軌道交通設(shè)備維護(hù)管理中BIM技術(shù)應(yīng)用研究

摘要 為提高城市軌道交通設(shè)備運(yùn)維管理效率，該文以佛穗莞城際工程線路為例，設(shè)計(jì)BIM運(yùn)維系統(tǒng)功能框架，并介紹了數(shù)據(jù)集成模塊、設(shè)備維護(hù)模塊、三維可視化模塊等功能的具體內(nèi)容，同時(shí)對(duì)BIM運(yùn)維系統(tǒng)在軌道交通設(shè)備運(yùn)維管理中的應(yīng)用效果進(jìn)行了分析，研究結(jié)果表明：通過(guò)BIM運(yùn)維系統(tǒng)可將設(shè)備維護(hù)過(guò)程三維可視化，將其更加直觀地呈現(xiàn)給管理者和技術(shù)人員；通過(guò)BIM運(yùn)維系統(tǒng)可提前模擬整個(gè)設(shè)備維護(hù)流程，前置運(yùn)維過(guò)程中可能存在的問(wèn)題，提高設(shè)備運(yùn)維工作的效率；BIM運(yùn)維系統(tǒng)還可以建立各類設(shè)備的個(gè)性維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)生成專屬二維碼，提高數(shù)據(jù)利用率，將設(shè)備維護(hù)工作信息化、高效化。

關(guān)鍵詞 城市軌道交通；設(shè)備運(yùn)維；BIM運(yùn)維系統(tǒng)；數(shù)據(jù)集成；三維可視化

中圖分類號(hào) U239.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）23-0160-03

0 引言

隨著城市化進(jìn)程的不斷加速，城市軌道交通系統(tǒng)作為現(xiàn)代城市公共交通的骨干力量，其重要性日益凸顯。其不僅承載著緩解城市交通擁堵、促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重任，更是連接城市各個(gè)區(qū)域、提升居民生活質(zhì)量的關(guān)鍵紐帶。然而，隨著軌道交通網(wǎng)絡(luò)的不斷擴(kuò)張和運(yùn)營(yíng)時(shí)間的增長(zhǎng)，軌道交通設(shè)備的維護(hù)管理問(wèn)題日益突出，已成為保障運(yùn)營(yíng)安全與效率的重要挑戰(zhàn)[1，2]。由于城市軌道交通系統(tǒng)十分復(fù)雜，系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)設(shè)備的工作狀態(tài)對(duì)列車的安全性和穩(wěn)定性十分重要，因此要定期定時(shí)開(kāi)展設(shè)備的維護(hù)工作[3]。傳統(tǒng)軌道交通設(shè)備維護(hù)管理模式主要依賴于人工巡檢、定期維修和故障后修復(fù)，這種模式存在信息孤島、效率低下、響應(yīng)速度慢等諸多弊端。在設(shè)備數(shù)量龐大、種類繁多、技術(shù)復(fù)雜的現(xiàn)代軌道交通系統(tǒng)中，傳統(tǒng)維護(hù)管理方式已難以滿足高效、精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)的管理需求[4]。隨著B(niǎo)IM技術(shù)的興起，其三維化和信息集成特點(diǎn)給城市軌道交通設(shè)備維護(hù)的發(fā)展帶來(lái)新的契機(jī)[5]。施平望[6]建立BIM運(yùn)維系統(tǒng)，通過(guò)三維化的方式分析了BIM技術(shù)在軌道交通設(shè)備資產(chǎn)管理中的應(yīng)用效果。李宇[7]利用BIM技術(shù)參數(shù)化、數(shù)字化和信息集成等特點(diǎn)分析了BIM技術(shù)在軌道交通設(shè)備安裝中的應(yīng)用效果。隨著城市化進(jìn)程的不斷加速，城市軌道交通系統(tǒng)作為現(xiàn)代城市公共交通的骨干力量，其重要性日益凸顯。其不僅承載著緩解城市交通擁堵、促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重任，更是連接城市各個(gè)區(qū)域、提升居民生活質(zhì)量的關(guān)鍵紐帶。然而，隨著軌道交通網(wǎng)絡(luò)的不斷擴(kuò)張和運(yùn)營(yíng)時(shí)間的增長(zhǎng)，軌道交通設(shè)備的維護(hù)管理問(wèn)題日益突出，成為保障運(yùn)營(yíng)安全與效率的重要挑戰(zhàn)。

