趙文祥

（中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江杭州 311122）

1 引言

在國家政策大力扶持及新基建快速發(fā)展的背景下，我國的軌道交通迅猛發(fā)展，在建和運營里程均居于全球第一。在如此大規(guī)模的建設浪潮中，軌道交通工程由于其自身的復雜性，存在投資大、建設周期長、工程技術難度大、風險源多、設計參建單位多且溝通協(xié)同困難等痛難點。為解決上述痛難點，需要在設計、建設、運營各階段對軌道交通工程進行有效且科學的管理。設計作為其中的關鍵和基礎，是一種高智能的技術服務工作，其效果將會對軌道交通工程質量產生直接影響。

如今，以建筑信息模型（BIM）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、人工智能（AI）、云計算等為代表的新型數(shù)字技術方興未艾，其發(fā)展及應用為推動軌道交通設計方式變革、有效提升其設計管理效率和質量提供了新契機。在此背景下，利用新型數(shù)字技術搭建軌道交通工程設計管理系統(tǒng)，以便對軌道交通工程設計進行數(shù)字化管理，進而在行業(yè)內培育數(shù)字化應用生態(tài)，保障相關業(yè)務系統(tǒng)的安全、高效應用，成為大勢所趨。

2 軌道交通工程數(shù)字化管理現(xiàn)狀及問題

目前，我國軌道交通工程的數(shù)字化管理主要體現(xiàn)在利用以BIM為主的新型數(shù)字技術串聯(lián)設計、建設、運營階段，而對于相關技術的整合考慮較少。軌道交通業(yè)主及各參建方、科研機構等對于各類新型數(shù)字技術的探究仍處于試點應用階段，主要依托小型科研項目研究單一性的技術應用，應用落地案例均以片段式應用場景為導向，而且存在底層技術割裂、相關標準體系缺失、平臺偽協(xié)同、人才隊伍不足等問題。

具體而言，我國軌道交通工程數(shù)字化管理目前存在以下4方面問題。

（1）技術體系方面。我國軌道交通工程數(shù)字化管理技術體系未實現(xiàn)對AI、BIM+GIS、增強現(xiàn)實（AR）等最新關鍵技術的融合，技術架構落后且缺少自主創(chuàng)新能力，與行業(yè)生態(tài)聯(lián)系不夠緊密。

（2）標準化方面。我國軌道交通工程數(shù)字化管理無法兼顧行業(yè)內的適用性以及跨行業(yè)的通用性，缺少針對工程各階段業(yè)務場景的插拔式設計，無法實現(xiàn)核心業(yè)務功能的固化和復用，技術、數(shù)據(jù)、業(yè)務的標準化進程緩慢。

（3）業(yè)務方面。軌道交通工程數(shù)字化管理相關系統(tǒng)缺乏頂層設計和統(tǒng)一底座，行業(yè)上下游各掃門前雪”，片面協(xié)同，各方系統(tǒng)業(yè)務割裂，數(shù)據(jù)不通，普遍存在信息孤島問題。

（4）數(shù)據(jù)體系方面。軌道交通工程數(shù)字化管理無法實現(xiàn)跨行業(yè)、跨部門、跨階段的異構數(shù)據(jù)融合，無法深度挖掘軌道交通產業(yè)數(shù)據(jù)的價值（例如，實現(xiàn)與城市信息模型（CIM）平臺的數(shù)據(jù)對接，從而使軌道交通產業(yè)數(shù)據(jù)與城市數(shù)據(jù)融合），阻礙軌道交通業(yè)務數(shù)據(jù)的沉淀增值。

3 軌道交通工程設計管理系統(tǒng)架構

為了為軌道交通工程建設及設計單位提供工程建設全過程數(shù)字化設計管理解決方案，本研究以BIM、GIS、云計算等新型數(shù)字技術為基礎，以設計環(huán)境配置、模型數(shù)據(jù)校驗、圖模二三維聯(lián)動以及電子簽名、數(shù)字檔案等為核心，以高效、便捷、友好的用戶體驗為根本出發(fā)點，立足多源數(shù)據(jù)融合+多方線上協(xié)同+多場景集成應用，打造軌道交通工程設計管理系統(tǒng)，實現(xiàn)web端和移動端同步應用。該系統(tǒng)具備設計計劃管理、設計成果管理、設計變更管理、提受資管理、施工配合管理、報批報建管理和檔案管理功能，有助于實現(xiàn)軌道交通工程設計管理的提質增效。

3.1 總體架構

該系統(tǒng)總體架構包括交互層、應用層、支撐層3層，如圖1所示。

圖1 軌道交通工程設計管理系統(tǒng)總體架構

支撐層是整個系統(tǒng)的技術核心，為應用層的業(yè)務流程運行、數(shù)據(jù)的處理及展示提供強有力的技術保障，分為底層平臺和關鍵技術2部分。底層平臺包括基于微服務框架的底層技術平臺和基于云架構的工程數(shù)據(jù)驅動圖形引擎，關鍵技術包括設計管理標準化、電子簽章、BIM屬性校驗、二三維聯(lián)動。

