基于Bentley平臺的鐵路數字化應用成熟度模型研究

朱斯宇 王 達

BENTLEY軟件（北京）有限公司 北京 100025

近年來，全國鐵路規模逐步擴大，質量不斷提升，營業里程突破15萬公里，其中高鐵已超過4萬公里，大規模鐵路建設促進鐵路科技能力不斷創新發展，進一步鞏固擴大我國鐵路領跑優勢，深化川藏鐵路工程關鍵技術創新，深入推進高鐵自主創新，加強重點領域應用型技術創新[1]，加強鐵路數字化與信息化工作。

隨著以數字化技術為核心的大數據、云計算、智能設備、協同互聯等新一代信息技術的發展，結合Bentley軟件數字化應用的優勢搭建一個成熟度模型對企業進行全面評估，從鐵路工程建設源頭進行分析，保證數據互聯互通，將其應用與企業信息化管理中[2]，逐步優化企業數字化戰略與企業組織架構，打造新的數字化業務流程與數據共享流程，有力保證互聯數據環境與數字化調控能力，為企業提供一個清楚、明確、精準、可預料、可控制的成熟度評價體系，提出適于模型應用者的有效建議，進一步提升鐵路行業相關企業的數字化成熟度。

1 研究內容

近年來，全球的鐵路數字化成熟應用研究內容主要集中于多種數字化成熟度模型的推廣，在不同專業領域的應用擴展與企業評估。2018年，Bentley Systems與全球領先管理咨詢公司McKinsey & Company共同構建了數字化轉型的發展框架，其中對于戰略、文化、組織與人力、數字化平臺、數字化資產、數字化項目工作流以及數字化運營工作流等七個維度進行擴展，根據框架體系中的七大維度細分為38個數字化提升領域指標，促使用戶挖掘數字化價值。2021年，國家鐵路局發布的相關標準中明確了應用成熟度用于評價鐵路工程項目和企業信息模型技術綜合應用程度的指標體系與方法，其中應用成熟度評價指標包括多階段、多專業、數字化應用和數據環境等四項指標[3]。

數字化成熟度模型是一個能夠為數字化轉型過程提供清晰指導的高效工具。通過建立一個完善的評價指標體系，提高和改進數字化應用的動力機制，實施數字化能力評估，從而針對用戶的成熟度進行判定，制定數字化實施策略并改進體系與架構，最終實現用戶成功。本文旨在基于Bentley軟件特點構建適用于鐵路數字化應用體系，結合國內外建筑信息領域研究現狀以及先進的數字化研究方向與成果，并對應用體系涉及到的企業戰略、數字化軟件環境、數字化硬件環境、數字化調控與人力資源五大維度建立評價體系，對用戶的數字化成熟度進行綜合評定。

2 指標體系

本文在構建成熟度評價指標體系是借鑒了美國國家BIM標準[4]的一些思想，并且結合Bentley Systems與McKinsey &Company聯合設立的數字化發展框架的指標，根據Bentley軟件在數字化相關的平臺、資產、項目工作流以及運營工作流等方面的優勢，綜合設定了五大維度，每個維度下面包含了若干評價指標，共計36種指標，如下所示：

企業戰略：數字化意愿、企業數字化策略、基于數字化的組織架構、數字化管理制度、團隊人才培養政策、激勵政策、數字化業務（產品及服務）。

數字化硬件環境：智能設備能力、工作硬件能力、信息傳遞實時性。

數字化軟件環境：數據精準度、數據豐富度、數據安全度、數據互用性、數據自檢程度、信息量、數據創建軟件/平臺、ProjectWise協同平臺、AssetWise管理平臺、iTwin服務、全生命周期應用、自主研發工具、項目實施Bentley應用程度、全面且先進的應用案例。

數字化調控：數字化標準應用與執行程度、數據應用權限控制、數據變更管理成熟度、數字化工作流成熟度、數字化協同環境成熟度、企業數字化資產庫成熟度。

人力資源：員工軟件及理念普及性、員工工具掌握程度、員工協同實施程度、研發人才數量、數字化人才儲備力量、員工數字化環境搭建完善程度。

3 等級劃分

數字化成熟度等級主要用于描述鐵路數字化成熟度模型的不同成熟度階段的，各個階段是多種不同的狀態，通過一定數量指標的提升，不斷達成更高的成熟度階段[5]。下面就各階段特征表現進行簡單論述。