基于此，為了提高地鐵列車設(shè)備維護(hù)管理效率，該文以佛穗莞城際工程線路為例，設(shè)計(jì)BIM運(yùn)維系統(tǒng)的功能框架，并介紹數(shù)據(jù)集成模塊、設(shè)備維護(hù)模塊、三維可視化模塊等功能的具體內(nèi)容，同時(shí)對(duì)BIM運(yùn)維系統(tǒng)在軌道交通設(shè)備運(yùn)維管理中的應(yīng)用效果進(jìn)行了分析，以期為相關(guān)項(xiàng)目提供了指導(dǎo)和借鑒。

1 工程概況

佛穗莞城際工程線路起于佛山鷺洲，止于東莞松山湖，全長(zhǎng)113 km，均為地下線，其中佛山段25.7 km，廣州段50.6 km，東莞段36.7 km，全線設(shè)站31座，平均站間距約3.8 km。采用8節(jié)編組灣區(qū)新型城際列車（CRH6F），最高速度160 km/h，全線設(shè)1段2場(chǎng)，分別為廣州陳家林車輛段、佛山樂(lè)從停車場(chǎng)、東莞萬(wàn)江停車場(chǎng)。設(shè)5座主變，共享廣州隴枕控制中心，工程涉及設(shè)備數(shù)量和類型較多，維護(hù)管理難度大。

2 軌道交通中BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

BIM技術(shù)可將擬建工程三維可視化，通過(guò)Revit軟件構(gòu)建三維模型，并在軟件管理界面中調(diào)整不同視圖展示模型，直觀清晰，大大降低了二維圖紙的抽象性。同時(shí)BIM技術(shù)可以理解為通過(guò)數(shù)字化方式對(duì)設(shè)備功能特性和物理特性進(jìn)行表達(dá)的技術(shù)手段，不僅能夠描述出工程中的最小構(gòu)件，還能夠?qū)θ我庠O(shè)備的材料、出廠時(shí)間、尺寸等屬性進(jìn)行描述。借助BIM技術(shù)，不僅可以對(duì)設(shè)備維護(hù)流程進(jìn)行模擬，還能夠?qū)o急疏散場(chǎng)景進(jìn)行模擬，輔助工作人員研究和制定疏散人群的方案。除此之外，BIM技術(shù)的信息共享尤為強(qiáng)大，通過(guò)協(xié)同作業(yè)平臺(tái)，各參建方能夠同時(shí)對(duì)三維模型進(jìn)行查看和編輯，避免出現(xiàn)信息孤島現(xiàn)象，提高了各方人員對(duì)設(shè)備基本屬性、分布情況的熟悉程度，將不靈活的靜態(tài)管理轉(zhuǎn)變成協(xié)同性較強(qiáng)的動(dòng)態(tài)管理。

3 BIM運(yùn)維系統(tǒng)

BIM運(yùn)維系統(tǒng)建立步驟為：構(gòu)建系統(tǒng)框架、搭建各專業(yè)三維模型、根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整運(yùn)維系統(tǒng)。

3.1 建立BIM運(yùn)維系統(tǒng)框架

在構(gòu)建BIM運(yùn)維系統(tǒng)時(shí)，選擇客戶端/服務(wù)器（C/S）的架構(gòu)模式，以確保系統(tǒng)高效運(yùn)行與靈活擴(kuò)展。為更全面地覆蓋運(yùn)維需求，同時(shí)布設(shè)固定、移動(dòng)客戶端，其中固定客戶端的作用為支持系統(tǒng)功能的全面實(shí)現(xiàn)，而移動(dòng)端以其便攜性成為設(shè)備日常維護(hù)的首選工具，使維護(hù)人員能夠迅速響應(yīng)并處理現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題，BIM運(yùn)維系統(tǒng)主要框架如圖1所示。具體而言，BIM運(yùn)維系統(tǒng)由三個(gè)核心層次構(gòu)成：數(shù)據(jù)收集層、服務(wù)層以及功能實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層。在數(shù)據(jù)收集層，系統(tǒng)通過(guò)多樣化方式收集來(lái)自各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，包括現(xiàn)場(chǎng)照片、文本記錄、龐大的數(shù)據(jù)文件等。服務(wù)層則承擔(dān)著數(shù)據(jù)深化處理的重任，在此模塊系統(tǒng)會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析與加工，制定數(shù)據(jù)報(bào)表以供管理人員參考、進(jìn)行深度的數(shù)據(jù)分析以挖掘潛在價(jià)值，以及實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集成與共享，確保信息的流通與協(xié)同。應(yīng)用層主要用于實(shí)現(xiàn)BIM運(yùn)維系統(tǒng)的各項(xiàng)功能。