應用層以用戶為中心，對多條線路統(tǒng)一進行用戶管理、角色管理、權限控制等基礎信息管理，并對設計報審、設計提受資和報建等業(yè)務模塊進行詳盡的功能與交互設計。用戶可以協(xié)調統(tǒng)一地進行高效、有序的管理工作。

交互層包括電腦（PC）端、移動端、大屏展示、平板電腦等，為用戶提供了高效便捷的協(xié)同工作環(huán)境。用戶可通過交互層查看和使用應用層中的各項功能，以實現(xiàn)對工程項目的高效、高整合度、智能化、信息化管理，達到提高其管理效率和經濟效益的目的。

3.2 技術架構

軌道交通工程設計管理系統(tǒng)是基于微服務框架打造的，具有快速、完善、靈活、便捷等技術特點，契合軌道交通企業(yè)整合多源數(shù)據(jù)、實施多端協(xié)同、支持多線網級應用的長期需求。其技術架構從下往上依次為基礎設施層、數(shù)據(jù)資源層、應用支撐層、應用層、訪問層，如圖2所示。

圖2 軌道交通工程設計管理系統(tǒng)技術架構

（1）基礎設施層，即基礎設施即服務（IaaS）層。以虛擬化、云計算、容器平臺等技術，提供按需獲取、按需調度的計算資源、存儲資源及網絡資源。

（2）數(shù)據(jù)資源層，即數(shù)據(jù)即服務（DaaS）層。負責對軌道交通工程BIM模型、GIS模型、業(yè)務數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)等進行存儲。根據(jù)存儲數(shù)據(jù)結構的不同，其可分為關系型數(shù)據(jù)庫、非關系型數(shù)據(jù)庫、分布式存儲、對象存儲等類型。

（3）應用支撐層，即平臺即服務（PaaS）層。負責實現(xiàn)應用服務的微服務化。根據(jù)職責不同，其可分為開發(fā)框架和基礎支撐平臺。其中，開發(fā)框架是業(yè)務系統(tǒng)基礎功能（如認證授權、流程引擎等）的封裝，基礎支撐平臺負責核心功能和組件復用。

（4）應用層，即軟件即服務（SaaS）層。包含軌道交通工程設計管理系統(tǒng)的各項業(yè)務功能模塊，分為設計管理模塊和基礎應用模塊2部分。

（5）訪問層。包含如大屏、PC端、移動端等多端接入。系統(tǒng)為不同的設備和使用場景設計了專有的用戶界面（UI）、交互和功能模塊，以方便用戶在不同端上的使用。

3.3 功能架構

軌道交通工程設計管理系統(tǒng)將傳統(tǒng)軌道交通的設計總包管理模式與新型數(shù)字技術相結合，采用總體設計、工點設計、系統(tǒng)設計全參與的分布式協(xié)同設計管理模式，實現(xiàn)了對參與方及流程的全覆蓋，具備報建管理、設計資料管理、設計進度管理、設計質量管理、設計變更管理、施工配合、檔案管理等功能，實現(xiàn)軌道交通工程設計提資、會簽、報審、交底、移交等全過程的數(shù)字化。系統(tǒng)功能架構如圖3所示。

圖3 軌道交通工程設計管理系統(tǒng)功能架構

3.4 數(shù)據(jù)架構

軌道交通工程設計管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)架構如圖4所示。

圖4 軌道交通工程設計管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)架構

（1）數(shù)據(jù)來源。軌道交通工程設計管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源包括設計圖紙、設計模型、設計標準、進度填報單、互提資料單、報審表單、施工配合數(shù)據(jù)、報建項目數(shù)據(jù)、設計資料歸檔等。所有數(shù)據(jù)均通過數(shù)據(jù)傳輸接口匯聚到軌道交通工程設計管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)層。

（2）數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)層負責以數(shù)據(jù)庫形式存儲模型數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)、項目數(shù)據(jù)等，其對數(shù)據(jù)標準進行了統(tǒng)一，以保障數(shù)據(jù)在系統(tǒng)各功能模塊之間的順暢流轉。

（3）數(shù)據(jù)處理。其內容包括：對各數(shù)據(jù)源匯入的數(shù)據(jù)進行校驗、整合、關系構建等入庫預處理操作，并存入元數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、對象存儲空間、模型數(shù)據(jù)庫、項目數(shù)據(jù)庫、服務數(shù)據(jù)庫及文件存儲空間；對BIM模型、GIS數(shù)據(jù)等進行模型格式轉換、坐標轉換及模型發(fā)布處理；對工程業(yè)務數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)模型轉換、基于主數(shù)據(jù)模型的模型解析、統(tǒng)計分析等處理；對需要進行工程管理智能化處理的數(shù)據(jù)，經過數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)建模、數(shù)據(jù)挖掘之后形成價值數(shù)據(jù)。