本文根據第二章的成熟度指標體系的構想，將鐵路數字化成熟度階段起點設置為完全無數字化應用的傳統設計、施工與運維方式，僅完成了手工繪圖到CAD的過渡，無任何數字化經驗和標準支持，即零數字化應用階段。已開始有少量的Bentley數字化軟件應用，實現較低程度的效率提升，工具能滿足部分標準，無Bentley應用成果和經驗，數據無法統一，并且沒有創造商業價值，即準數字化應用階段。軟件學習和翻模階段，無數字化標準，無數據協同，有少量Bentley數字化應用成果，產生了少量的商業價值，即數字化建模階段。具備少量數字化標準，積累一定數量的優秀Bentley數字化應用成果，有數據協同應用，軟件熟練度較高；環境未搭建完成，覆蓋階段較少，數字化業務較單一，創造了一定的商業價值，即數字化應用加深和自主發展階段。信息高度集成，清晰的數字化發展戰略，積累大量的優秀Bentley數字化應用成果，產生了較多的商業價值，即數字化全面協作階段。全面實現數字孿生與數據驅動，數字化價值是發展策略的核心，即數字化持續提高階段。

由于未來科技術水平存在不斷上升的空間，許多提升可能無法預見，鐵路數字化的發展也將向著更高的階段進發，因而不對最高等級進行設限。

4 評價標準

根據數字化成熟度指標體系與成熟度模型的等級劃分，本文研究的數字化成熟度模型對各指標均進行了成熟度評分描述，其中由1~5代表成熟度不斷遞增；本章節以企業戰略和數字化軟件環境這兩大維度展開進行如下說明，其中企業戰略這一維度中包含7個評價指標，如下所述：

數字化意愿：1分，沒有數字化相關策略；2分，已經開始計劃制定企業數字化策略，但是還沒開始執行；3分，制定了一些企業數字化策略，但不完善；4分，以數字化為導向，制定了較為完備的數字化策略，并開始進行推廣使用；5分，以數字化為核心，擁有完整的數字化策略，并且已經全員高度利用，產生實際效益。

企業數字化策略：1分，沒有數字化相關策略；2分，已經開始計劃制定企業數字化策略，基于還沒開始執行；3分，制定了一些企業數字化策略，但不完善；4分，組織架構較為完善，層級分明，有三套或以上較完整的組織架構規則；5分，組織架構完善，層級分明，權限管理智能化，而且不斷創新。

基于數字化的管理制度：1分，傳統管理制度；2分，計劃編制數字化管理制度，還沒有形成書面的章程；3分，數字化管理制度清晰，具備一定章程及管理辦法；4分，數字化管理融入日常管理當中，章程及管理辦法相關部門發布，大部分職員應用；5分，數字化管理貫穿始終，全單位具有完善章程及管理辦法，全員參照并使用，基本將日常管理實現數字化。

團隊人才培養政策：1分，公司基本政策；2分，根據數字化需要，開始制定相關政策，還未開始執行；3分，具有初步的培養政策，但不完善，并具有一定培養成果，初見成效；4分，人才培養政策逐步完善，團隊人員職業發展前景較好；5分，完備的人才培養及職業發展計劃，企業員工十分認同。

激勵政策：1分，公司基本工資/獎勵制度；2分，計劃制定或已經開始制定相關激勵政策，但還未執行；3分，有少量數字化激勵政策，并有一定執行；4分，有一定的激勵政策，并且執行程度較高；5分，將數字化相關內容寫入公司基本政策制度，激勵政策明顯；

數字化業務（產品及服務）：1分，傳統業務；2分，已經開始新業務或新產品的籌備或開展，但還在單純投入階段；3分，已有一項或以上數字化相關的新產品或新業務模式，并能夠靠此業務獲得收入；4分，已有三項或以上數字化相關的新產品或新業務模式，通過此業務獲得一定的收入；5分，已有五項或以上數字化相關的新產品或新業務模式，并能夠靠此業務獲得可觀的收入。

另外，數字化軟件環境維度包含了14個評價指標，本文中選取其中的5個指標進行闡述。

數據互用性：1分，數據獨立，無互換互用；2分，少量數據能夠通過工具在內部進行互換互用，但滿足不了行業標準互用；3分，有一定的集成平臺或統一格式，對部分數據能夠直接互換互用，少量數據能夠按照行業標準互換，但存在一定數據丟失；4分，有固定的集成平臺或統一格式，大部分數據都可以基于行業標準格式轉換或互用，存在轉換中樞并且數據基本不會丟失；5分，有固定且成熟的集成平臺或統一格式，全部數據都可以基于行業標準格式轉換或互用，存在轉換中樞并且數據不會丟失。

