何 晨，何越磊，魏麗麗HE Chen, HE Yuelei, WEI Lili

（上海工程技術(shù)大學(xué) 城市軌道交通學(xué)院，上海 201620）

0 引 言

近年來(lái)，我國(guó)城市軌道交通行業(yè)飛速發(fā)展，各地軌道交通建設(shè)速度、規(guī)模和發(fā)展都取得了令人矚目的成就。在城市軌道交通行業(yè)日益發(fā)展的今天，行車(chē)安全始終是城市軌道交通運(yùn)營(yíng)安全中最重要、最核心的部分，而道岔作為線(xiàn)路上的薄弱環(huán)節(jié)，更是日常養(yǎng)護(hù)維修的重點(diǎn)和難點(diǎn)。地鐵道岔在運(yùn)維期間會(huì)產(chǎn)生大量管理資料，其資料呈現(xiàn)形式多樣，且歸屬于工務(wù)、通號(hào)兩個(gè)部門(mén)管理，很容易發(fā)生資料缺失、信息斷層、管理脫節(jié)、應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等問(wèn)題，無(wú)法對(duì)資料進(jìn)行統(tǒng)一合理的調(diào)配。在傳統(tǒng)的管理模式下，工電部門(mén)各自對(duì)自己專(zhuān)業(yè)相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)備負(fù)責(zé)，信息相對(duì)閉塞，且雙方在進(jìn)行聯(lián)檢聯(lián)修的時(shí)候，信息的傳遞存在滯后性。為了促進(jìn)工電部門(mén)的信息交流與數(shù)據(jù)共享，本文基于BIM 技術(shù)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)地鐵道岔運(yùn)維管理平臺(tái)，基于Unity3D 平臺(tái)開(kāi)發(fā)生產(chǎn)資料查看、常見(jiàn)故障檢索及聯(lián)檢聯(lián)修可視化三個(gè)功能模塊，將三維模型與數(shù)據(jù)信息關(guān)聯(lián)，更具直觀性，能有效提升運(yùn)維管理的效率。

1 BIM 技術(shù)簡(jiǎn)介

BIM，即建筑信息模型，屬于一項(xiàng)基于CAD 的創(chuàng)新型技術(shù)。BIM 技術(shù)具有共享性，不同于CAD，BIM 支持多軟件共同支撐，是一項(xiàng)更多體現(xiàn)在團(tuán)隊(duì)運(yùn)動(dòng)上的三維設(shè)計(jì)工具，BIM 技術(shù)實(shí)施的過(guò)程其本質(zhì)就是一種協(xié)同的過(guò)程。

BIM 技術(shù)具有可視化、協(xié)調(diào)性、優(yōu)化性等特點(diǎn)。依托BIM 在可視化方面的優(yōu)勢(shì)，將三維模型與信息數(shù)據(jù)相連接，將紙質(zhì)的、抽象的信息以可視化的方式表達(dá)出來(lái)。在工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)階段可以協(xié)調(diào)多方參與，協(xié)調(diào)碰撞問(wèn)題，施工階段模擬施工進(jìn)度，優(yōu)化施工方案，為后期運(yùn)維管理創(chuàng)造條件。

將BIM 技術(shù)引入地鐵道岔運(yùn)維管理方面，建立地鐵道岔部位的參數(shù)化信息模型，通過(guò)搭建可視化平臺(tái)，使得工電部門(mén)在可視化場(chǎng)景下實(shí)現(xiàn)日常的設(shè)備結(jié)構(gòu)管理以及聯(lián)檢聯(lián)修作業(yè)進(jìn)度的查詢(xún)，有效促進(jìn)兩個(gè)部門(mén)的信息共享，提高地鐵道岔運(yùn)維管理效率。

2 平臺(tái)需求分析

道岔是地鐵行車(chē)的關(guān)鍵部位，它構(gòu)造復(fù)雜，結(jié)構(gòu)薄弱，是工、電雙方日常養(yǎng)護(hù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。由于道岔設(shè)備分屬工務(wù)和通號(hào)兩家單位管理，存在專(zhuān)業(yè)結(jié)合部的問(wèn)題，設(shè)備上互相牽涉、相互影響，當(dāng)某個(gè)設(shè)備發(fā)生故障或某處位置出現(xiàn)病害得不到及時(shí)整治，就會(huì)影響整套設(shè)備的正常使用。因此，協(xié)調(diào)統(tǒng)籌工電部門(mén)工作，是實(shí)現(xiàn)地鐵道岔運(yùn)維管理有序進(jìn)行的重要前提。

