基于BIM 的地鐵車站機電設備維修管理系統設計

常 軍

（中鐵十九局集團電務工程有限公司，遼寧遼陽 111000）

0 引言

隨著國內經濟的不斷發展，城市化規模不斷擴大，城市軌道發展中地鐵逐漸成為主流的交通運輸方式。在地鐵建造過程中，車站會發展成為城市的交通樞紐。地鐵車站建造中會使用大量機電設備，這些設備直接關系到車站及地鐵的安全運行，屬于地鐵交通系統的核心裝置。但機電設備運行中負荷較大、環境復雜，而且設備維修專業性強、維修量大、技術復雜，對于設備運維人員的技術要求較高，容易出現維修效率低、質量差等問題。在地鐵車站相關的機電設備維修中綜合應用BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技術，建立立體化可視化信息模型，實現高效直觀的管理維護。因此現階段加強對于基于BIM 的地鐵車站機電設備維修管理系統的研究，借助可視化模型全程監控車站機電設備的運行狀態，高效排查可能出現的設備故障，更好地保障地鐵車站的安全可靠運營。

1 系統需求及目標定位

隨著城鎮化程度的不斷加快，越來越多的城市采用城市軌道交通以舒緩日益膨脹的交通問題，運營里程增加的同時，維修管理難度和工作量大幅增加。相較于西方發達國家，我國地鐵發展起步較晚，運營經驗與水平不足，尤其在設備維養護管理方面依然存在較大改善空間。

當前國內地鐵設備運行維護管理的需求及目標主要包括以下幾點。首先是通計劃性維修策略的制定，在地鐵設備管理中需要遵循預防性維修理念，改變固定周期進行設備維修的方式。在日常地鐵設備運行中通過監測分析了解其運行狀況，分析地鐵相關設備的損耗情況以及實際運轉狀態、損耗情況，預估地鐵設備未來可能出現的問題及使用壽命。同時要對地鐵運營中的設備耗材及維護管理人員等基礎資源的可利用情況進行綜合分析，根據地鐵運營的性能、可靠性等相關要求，針對性制定地鐵設備的維修管理計劃，以預防性策略縮小地鐵設備的維修范圍，盡量避免在維護管理中出現盲目維修問題，減輕不必要、不合理維修造成的進度過慢或維修過度等問題，從而降低地鐵設備的維修成本，逐步提升地鐵設備維修的現代化水平及維修效率。

其次，在綜合分析地鐵設備運行狀態的前提下，合理設置地鐵設備維修周期，同時在設備運行過程中定期記錄運行狀況、零件損耗情況以及環境變化等并對其進行評定分析，通過綜合研究分析確定設備壽命與地鐵相關設備的運轉頻次之間的關系，基于這種關系的判斷，更加科學合理地確定不同地鐵設備的運行維護周期，在最佳時間安排設備維護，既能保障設備的正常使用，也能減少不必要的維護，降低運行維護成本的同時，維持更加持久的平穩運行狀態。

另外，還要實現維修人員技術水平的有效強化。地鐵設備的運行涉及諸多專業，其中通信、供電和信號專業都需要較高的專業技術水平和豐富的從業經驗。而且由于地鐵運行負荷較大，在日常運行維護中也面臨較大的維修工作量。在地鐵設備的運行維護中，維修人員的專業技術水平直接關系地鐵設備的維修質量。而且在地鐵運行中，安全可靠是保障地鐵平穩安全運行的基礎前提，在日常工作中加強對于地鐵維修作業人員的專業技術培訓，有利于提升維護保養水平，從而更好地保障地鐵設備的維修保養質量，降低出現二次維修情況，確保地鐵高效平穩運行。

除此之外，還要充分利用計算機信息技術輔助維修人員開展設備維修工作。當今社會，各行各業對于信息技術的利用和依賴程度不斷加強，信息技術也給生產生活帶來諸多便利。在機械電氣設備的日常應用及維護管理中，信息技術也具有重要的作用。在地鐵機電設備的維護管理中合理應用計算機信息技術，能夠顯著提升機電設備的維修效果及質量。地鐵運行中使用的諸多技術流程相對復雜，需要綜合使用多種高精度的機電設備，對于這些機電設備的維護管理，采用傳統的維修手段難以保證工作時效和維護質量，因此需要綜合運用各種先進的智能化技術。BIM 的特點是利用軟件專業數據庫構建參數化三維模型，從而避免在建模過程中出現模型信息損失，實現模型信息的高效流轉，在此基礎上實現對于建筑施工運維的智能化管理。在地鐵車站維護管理中應用BIM 技術能夠快速準確地建立可視化的地鐵建筑BIM 模型，在此基礎上可以模擬動態維修操作，在虛擬實景中完成對于維修人員關于地鐵機電設備安裝及維護管理的培訓。本課題研究設計的針對地鐵車站機電設備維修管理的系統模型如圖1 所示。