數據量承載力：1分，僅能承載2D圖形體量的數據；2分，能夠承載工程局部節點模型與信息，能夠在此體量下運行與瀏覽。無法承載點狀工程項目級或以上的數據，無輕量化和優化；3分，能夠承載部分工點全部模型與信息，能夠流暢運行與瀏覽。數據量有一定程度的輕量化與優化；4分，能夠承載大部分工點全部模型與信息，能夠流暢運行與瀏覽。大部分數據有一定程度的輕量化與優化；5分，能夠工程全部模型與信息，能夠流暢運行與瀏覽。全部數據有一定程度的輕量化與優化。

數據精準度：1分，未考慮精準度；2分，數字孿生應用中，有一定精度要求，模型精度基本達到方案、工可或初步設計精度，但沒有考慮數據創建標準；3分，數字孿生應用中，有具體精度要求，并且模型創建精度能夠部分達到施工圖精度，部分模型數據按照一定規則或要求創建，能用于統計和管理；4分，數字孿生應用中，具有明確精度要求，并且80%的模型創建精度能夠達到施工圖精度，80%模型數據按照一定規則或要求創建，能用于統計和管理；5分，數字孿生應用中，有明確精度要求，并且模型創建精度能夠達到施工零件級精度，全部模型數據按照具體規則或要求創建，能用于統計和管理。

數據創建軟件/平臺：1分，無數字孿生數據創建軟件；2分，有1款或以上的數據創建軟件，能滿足部分單一的創建任務；3分，有5款或以上的數據創建軟件，能基本滿足部分專業或領域的創建任務；4分，有10款或以上的數據創建軟件，能基本滿足基本專業或領域的創建任務；5分，有10款或以上的數據創建軟件，能完全滿足基本專業或領域的創建任務。1分，無協同軟件/平臺；2分，有數據協同平臺或軟件，僅為個別單點使用，日常使用人數小于20人；3分，有固定統一的數據協同平臺或軟件，使用人數20人以上；4分，有固定統一的數據協同平臺或軟件，使用人數50人以上；5分，有固定統一的數據協同平臺或軟件，使用人數100人以上。

空間定位能力（Digital Twin與GIS集成能力）：1分，無空間定位；2分，數字孿生模型與信息的相對位置滿足要求，空間地理位置部分準確，不能直接集成進GIS環境；3分，數字孿生模型與信息的空間位置信息準確，能夠部分集成進iTwin平臺，空間定位基本滿足要求；4分，BIM模型與信息的空間位置信息準確，能夠大部分專業集成進iTwin平臺，空間定位滿足要求；5分，BIM模型與信息的空間位置信息準確，能夠全專業集成進GIS環境，空間定位滿足要求。

對于Bentley軟件用戶而言，達到某一成熟階段時，依賴于不同維度不同成熟度評價指標的評定，即需要上述指標均達到該級別的最低要求。

5 適用性分析

本文所構建的成熟度模型，是通過對應用Bentley軟件的領先企業進行綜合評定，確定用戶在不同維度的成熟度等級，反映其所處的層次及其與更高成熟度等級間的差距，幫助用戶發現已有的優勢和下一步的改進方向，實現企業的數字化價值。除此之外，參考了當前國際前沿的并具備一定公信力的組織與咨詢公司的成熟度模型理論，而其建立又基于我國鐵路行業的實際情況，因而具有較高的普遍性與一定的前瞻性，所以具備了評估、判定和指引的三重作用。

6 結論與展望

本文通過較為充足的理論分析，吸收了先進的理論體系的思想，建立了鐵路數字化發展的框架，根據發展框架構建了成熟度模型，劃分了從Level 0 到 Level 5共六個成熟度，同時運用了層次分析的方法建立了五大維度36個評價指標，設定了評價標準和成熟度評估方法，并為后續的修正和改善的保留了一定的開放性。

數字化的全面應用和成熟度模型的實施將涉及到技術能力、組織架構和政策標準等多方面因素[6]，未來成熟度數字化評估體系在技術發展中不斷完善，必將與鐵路工程實踐深入融合，將覆蓋全專業、全過程及全生命周期的數字化應用，將會穩固地推動中國鐵路建設朝著數字化和智能化建設方向邁進。