根據(jù)地鐵維保部門(mén)制定的道岔聯(lián)檢聯(lián)修有關(guān)規(guī)定，工電聯(lián)檢內(nèi)容主要是對(duì)道岔區(qū)段內(nèi)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)整治，是確保行車(chē)安全的重要一環(huán)，也是其他各部門(mén)聯(lián)檢工作開(kāi)展的基礎(chǔ)保障。在實(shí)際管理中，工電雙方對(duì)自身聯(lián)檢范圍和工作內(nèi)容都有明確的劃分，彼此之間數(shù)據(jù)僅為自己部門(mén)管理，信息交流閉塞，對(duì)于聯(lián)檢聯(lián)修工作的開(kāi)展不夠及時(shí)，巡檢數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存與管理方式單一，容易造成丟失等問(wèn)題。

因此，本文設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)地鐵道岔運(yùn)維管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)道岔部位設(shè)備結(jié)構(gòu)的信息化管理，提高工電部門(mén)管理效率，在保證兩個(gè)部門(mén)自身權(quán)利不受影響的前提下，促進(jìn)雙方的數(shù)據(jù)信息共享。

3 平臺(tái)功能設(shè)計(jì)

本文考慮到工務(wù)和通號(hào)兩個(gè)部門(mén)對(duì)地鐵道岔部位日常維護(hù)管理的實(shí)際需求，對(duì)地鐵道岔運(yùn)維管理平臺(tái)進(jìn)行相應(yīng)的功能模塊設(shè)計(jì)。主要分為生產(chǎn)信息模塊、故障檢索模塊和工電聯(lián)檢聯(lián)修模塊。主要功能框架如圖1 所示。

圖1 地鐵道岔運(yùn)維管理平臺(tái)功能框架

3.1 權(quán)限劃分

本文所設(shè)計(jì)的平臺(tái)供工務(wù)和通號(hào)兩個(gè)部門(mén)共同使用，從保障兩個(gè)部門(mén)自身權(quán)益以及保護(hù)數(shù)據(jù)權(quán)威性的角度出發(fā)，將兩個(gè)部門(mén)的權(quán)限進(jìn)行劃分，具體權(quán)限劃分如圖2 所示。

圖2 權(quán)限劃分結(jié)構(gòu)

3.2 生產(chǎn)信息模塊

生產(chǎn)信息模塊主要是儲(chǔ)存管理地鐵道岔部位設(shè)備結(jié)構(gòu)的各類(lèi)生產(chǎn)信息。從設(shè)計(jì)階段開(kāi)始的設(shè)計(jì)圖紙、施工階段的安裝指導(dǎo)、技術(shù)手冊(cè)等文件以及各類(lèi)設(shè)備基礎(chǔ)信息，都與該設(shè)備的三維模型建立連接，通過(guò)點(diǎn)擊設(shè)備模型，進(jìn)行交互操作，選擇相應(yīng)的功能模塊進(jìn)行信息的查看。

此外，生產(chǎn)信息模塊還用于維護(hù)指導(dǎo)。為更具有直觀的指導(dǎo)作用，利用Unity3D 內(nèi)置Animation 插件，對(duì)部分可拆解的設(shè)備制作拆裝動(dòng)畫(huà)，通過(guò)點(diǎn)擊UI 按鈕播放拆裝動(dòng)畫(huà)，指導(dǎo)上線(xiàn)人員進(jìn)行設(shè)備的拆裝工作。

3.3 故障檢索模塊

基于故障樹(shù)原理由上而下建立故障樹(shù)，層層推導(dǎo)故障及其引起的原因，直至獲得最小不可分割的割集。通過(guò)大量查閱文獻(xiàn)資料，廣泛搜集現(xiàn)場(chǎng)工人經(jīng)驗(yàn)歸納總結(jié)建立起故障知識(shí)庫(kù)，建立流程如圖3 所示。知識(shí)庫(kù)可隨著實(shí)際案例的不斷增加而不斷更新，逐漸擴(kuò)大其知識(shí)庫(kù)的知識(shí)儲(chǔ)備。用戶(hù)在顯示窗口輸入故障現(xiàn)象，即可檢索到故障原因及相應(yīng)的維修措施。對(duì)于日常檢修的人員來(lái)說(shuō)，可以快速定位故障發(fā)生的位置，并獲取準(zhǔn)確地解決措施，可以有效提高治理病害排除故障的效率。

圖3 知識(shí)庫(kù)建立流程

3.4 工電聯(lián)檢聯(lián)修模塊

該模塊主要為工電部門(mén)聯(lián)檢聯(lián)修而設(shè)計(jì)。工務(wù)和通號(hào)部門(mén)可以記錄本部門(mén)的巡檢數(shù)據(jù)，儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，供雙方部門(mén)隨時(shí)查看。對(duì)于工電聯(lián)檢聯(lián)修作業(yè)，從提交作業(yè)計(jì)劃申報(bào)到故障處理進(jìn)度的追蹤，都可以在該模塊內(nèi)實(shí)現(xiàn)，雙方具有權(quán)限去及時(shí)了解信息，避免本部門(mén)的關(guān)聯(lián)設(shè)備受到影響，極大程度上簡(jiǎn)化了兩個(gè)部門(mén)的信息交流方式。

