王玲玲，劉立海，李瑞敏

（1.通號工程局集團有限公司，北京 100070；2.中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司，武漢 430063）

1 概述

當前中國智能鐵路發(fā)展進入快車道，現(xiàn)代工程建造技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用、新型基礎(chǔ)設(shè)施等正在賦能鐵路基礎(chǔ)設(shè)施全生命周期高質(zhì)量發(fā)展，推動數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化升級。通信信號系統(tǒng)作為鐵路的“神經(jīng)和大腦”，輸送鐵路數(shù)據(jù)，指揮列車運行，在鐵路基礎(chǔ)設(shè)施中已率先一步演進為數(shù)字實體，但其工程建設(shè)的數(shù)字化程度還非常低，表現(xiàn)在工程施工勞動密集程度高、工程管理模式粗放、工業(yè)化程度低、與各專業(yè)接口資源消耗大等困境和問題比較突出，亟待通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級提供技術(shù)支撐，進一步創(chuàng)新工程建造技術(shù)，深化工程勘察設(shè)計，強化施工過程管控，提高鐵路建設(shè)投資質(zhì)量和效益，提升鐵路工程建造和建設(shè)管理水平。2021年底，中國鐵道學(xué)會通信信號分會發(fā)布《中國鐵路通信信號工程數(shù)字化轉(zhuǎn)型白皮書》，對國內(nèi)外數(shù)字化轉(zhuǎn)型宏觀形勢、建筑行業(yè)和鐵路行業(yè)發(fā)展趨勢進行分析，總結(jié)近年來中國鐵路通信信號工程建設(shè)領(lǐng)域的痛點，從建設(shè)單位、設(shè)計單位、施工單位、運維單位等建設(shè)各方獲取生產(chǎn)層面以及企業(yè)運營層面的數(shù)字化需求，從工程設(shè)計、工程施工、建維一體等工程建設(shè)全生命周期提出轉(zhuǎn)型發(fā)展建議，為今后特別是未來“十四五”期間的通信信號工程建設(shè)數(shù)字化發(fā)展指出一些目標導(dǎo)向。

2 工程設(shè)計數(shù)字化

鐵路通信信號工程設(shè)計數(shù)字化的輸出是全數(shù)字化樣品，實現(xiàn)全專業(yè)、全過程、全參與方的設(shè)計數(shù)字化成果交付。也就是在實體項目建設(shè)開工之前，集成各參與方與生產(chǎn)要素，通過全數(shù)字化打樣，減少各種工程風險，實現(xiàn)設(shè)計方案、施工組織方案和運維方案的優(yōu)化以及全生命周期的成本優(yōu)化，保障大規(guī)模定制生產(chǎn)和施工建造的可實施性，交付包含全過程信息和模型的完整數(shù)字化樣品。

一方面，工程設(shè)計的數(shù)字化能夠通過數(shù)字化的設(shè)計手段提升現(xiàn)有的設(shè)計水平，實現(xiàn)高效、高質(zhì)量設(shè)計，并通過數(shù)字化設(shè)計成果指導(dǎo)生產(chǎn)、施工與運維，提高工程效率與質(zhì)量；另一方面，通過工程全數(shù)字化樣品虛體與現(xiàn)實世界物理實體的聯(lián)動，加快鐵路設(shè)計的優(yōu)化升級，實現(xiàn)設(shè)計全過程的動態(tài)管理，為后續(xù)的施工、運維科學(xué)決策提供參考，深度貫通項目的全生命周期。

鐵路通信信號工程數(shù)字化設(shè)計流程主要包括線路、站場、橋梁、隧道、路基、房建、地質(zhì)、接觸網(wǎng)、供變電、電力、給排水、車輛等其他專業(yè)的設(shè)計輸入和需求，通信信號系統(tǒng)建模，數(shù)字化設(shè)計，模擬仿真與優(yōu)化，數(shù)字化設(shè)計協(xié)同和數(shù)字化輸出，如圖1所示。

