維管理過程中，各專業(yè)相對獨立。對于信號系統(tǒng)來說，各專業(yè)協(xié)同作業(yè)極為重要，但往往協(xié)同作業(yè)不夠。各集團公司現(xiàn)有的作業(yè)并未完全實現(xiàn)工電供一體化，仍采用單專業(yè)作業(yè)，作業(yè)時間分散，安排相對獨立，人員、時間、設備的多樣性使得維修作業(yè)信息化更加困難。

2.3 技術受限，故障預警定位困難

信號集中監(jiān)測系統(tǒng)設計之初是為了對所轄范圍內(nèi)的信號設備進行狀態(tài)監(jiān)測，并留檔以供電務人員查找數(shù)據(jù)。但除部分模塊化設備具備自診斷報警功能外，其余設備均需要人工判斷數(shù)據(jù)的正確性并對故障點進行定位查找，在此過程中不同電務人員經(jīng)驗不同，會產(chǎn)生不同的判斷。

3 基于BIM的信號系統(tǒng)管理方法探索

BIM 技術是一種集成了可視化、協(xié)調性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖等技術于一體的數(shù)字化工具，為建筑行業(yè)的全生命周期管理提供了新的選擇方案，它將各模型之間的關聯(lián)信息、工程關聯(lián)信息等集成到各個模型中，構建出仿真建筑的真實信息[2]。

BIM 技術于2002 年伴隨Revit 的引入進入中國，目前該技術仍處于發(fā)展階段，但各行業(yè)對其關注度極高。2013 年，中國鐵路BIM 聯(lián)盟成立，致力于鐵路行業(yè)的標準、接口、平臺等研究并形成自己的行業(yè)體系，同時應用于實踐，為中國鐵路建設、運維管理提供新的平臺。BIM 技術已逐漸應用于建造施工階段，并對全生命周期中的應用進行試點。針對當下信號系統(tǒng)建設、運維存在的問題，本文以BIM 技術為有效手段對解決方法進行探索。

3.1 統(tǒng)一標準

鑒于信號系統(tǒng)全生命周期中多方參與的特點，容易產(chǎn)生各行業(yè)慣性思維偏差，須以運營方為主、建設方為輔，其他單位協(xié)同對各個階段的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一標準規(guī)劃，以滿足后期運維階段的需求。制定設計、施工階段BIM 模型向運維期模型交付的內(nèi)容、方法和標準規(guī)范，建立統(tǒng)一的模型體系，集成各參與方的改動意見，以便于運維階段的數(shù)據(jù)查詢與應用。

3.2 信息互聯(lián)互通

當下鐵路建設中，常用的BIM 軟件不同，造成各專業(yè)之間信息無法交互。有效的解決辦法是增加軟件平臺上的數(shù)據(jù)接口層，對不同專業(yè)、不同格式、不同階段的數(shù)據(jù)進行關聯(lián)。圖1 為全生命周期信息管理架構。在IFC 標準的基礎上，兼容性較好的平臺數(shù)據(jù)可實現(xiàn)交互；在非IFC 標準體系的軟件平臺上，通過二次開發(fā)，增加數(shù)據(jù)接口，可實現(xiàn)跨平臺的信息互聯(lián)互通[3]。

圖1 信號系統(tǒng)全生命周期信息管理架構

3.3 數(shù)據(jù)可視化

以BIM 可視化引擎，實現(xiàn)道床、鋼軌、車列、信號機、轉轍機、電纜、室內(nèi)設備等真實仿真模型，實現(xiàn)設備的真實位置、尺寸、狀態(tài)等信息的直觀展示，通過燈光、陰影渲染，空間漫游，實現(xiàn)超真實信號系統(tǒng)運行狀態(tài)的展示，為施工、維護人員提供直觀的參考，以便于運維工作的順利進行。在二維圖紙的基礎上實現(xiàn)三維數(shù)據(jù)的翻模，對各專業(yè)的接口信息、信號工程的差、錯、漏等問題進行精確檢查。圖2 為二維數(shù)據(jù)的三維可視化[4]處理過程。

圖2 二維數(shù)據(jù)—三維數(shù)據(jù)可視化過程

3.4 故障預警定位

在后期運維的故障處理機制中，接入設備狀態(tài)信息，對設備狀態(tài)信息進行有效參數(shù)化，結合當前科研成果中的故障檢測等方法，將各設備的故障進行分類管理，制定不同設備不同故障類型的應急處理辦法。設備發(fā)生故障后，將故障檢測和定位結果直觀顯示在設備模型中，便于維護人員快速進行故障判斷并趕赴現(xiàn)場進行處理。