圖1 地鐵車站機電設備維修管理系統模型

2 系統信息需求分析

2.1 系統信息分類

在BIM 技術支持下，結合地鐵車站機電設備的基本特點，統一BIM 軟件的建模規范，根據地鐵車站內機電設備的類型以及不同設備的安裝空間屬性等信息，對所有機電設備進行統一標準化命名，在軟件中針對每個設備設定固定唯一的ID 編碼，這樣就實現了BIM 模型與地鐵車站中實際使用的機電設備之間的關聯。BIM 模型中會融合匯總所有機電設備的相關信息，比如基礎產品信息、設備運維信息、機電設備的備件信息以及機電設備使用中存在的風險信息等，這些信息都會存儲在BIM 模型的數據庫中，而且在維護管理過程中相關信息會同步更新。

（1）機電設備基本信息。主要是指各種機電設備的型號、參數以及設備在地鐵車站中的空間屬性等，例如機電設備的制造材料、能夠承受的壓力、運行溫度、傳輸的介質、設備管道的管徑等規格參數，以及相關設備在地鐵車站中安裝的空間位置、設備與前后關聯設備之間的聯系等。

（2）設備風險信息。是指在機電設備運行使用中面臨的設備故障風險類型、導致故障的因素、發生風險的等級、風險可能造成的危害，以及針對相關風險的有效措施。利用風險信息對維修人員的維護保養作業進行指導，從而有效控制機電設備的故障風險。

（3）備件信息。是指機電設備備用件相關信息，例如備品配件的供應商和生產廠家以及相關的資產總賬和進出庫記錄等。

（4）運維信息。是指在地鐵車站相關機電設備的運營過程，維護人員對于設備的維護保養信息，例如相關設備的巡檢記錄、運行數據、維修計劃、檢修記錄等。

在地鐵車站運行中，利用BIM 技術將以上信息以及竣工驗收和機電設備故障缺陷等資料文件全部整理匯總到模型數據庫中，能夠更加直觀全面地了解地鐵機電設備的相關信息，從而針對性控制設備運行中可能出現的故障，并制定合理的方案預防、處理故障，更加快捷高效地完成機電設備維護工作。

2.2 系統數據需求方案

地鐵車站運行中涉及許多不同類型的專業設備，這些設備專業性較高，運行負荷較大，容易出現各種故障，而且地鐵車站運行中，各種設備之間聯系密切，出現故障需要快速維護處理，這樣才能保障整個地鐵車站的可靠運行。這就導致在地鐵車站機電設備維修管理系統中會產生大量的維修數據，這些數據類型復雜、彼此關聯，傳統的方式已經不能對其進行有效管理，導致維修效果不理想、效率低。在維修管理中對相關數據信息存儲到BIM 數據庫對于提升維修質量具有重要意義。基于BIM 技術設計的機電設備維修管理系統，能夠實現BIM 模型與數據庫的集成統一，將所有設備信息整合到統一的BIM 模型信息庫中，確保系統中各項信息的完整可靠性，在此基礎上對機電設備進行直觀便捷的維護管理。

3 系統總體設計

3.1 系統層次框架設計

在維修管理系統的總體設計中，可以利用層次架構設計IFC 數據標準作為接口，對接針對地鐵車站設計的BIM 模型和基礎的設備信息數據庫，實現兩者之間的緊密關聯，這也是成功應用BIM 技術輔助地鐵機電設備維修管理作業的技術基礎。根據地鐵車站機電設備的基本特點，可以將維修管理系統總體設計的基本層次模型設計為4 層架構，由底到上分別為資源層、核心層、交互層和應用層。在實際應用中，每個層級只能在同一層次之間或者向下層級完成信息交互以及數據利用，無法實現對于上一層級數據信息資源的調用。BIM 三維可視化模型主要包括地鐵車站內的各種建筑結構，不同類型的設備組件以及相關設備的現場運維管理等。而數據庫存儲機電設備相關的各種前期規劃方案、設備設計生產制造、設備的安裝施工以及整個系統投產運營后產生的全壽命周期內的全部信息，這些數據信息能夠支撐地鐵車站設備的運維管理。三維模型和運維管理數據庫之間在核心層位置利用IFC 數據標準實現數據信息的互通，豐富地鐵車站機電設備運維管理相關的數據資源。交互層的作用是搭建平臺，方便參與機電設備運維管理的各參與方間進行信息共享，從而實現運維管理信息的無損傳輸共享。在系統總體設計中，機電設備資源、信息數據交互以及運維管理傳輸等不同層面之間能夠相互協調支持，從而實現與機電設備維護管理相關的信息、備件、維修、應急以及檔案管理等多種不同的管理功能，最終實現機電設備智能化運維管控。其基本層次框架設計模型如圖2 所示。