鐵路通信信號工程設(shè)計數(shù)字化應(yīng)重點實現(xiàn)設(shè)計管理數(shù)字化、設(shè)計協(xié)同數(shù)字化、通信信號系統(tǒng)設(shè)計與其他專業(yè)的交互（輸入和設(shè)計協(xié)同）設(shè)計數(shù)字化，有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲標準、采用云端構(gòu)件庫和空間庫、智能化的設(shè)計建模和數(shù)字模擬仿真與優(yōu)化。

3 工程施工數(shù)字化

鐵路通信信號工程施工數(shù)字化是指將數(shù)字化技術(shù)運用于鐵路通信信號工程施工過程中，提升施工技術(shù)的機械化、信息化、智能化水平，實現(xiàn)施工現(xiàn)場工業(yè)化、智能化，使圖紙細化到作業(yè)指導(dǎo)書，任務(wù)排程最小到工序，工序工法標準化，同時實現(xiàn)對人員、物資、進度、成本、質(zhì)量、安全等的數(shù)字化管理，提升工程施工效率、施工質(zhì)量，控制工程成本，保障施工安全，保證工程按期交付，將鐵路通信信號工程施工提升到工業(yè)制造的精細化水平，以建設(shè)精品工程、精益工程、智能工程、綠色工程為目標，為鐵路建設(shè)由規(guī)模速度向質(zhì)量效益轉(zhuǎn)變奠定基礎(chǔ)。

鐵路通信信號工程施工數(shù)字化以提高生產(chǎn)效率、提升工程質(zhì)量、有利于施工安全、改善作業(yè)環(huán)境為目標，遵循智能化、信息化、自動化、機械化的原則，從工廠化預(yù)配提升建造工業(yè)化程度、機械化施工提升作業(yè)效率、專業(yè)化施工提升工程質(zhì)量、數(shù)字化施工提升精益化管理程度。針對應(yīng)用了新建造技術(shù)的工程，應(yīng)在施工組織設(shè)計、施工工藝或施工作業(yè)指導(dǎo)書中明確智能建造的相關(guān)內(nèi)容。工程項目宜根據(jù)項目特點確定整體智能建造等級，明確等級指標，項目實施過程中應(yīng)依據(jù)相應(yīng)等級配置要求進行評估。鐵路通信信號工程施工數(shù)字化方向如圖2所示。

鐵路通信信號工程施工企業(yè)將逐漸從輕資產(chǎn)向重資產(chǎn)重裝備轉(zhuǎn)型，交付服務(wù)能力從勞動密集型建造為主向機械化建造為主轉(zhuǎn)化，組建裝備運維常設(shè)項目部，對新建造技術(shù)、人才、裝備進行集約化管理、科學(xué)排工組織、可持續(xù)發(fā)展。

4 建維一體數(shù)字化

隨著新ICT技術(shù)的不斷運用，系統(tǒng)復(fù)雜度提升，運維單位越來越需要提前介入建設(shè)項目管理工作，為后續(xù)更順暢地接管運營和維護奠定基礎(chǔ)，同時，提前介入理念也是建設(shè)精品工程、放心工程、有效消除質(zhì)量問題和運營安全隱患的重要保障。提前介入的目的是提前熟悉項目建設(shè)標準、了解設(shè)備使用功能、掌握運營設(shè)施及狀況、全過程參與施工圖審核優(yōu)化。通信信號工程建設(shè)階段提前介入工作如圖3所示。

通過介入小組全方位參與建設(shè)過程，以起到指導(dǎo)、審查、監(jiān)督、盯控、信息傳遞的作用，這一過程中數(shù)字化技術(shù)的運用，將進一步推動建設(shè)與運維的全流程打通，實現(xiàn)設(shè)計、施工、驗收數(shù)據(jù)的生命周期流動，對過程進行全方位記錄，從人、物、數(shù)三維視角，在工程檔案數(shù)字化、工程移交數(shù)字化、工程運維數(shù)字化方面發(fā)揮建維一體化的作用，更進一步提升工程質(zhì)量。

4.1 工程檔案數(shù)字化

設(shè)立數(shù)字化檔案存儲區(qū)，開發(fā)項目文件形成檔案管理系統(tǒng)，便于維護、統(tǒng)一管理和備份方便，降低檔案丟失等安全風險，減少軟硬件成本。以檔案數(shù)字化作為前提，搭建同時面向企業(yè)級和項目級的數(shù)字化工程檔案。

