《中國鐵路通信信號工程數字化轉型白皮書》解讀

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.中鐵第四勘察設計院集團有限公司，武漢 430063）

1 概述

當前中國智能鐵路發展進入快車道，現代工程建造技術創新應用、新型基礎設施等正在賦能鐵路基礎設施全生命周期高質量發展，推動數字化、網絡化、智能化升級。通信信號系統作為鐵路的“神經和大腦”，輸送鐵路數據，指揮列車運行，在鐵路基礎設施中已率先一步演進為數字實體，但其工程建設的數字化程度還非常低，表現在工程施工勞動密集程度高、工程管理模式粗放、工業化程度低、與各專業接口資源消耗大等困境和問題比較突出，亟待通過數字化轉型升級提供技術支撐，進一步創新工程建造技術，深化工程勘察設計，強化施工過程管控，提高鐵路建設投資質量和效益，提升鐵路工程建造和建設管理水平。2021年底，中國鐵道學會通信信號分會發布《中國鐵路通信信號工程數字化轉型白皮書》，對國內外數字化轉型宏觀形勢、建筑行業和鐵路行業發展趨勢進行分析，總結近年來中國鐵路通信信號工程建設領域的痛點，從建設單位、設計單位、施工單位、運維單位等建設各方獲取生產層面以及企業運營層面的數字化需求，從工程設計、工程施工、建維一體等工程建設全生命周期提出轉型發展建議，為今后特別是未來“十四五”期間的通信信號工程建設數字化發展指出一些目標導向。

2 工程設計數字化

鐵路通信信號工程設計數字化的輸出是全數字化樣品，實現全專業、全過程、全參與方的設計數字化成果交付。也就是在實體項目建設開工之前，集成各參與方與生產要素，通過全數字化打樣，減少各種工程風險，實現設計方案、施工組織方案和運維方案的優化以及全生命周期的成本優化，保障大規模定制生產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字化樣品。

一方面，工程設計的數字化能夠通過數字化的設計手段提升現有的設計水平，實現高效、高質量設計，并通過數字化設計成果指導生產、施工與運維，提高工程效率與質量；另一方面，通過工程全數字化樣品虛體與現實世界物理實體的聯動，加快鐵路設計的優化升級，實現設計全過程的動態管理，為后續的施工、運維科學決策提供參考，深度貫通項目的全生命周期。

鐵路通信信號工程數字化設計流程主要包括線路、站場、橋梁、隧道、路基、房建、地質、接觸網、供變電、電力、給排水、車輛等其他專業的設計輸入和需求，通信信號系統建模，數字化設計，模擬仿真與優化，數字化設計協同和數字化輸出，如圖1所示。

鐵路通信信號工程設計數字化應重點實現設計管理數字化、設計協同數字化、通信信號系統設計與其他專業的交互（輸入和設計協同）設計數字化，有統一的數據存儲標準、采用云端構件庫和空間庫、智能化的設計建模和數字模擬仿真與優化。

3 工程施工數字化

鐵路通信信號工程施工數字化是指將數字化技術運用于鐵路通信信號工程施工過程中，提升施工技術的機械化、信息化、智能化水平，實現施工現場工業化、智能化，使圖紙細化到作業指導書，任務排程最小到工序，工序工法標準化，同時實現對人員、物資、進度、成本、質量、安全等的數字化管理，提升工程施工效率、施工質量，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制造的精細化水平，以建設精品工程、精益工程、智能工程、綠色工程為目標，為鐵路建設由規模速度向質量效益轉變奠定基礎。

鐵路通信信號工程施工數字化以提高生產效率、提升工程質量、有利于施工安全、改善作業環境為目標，遵循智能化、信息化、自動化、機械化的原則，從工廠化預配提升建造工業化程度、機械化施工提升作業效率、專業化施工提升工程質量、數字化施工提升精益化管理程度。針對應用了新建造技術的工程，應在施工組織設計、施工工藝或施工作業指導書中明確智能建造的相關內容。工程項目宜根據項目特點確定整體智能建造等級，明確等級指標，項目實施過程中應依據相應等級配置要求進行評估。鐵路通信信號工程施工數字化方向如圖2所示。