兩個(gè)部門(mén)可在線(xiàn)填寫(xiě)《檢查、整治驗(yàn)收記錄表》，記錄表按照記錄日期儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，輸入日期即可查看該日檢查記錄。記錄表中的各項(xiàng)檢查數(shù)據(jù)，兩個(gè)部門(mén)都要對(duì)其負(fù)責(zé)，因此僅當(dāng)兩個(gè)部門(mén)負(fù)責(zé)人均在簽字欄簽名后，該份記錄表顯示完成狀態(tài)，不然均為未完成狀態(tài)。兩個(gè)部門(mén)的編輯權(quán)限不同，每個(gè)部門(mén)僅能對(duì)本部門(mén)管轄范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯。

4 關(guān)鍵技術(shù)研究

4.1 參數(shù)化建模

采用Revit 軟件進(jìn)行BIM 建模，創(chuàng)建地鐵線(xiàn)路及其軌旁設(shè)備專(zhuān)業(yè)族庫(kù)。為了還原實(shí)際地鐵線(xiàn)路的布置狀態(tài)，需要將單個(gè)設(shè)備結(jié)構(gòu)與線(xiàn)路模型進(jìn)行組合。由于此項(xiàng)建模工作量大，操作機(jī)械，本文使用Revit 的內(nèi)置插件Dynamo 可視化編程技術(shù)，實(shí)現(xiàn)批量放置設(shè)備并修改參數(shù)的功能。通過(guò)使用內(nèi)置節(jié)點(diǎn)包并結(jié)合DesignScript 程序語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)按照規(guī)定坐標(biāo)批量放置設(shè)備模型，集中修改設(shè)備參數(shù)的功能，大大減小了建模壓力，提高建模效率。地鐵完整線(xiàn)路建模如圖4 所示。

圖4 地鐵完整線(xiàn)路建模

4.2 可視化場(chǎng)景

基于Unity3D 平臺(tái)進(jìn)行可視化場(chǎng)景搭建。將創(chuàng)建好的線(xiàn)路模型轉(zhuǎn)化為FBX 格式導(dǎo)入U(xiǎn)nity 中，通過(guò)Visual Studio 編寫(xiě)C#程序語(yǔ)言，調(diào)用Unity 提供的API 端口，通過(guò)實(shí)現(xiàn)IPointerClickHandler 接口來(lái)添加鼠標(biāo)點(diǎn)擊事件，將設(shè)備模型與交互操作界面相關(guān)聯(lián)，進(jìn)行交互設(shè)計(jì)。編寫(xiě)程序語(yǔ)言給Rotataion 屬性賦值，控制相機(jī)與目標(biāo)物體的相對(duì)距離不變，即使得相機(jī)繞著目標(biāo)物體旋轉(zhuǎn)。實(shí)現(xiàn)在可視化界面下，可以對(duì)操作界面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、縮放和拉近等操作，進(jìn)行多方位查看三維模型，如圖5 所示。

圖5 三維視角查看

4.3 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與連接

在地鐵道岔運(yùn)維管理平臺(tái)運(yùn)行時(shí)，其平臺(tái)所顯示和更新的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行集中的儲(chǔ)存和管理。創(chuàng)建MySQL 數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)平臺(tái)所涉及的用戶(hù)信息、故障信息和維護(hù)信息進(jìn)行儲(chǔ)存和管理，數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)如圖6 所示。

圖6 數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)

在數(shù)據(jù)庫(kù)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)Unity 與MySQL 的連接需要載入幾個(gè)相關(guān)的動(dòng)態(tài)庫(kù)。在連接過(guò)程中通過(guò)編寫(xiě)腳本代碼實(shí)現(xiàn)打開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)、關(guān)閉數(shù)據(jù)庫(kù)、對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行增刪改查等操作，以滿(mǎn)足用戶(hù)的信息服務(wù)需求。

5 總 結(jié)

本文設(shè)計(jì)了一種基于BIM 技術(shù)的地鐵道岔運(yùn)維管理平臺(tái)。該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)信息管理功能、常見(jiàn)故障檢索功能和工電聯(lián)檢聯(lián)修可視化功能，對(duì)解決工務(wù)和通號(hào)兩個(gè)部門(mén)的數(shù)據(jù)信息交流滯緩問(wèn)題，密切兩個(gè)部門(mén)的聯(lián)系，促進(jìn)提高地鐵道岔部位的運(yùn)維管理效率具有良好的應(yīng)用價(jià)值和前景。此外，該平臺(tái)還可以拓展到道岔部位的全生命周期管理中，依靠BIM 的信息傳遞屬性，集合設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等各個(gè)階段的數(shù)據(jù)，具有更多的可能性。