4.2 工程移交數(shù)字化

運維單位提前介入建設(shè)過程應(yīng)考慮對相關(guān)需求落實為相互認可的形式，最終主要表現(xiàn)在工程竣工時工程數(shù)據(jù)移交的統(tǒng)一要求上，可采用傳統(tǒng)工程資料（如勘察報告、隱蔽工程資料、驗收資料、竣工資料、安全質(zhì)量管控資料等）的數(shù)字化移交或者新型數(shù)字資產(chǎn)（如BIM模型、傾斜攝影、全息影像、硬件監(jiān)測數(shù)據(jù)、項目管理行為數(shù)據(jù)等）的移交。

4.3 工程運維數(shù)字化

運維單位能夠充分利用建設(shè)過程的數(shù)據(jù)、系統(tǒng)、成果，為工程轉(zhuǎn)入運營期奠定基礎(chǔ)，工程運維數(shù)字化通過數(shù)字化技術(shù)把通信信號設(shè)施升級為可追溯、可感知、可分析、自動控制乃至自適應(yīng)的智慧化系統(tǒng)和生命體。

5 BIM助力數(shù)字孿生工程

工程數(shù)字化轉(zhuǎn)型的最終目標是實現(xiàn)數(shù)字孿生工程，BIM技術(shù)是數(shù)字孿生形成的核心技術(shù)，它是工程設(shè)計、施工、建維一體的重要技術(shù)支撐，是實現(xiàn)鐵路通信信號工程全生命周期應(yīng)用的紐帶。在鐵路通信信號領(lǐng)域，同樣存在著BIM建模技術(shù)的“卡脖子”現(xiàn)狀，當前正值鐵路通信信號工程數(shù)字化轉(zhuǎn)型初期，應(yīng)同步注重初生代國產(chǎn)化BIM基礎(chǔ)建模軟件對底層數(shù)據(jù)進行深層次開發(fā)利用，隨著國產(chǎn)軟件的技術(shù)升級，加強BIM技術(shù)和行業(yè)的深入融合，引導(dǎo)BIM廠商為鐵路行業(yè)開展特色開發(fā)，特別是推廣通信信號專業(yè)的BIM模型庫建設(shè)和調(diào)用，以及BIM工程模型在三維設(shè)計、分析模擬、指導(dǎo)預(yù)制預(yù)配、深化設(shè)計指導(dǎo)施工、三維數(shù)據(jù)可視化、多方協(xié)同項目管理、數(shù)字移交運維等工程建設(shè)全生命周期的充分應(yīng)用。BIM技術(shù)在通信信號工程中的應(yīng)用如圖4所示。

6 小結(jié)

建設(shè)通信信號工程數(shù)字化生態(tài)，需要將BIM等新技術(shù)融入到從工程設(shè)計、工程施工到建維一體的工程全生命周期中，打造基于數(shù)字孿生的工程建設(shè)與管理。在工程設(shè)計階段，通過制圖建模數(shù)字化、設(shè)計管理數(shù)字化等手段提升現(xiàn)有設(shè)計水平，同時具備基于工程實時數(shù)據(jù)的分析統(tǒng)計，為參建各方不同層面提供集控與決策能力。在工程施工階段，以提高生產(chǎn)效率、提升工程質(zhì)量、有利于施工安全、改善作業(yè)環(huán)境為目標，著力提升通信信號工程建造的機械化、信息化、智能化水平，從而達到降低勞動強度、提高工作效率和保證施工質(zhì)量，深化智能工裝的研究與應(yīng)用，通過各類智能工裝的投入使用，實現(xiàn)全方位智能建造技術(shù)的新突破。在建維一體階段，形成統(tǒng)一有效的數(shù)字化認證手段，全面提高工程數(shù)字化應(yīng)用質(zhì)量，實現(xiàn)工程移交數(shù)字化與工程運維數(shù)字化，通過數(shù)字化把通信信號工程升級為可感知、可分析、自動控制，乃至自適應(yīng)的智慧化系統(tǒng)和生命體，為運維人員、鐵路旅客創(chuàng)造美好的工作和生活環(huán)境。