鐵路通信信號工程施工企業將逐漸從輕資產向重資產重裝備轉型，交付服務能力從勞動密集型建造為主向機械化建造為主轉化，組建裝備運維常設項目部，對新建造技術、人才、裝備進行集約化管理、科學排工組織、可持續發展。

4 建維一體數字化

隨著新ICT技術的不斷運用，系統復雜度提升，運維單位越來越需要提前介入建設項目管理工作，為后續更順暢地接管運營和維護奠定基礎，同時，提前介入理念也是建設精品工程、放心工程、有效消除質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標準、了解設備使用功能、掌握運營設施及狀況、全過程參與施工圖審核優化。通信信號工程建設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過程，以起到指導、審查、監督、盯控、信息傳遞的作用，這一過程中數字化技術的運用，將進一步推動建設與運維的全流程打通，實現設計、施工、驗收數據的生命周期流動，對過程進行全方位記錄，從人、物、數三維視角，在工程檔案數字化、工程移交數字化、工程運維數字化方面發揮建維一體化的作用，更進一步提升工程質量。

4.1 工程檔案數字化

設立數字化檔案存儲區，開發項目文件形成檔案管理系統，便于維護、統一管理和備份方便，降低檔案丟失等安全風險，減少軟硬件成本。以檔案數字化作為前提，搭建同時面向企業級和項目級的數字化工程檔案。

4.2 工程移交數字化

運維單位提前介入建設過程應考慮對相關需求落實為相互認可的形式，最終主要表現在工程竣工時工程數據移交的統一要求上，可采用傳統工程資料（如勘察報告、隱蔽工程資料、驗收資料、竣工資料、安全質量管控資料等）的數字化移交或者新型數字資產（如BIM模型、傾斜攝影、全息影像、硬件監測數據、項目管理行為數據等）的移交。

4.3 工程運維數字化

運維單位能夠充分利用建設過程的數據、系統、成果，為工程轉入運營期奠定基礎，工程運維數字化通過數字化技術把通信信號設施升級為可追溯、可感知、可分析、自動控制乃至自適應的智慧化系統和生命體。

5 BIM助力數字孿生工程

工程數字化轉型的最終目標是實現數字孿生工程，BIM技術是數字孿生形成的核心技術，它是工程設計、施工、建維一體的重要技術支撐，是實現鐵路通信信號工程全生命周期應用的紐帶。在鐵路通信信號領域，同樣存在著BIM建模技術的“卡脖子”現狀，當前正值鐵路通信信號工程數字化轉型初期，應同步注重初生代國產化BIM基礎建模軟件對底層數據進行深層次開發利用，隨著國產軟件的技術升級，加強BIM技術和行業的深入融合，引導BIM廠商為鐵路行業開展特色開發，特別是推廣通信信號專業的BIM模型庫建設和調用，以及BIM工程模型在三維設計、分析模擬、指導預制預配、深化設計指導施工、三維數據可視化、多方協同項目管理、數字移交運維等工程建設全生命周期的充分應用。BIM技術在通信信號工程中的應用如圖4所示。

6 小結

建設通信信號工程數字化生態，需要將BIM等新技術融入到從工程設計、工程施工到建維一體的工程全生命周期中，打造基于數字孿生的工程建設與管理。在工程設計階段，通過制圖建模數字化、設計管理數字化等手段提升現有設計水平，同時具備基于工程實時數據的分析統計，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，以提高生產效率、提升工程質量、有利于施工安全、改善作業環境為目標，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量，深化智能工裝的研究與應用，通過各類智能工裝的投入使用，實現全方位智能建造技術的新突破。在建維一體階段，形成統一有效的數字化認證手段，全面提高工程數字化應用質量，實現工程移交數字化與工程運維數字化，通過數字化把通信信號工程升級為可感知、可分析、自動控制，乃至自適應的智慧化系統和生命體，為運維人員、鐵路旅客創造美好的工作和生活環境。