圖2 系統層次框架

3.2 系統功能體系框架

在設備維修管理系統運行過程中，相關的綜合管理功能都是在三維模型的可視化環境實現，而且能夠快速實現對于關聯設備的高效定位，提高地鐵機電設備維修管理的效率和質量。地鐵運行中涉及的線路眾多，而且廣泛分布數量繁多的車站，在設備維修管理中，需要維修人員在檢測維修作業前快速獲取設備定位信息以及其他參數，傳統模式下需要消耗大量的工時，嚴重影響維修效率。在維修管理系統中，BIM 模型融合地鐵車站機電設備相關的所有信息，而且在三維模型的可視化環境下，能夠直觀了解目標設備的相關信息，而且可以利用BIM 強大的可視化三維環境漫游技術，全方位、系統化地了解地鐵車站機電設備，將獨立分散的機電設備組合為完整的系統架構。除此之外，在BIM 模型中，所有的圖紙、文檔、電子檔案和設備模型等都匯總到信息庫中，實現維修管理信息的高效傳輸。竣工文檔、圖紙、設備模型等各類相關數據整合在信息庫中，便于信息的高效傳遞。在這些技術框架的支持下，維修管理人員能夠快速獲取維修任務的相關信息，避免出現由于信息遺漏、損失造成的維修問題，保障機電設備的維護管理質量。能方便快捷地查找接收維修任務相關信息，避免由于信息缺失、信息傳遞損失等問題導致的維修質量缺陷。

4 系統功能模塊設計

在地鐵機電設備維護管理過程中，維修人員要想針對相關設備進行更好的維護管理，需要經常查閱與地鐵車站機電設備相關的資料，這些資料涉及設備的全壽命周期，內容復雜、數量眾多。由于在地鐵車站設備施工中多方參與，造成相關的維修信息形式單一化、數據信息不集中，而且沒有形成統一標準，也就不能實現設備信息的集成共享，嚴重影響維修管理人員的工作效率。基于BIM 技術構建的地鐵機電設備維修管理系統，綜合利用兩級C/S 架構以及SQLServer 服務器和網絡路由器等設備，實現設備數據信息的調用、存儲。在客戶端可以利用聯網的手持端掃描器和PC 設備進行數據調用、處理。其中PC 端在使用時可以利用提前配置的文件以及應用環境運行相關軟件程序，直接獲取緩存在本地設備上的數據庫文件，從而更快地完成信息的加載，提高維修速度。而且在BIM 技術支持下，高度集成的維修管理系統能夠實現從設備設計生產到運行維護整個壽命周期內的各種信息的共享，綜合實現設備、維修保養、備件、應急、運維知識庫以及用戶管理等6 個基本功能模塊。

（1）設備管理模塊。系統中設計有設備信息管理工具，能夠方便快捷地完成設備信息的基本查詢，及時全面查閱調用設備的管理臺賬、運行數據、運營管理成本等，而且能夠直接從系統中導出數據，形成綜合報表。

（2）維修保養模塊。系統中設計維修保養管理平臺，能夠實現信息化保養管理，在系統中針對性設計維修保養工作計劃，提醒工作人員進行設備維修保養作業。而且能夠利用系統完成工單分配、維修保養記錄保存等作業，同時能夠鏈接維修耗材管理，完成維修成本的分析統計。

（3）備件管理模塊。利用備件管理模塊能夠統計基本的耗材供應商信息并完成對供應商的評級篩選，而且能夠直接記錄運維過程中產生的各種備件變動信息，進而生成關于機電設備備品配件的數據總賬。

（4）應急管理模塊。針對可能出現的風險故障設計應急管理模塊，在系統中利用BIM 可視化技術和RFID 射頻識別技術構建關于設備突發事件風險的數據信息庫，并結合故障風險特點創建應急響應界面快速處理故障。系統運行中可以利用可視化模塊掃描獲取故障設備的基本信息，并對上下游關聯設備風險進行鎖定，同時生成應急預案，為應急管控提供支持。

（5）運維知識庫模塊。該模塊的主要作用是匯總儲存地鐵車站機電設備維護管理相關的資料，如設備操作手冊、三維維修模擬以及員工培訓手冊等，這些資料能夠為維修人員的培訓學習提供支持，可以在知識庫模塊完成模型、圖紙等資料的快速查詢。

（6）用戶管理模塊。主要作用是管理參與設備運維管理人員并分配管理權限。

5 結語

通過本文的分析可知，在地鐵車站運行中，保障機電設備正常運行的維護管理具有重要的意義。利用BIM 技術能夠建立可視化模型系統，綜合設計設備、維修保養、備件、應急、運維知識庫以及用戶管理等不同的功能，實現地鐵車站機電設備的可靠維護管理。