4 基于BIM的信號系統(tǒng)全生命周期管理架構

基于BIM 的信號全生命周期包含從信號系統(tǒng)的設計到施工再到運營維護。全生命周期的管理須以全自動化的管理平臺為基礎。該平臺以規(guī)范化的信號系統(tǒng)設計結果為基礎，吸收市場現(xiàn)有/投入生產(chǎn)的軟件平臺的長處，能兼容處理不同的數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)現(xiàn)有平臺的全接入。搭建三維仿真系統(tǒng)對信號系統(tǒng)的設計結果進行核查，對設計沖突進行精確查找，可視化對接施工建造過程，實時掌握建設進度及工程質量，對交付的項目進行信號各子系統(tǒng)管理[5]。

交付后的設備運維是設備全生命周期工作的重中之重，其在交付運營階段的運維管理方案如下：以各專業(yè)、各子系統(tǒng)的特點為基礎，滿足鐵路運維的信息化管理需求，該信息化管理體現(xiàn)在不同運維階段的臺賬信息管理、設備模型的管理、生產(chǎn)計劃的管理等，實時采集數(shù)據(jù)、已知標準和已有數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)各專業(yè)之間的聯(lián)通。鐵路信號系統(tǒng)綜合管理平臺架構如圖3所示。

圖3 鐵路信號系統(tǒng)綜合管理平臺架構

通過現(xiàn)場勘測，對室內(nèi)外設備進行設計，并進行同步施工，室內(nèi)外施工實施基于BIM 的施工過程管理，室內(nèi)外施工由設備承包方進行設備安裝調試，并對關鍵設備進行監(jiān)測線路安裝，運營方根據(jù)驗收成果建立設備臺賬以便于后期運維管理。

基于BIM 鐵路信號系統(tǒng)綜合管理系統(tǒng)與工務、電務、供電、房建等專業(yè)運維管理系統(tǒng)通過傳輸通道(如鐵路局集團公司網(wǎng)絡、4G 等)進行設備的數(shù)據(jù)傳輸，對生產(chǎn)作業(yè)任務進行拆分、整合，協(xié)同各專業(yè)進行運檢計劃任務的編制、任務調度等功能。

基礎數(shù)據(jù)庫的建設是為了實現(xiàn)各個階段基礎數(shù)據(jù)的信息化存儲，便于交付以及后期運維工作查證，支撐運維平臺的基礎構建，基礎數(shù)據(jù)庫包括設備監(jiān)測數(shù)據(jù)、二維/ 三維模型數(shù)據(jù)等。

模型數(shù)據(jù)標準是實現(xiàn)運維階段各類數(shù)據(jù)規(guī)范化應用的基礎。為滿足運營單位實際需求，需對竣工、交付模型進行滿足5級精度的構建。數(shù)據(jù)標準規(guī)定，模型精度達到4 級深度（信息深度、幾何深度），才可實現(xiàn)對設施設備的詳細描述。

鐵路信號系統(tǒng)綜合管理平臺基于開放的互聯(lián)網(wǎng)進行各級通信，由于全生命周期中各階段參與方人員較多，存在信息安全風險，運維網(wǎng)絡平臺的安全保障體系旨在從用戶、網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)等各方面實際管理中挖掘風險所在，建立完備的安全風險管理辦法，從方針、政策、制度、規(guī)范等方面完善安全保障機制，以保障綜合管理平臺的安全、穩(wěn)定、可靠運行。

5 總結與展望

基于BIM 的信號綜合管理繼承了傳統(tǒng)的信號系統(tǒng)運維管理方法的長處并加以創(chuàng)新，BIM 技術使得鐵路信息化建設更上一層樓，將推動行業(yè)發(fā)展并發(fā)揮更加深遠的作用。

BIM 技術將促進信號系統(tǒng)建設、運維管理水平不斷提高。隨著BIM 技術在鐵路建設運營中的逐步應用，生產(chǎn)管理、標準化的數(shù)據(jù)采集管理存儲、多方剛性需求將促使技術、理念不斷更新迭代，形成良性循環(huán)，帶動鐵路建設、運維管理工作水平的不斷提高。

本文在分析信號系統(tǒng)建設、運維現(xiàn)狀的基礎的上，對BIM技術在信號系統(tǒng)綜合管理應用中的優(yōu)勢進行闡述，對面向全生命周期的信號系統(tǒng)綜合管理平臺建設方案進行了設計，并對占據(jù)設備全生命周期的運維管理平臺的建設進行了詳細介紹。BIM 技術的應用順應鐵路信息化發(fā)展潮流，將加快鐵路信息化、數(shù)字化的建設過程，并對鐵路行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生深遠影響。