（4）數(shù)據(jù)服務。數(shù)據(jù)服務是數(shù)據(jù)處理過程的最終成果，包括工程管理智能化服務、工程數(shù)據(jù)管理服務、BIM+GIS可視化服務及基礎服務。

（5）數(shù)據(jù)應用。數(shù)據(jù)應用是利用數(shù)據(jù)服務功能，對所有經過處理的數(shù)據(jù)進行業(yè)務展示，包括設計成果查詢、提資管理、受資管理、設計進度管理、圖紙報審、模型報審、施工配合、報建項管理、檔案管理等業(yè)務模塊。

4 關鍵技術

4.1 圖模二三維聯(lián)動與校審技術

圖模二三維聯(lián)動與校審技術可同時實現(xiàn)三維模型與二維圖紙的數(shù)據(jù)聯(lián)動與交互聯(lián)動，采用BIM圖形引擎進行模型數(shù)據(jù)解析-映射-聯(lián)動三級處理，解決了圖模一致性無法判斷、多視圖切換觀察不便、圖模兩層皮修改等問題，實現(xiàn)了三維模型與二維圖紙的相互調用、校審同步，如圖5、圖6所示。這既可以發(fā)揮三維模型可視化的優(yōu)勢，又可以充分利用二維圖紙詳盡的設計說明和標注，使各方能夠快速理解設計意圖。

圖5 圖模二三維聯(lián)動示意圖

圖6 校審意見示意圖

4.2 基于程式化 BIM 構件庫的模型數(shù)據(jù)自動校驗技術

模型數(shù)據(jù)自動校驗技術基于微服務架構，實現(xiàn)BIM數(shù)據(jù)一體化管理，提供統(tǒng)一平臺化支撐服務。該技術旨在提高軌道交通行業(yè)BIM模型質量，解決當前行業(yè)內BIM數(shù)據(jù)標準無法落地及BIM模型屬性缺失、錯誤等問題。系統(tǒng)開發(fā)人員基于已有的BIM模型數(shù)據(jù)標準，構建以BIM模型數(shù)據(jù)工程域、構件分類樹、屬性池為核心的程式化BIM構件庫，實現(xiàn)了對線上移交BIM模型數(shù)據(jù)的自動校驗。該系統(tǒng)可提供基于BIM標準的模型一鍵式自動化校驗，生成模型預覽、文字報告等不同形式的模型屬性校驗報告，生成的校驗報告可通過在線或導出方式進行瀏覽，如圖7、圖8所示。

圖7 BIM模型屬性校驗結果可視化示意圖

圖8 BIM模型屬性校驗結果報告

4.3 集成電子簽章的數(shù)字檔案技術

集成電子簽章的數(shù)字檔案技術依照電子檔案整理的要求，涉及文件標準化→填寫標準化→編號標準化→流轉標準化→數(shù)據(jù)結構化→匯總自動化→分析智能化全過程，如圖9所示。該技術解決了電子文件法律效力保障、長期保存和在線歸檔問題，可基本保障數(shù)字檔案的真實性、完整性、可用性、安全性，并對各類檔案進行有效的日常跟蹤和全程管控，將紙堆變?yōu)樾畔①Y源，從而提高檔案移交的質量和及時性，提升檔案利用率。

圖9 電子簽章與數(shù)字檔案技術路線圖

4.4 基于云平臺的協(xié)同設計管理標準化技術

基于云平臺的協(xié)同設計管理標準化技術采用總體設計、工點設計、系統(tǒng)設計全參與的分布式協(xié)同設計管理模式，可實現(xiàn)軌道交通工程設計提資、會簽、報審、交底、移交等全過程的數(shù)字化，如圖10所示。該技術通過一系列的管理配置功能，滿足設計管理分級管控程序標準化、圖檔自動分發(fā)、會簽自動匹配、管理協(xié)作自動提醒、資料自動歸檔及授權共享等需求。

圖10 協(xié)同設計流程圖

5 結語

軌道交通工程設計管理系統(tǒng)基于對傳統(tǒng)設計管理模式數(shù)字化改造需求的挖掘與研究，利用BIM、GIS、AI、云計算等新型數(shù)字技術，以數(shù)據(jù)為核心價值，驅動工程設計創(chuàng)新應用，實現(xiàn)基于BIM技術的跨企業(yè)跨專業(yè)設計管理協(xié)同，支撐各方高效保質地開展BIM數(shù)字化設計、審查與管理活動。該系統(tǒng)已經分別在紹興地鐵、成都地鐵、杭紹城際鐵路等項目中得到應用，應用效果良好，有效解決了項目管理過程中管控難、標準難統(tǒng)一等問題，強化了企業(yè)設計管理監(jiān)控力度，提高其設計效率。