與此同時(shí)，BIM運(yùn)維系統(tǒng)還支持權(quán)限控制與網(wǎng)絡(luò)傳輸功能，前者能夠設(shè)置各層級(jí)間的訪問(wèn)權(quán)限，制定完善的管理制度，提高管理質(zhì)量和效率，規(guī)范操作流程；后者能夠完成設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)、BIM數(shù)字模型、物資設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)、客戶端間網(wǎng)路加密傳輸，提高數(shù)據(jù)安全性。

3.2 建立BIM模型

該文以佛穗莞城際工程線路某站點(diǎn)為例建立三維模型。通過(guò)Revit2020軟件BIM模型，并借助碰撞檢查軟件對(duì)模型進(jìn)行檢查和整合，便于將BIM運(yùn)維系統(tǒng)嵌入到三維模型當(dāng)中。

4 設(shè)計(jì)BIM運(yùn)維系統(tǒng)功能

根據(jù)城市軌道交通實(shí)際運(yùn)維工作需求設(shè)計(jì)BIM運(yùn)維系統(tǒng)功能，具體有設(shè)備維護(hù)模塊、維護(hù)記錄模塊、三維可視化管理模塊、數(shù)據(jù)集成處理以及定位模塊，同時(shí)為了便于在后續(xù)過(guò)程中新增模塊，系統(tǒng)中預(yù)留了新的接口。圖2為BIM運(yùn)維系統(tǒng)的具體模塊功能示意圖。

4.1 數(shù)據(jù)集成處理

在開(kāi)展城市軌道交通設(shè)施運(yùn)維工作時(shí)，各部門(mén)和專業(yè)所檢測(cè)到的數(shù)據(jù)內(nèi)容相差較大，且提交的數(shù)據(jù)格式也有所不同。除此之外，不完善的數(shù)據(jù)處理流程和管理方式導(dǎo)致數(shù)據(jù)存在記錄不規(guī)范和部分缺失等問(wèn)題，使得數(shù)據(jù)歸檔工作無(wú)法正常進(jìn)行。為了杜絕此類現(xiàn)象，BIM運(yùn)維系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)類型對(duì)其進(jìn)行分組編碼，同時(shí)給出數(shù)據(jù)組的時(shí)間序號(hào)和文件類型代碼。

4.2 設(shè)計(jì)設(shè)備維護(hù)模塊

在以往運(yùn)維系統(tǒng)里，信息在不同階段通常為分開(kāi)存儲(chǔ)和調(diào)用。在設(shè)備運(yùn)維日常工作中，一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)備出現(xiàn)故障需要維修時(shí)，工作人員要從多個(gè)不同數(shù)據(jù)庫(kù)中查找設(shè)備各類信息和資料，不僅耗時(shí)耗力，還可能因信息不同步而導(dǎo)致決策延誤。而在BIM運(yùn)維系統(tǒng)中，可以直接下載故障設(shè)備的最新信息，并可通過(guò)移動(dòng)客戶端隨時(shí)隨地編輯和上傳運(yùn)維數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和動(dòng)態(tài)維護(hù)，提高了工作效率。在方案設(shè)計(jì)與管理決策階段，BIM運(yùn)維系統(tǒng)可結(jié)合設(shè)備具體情況，快速生成多種不同的維護(hù)方案，并清晰列出每種方案所需成本以及預(yù)期設(shè)備維護(hù)效果。在開(kāi)展維護(hù)作業(yè)前，BIM運(yùn)維系統(tǒng)可提前模擬整個(gè)設(shè)備維護(hù)流程，讓技術(shù)人員熟悉操作步驟，提高設(shè)備運(yùn)維工作效率。BIM運(yùn)維系統(tǒng)還可以建立各類設(shè)備的個(gè)性維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)，生成專屬二維碼，并在對(duì)應(yīng)設(shè)備上貼上二維碼，技術(shù)人員和管理者僅通過(guò)掃碼就能夠獲取設(shè)備的各項(xiàng)信息、維護(hù)具體操作以及維修歷史記錄，如圖3所示為設(shè)備維護(hù)作業(yè)示意圖。

4.3 三維可視化管理

在三維可視化狀態(tài)下進(jìn)行BIM運(yùn)維系統(tǒng)的管理能夠完成地鐵站的三維可視化漫游，管理者能夠通過(guò)漫游功能進(jìn)行員工指導(dǎo)和培訓(xùn)工作。由于大部分地鐵隱蔽設(shè)備和管線都設(shè)置在地下和墻內(nèi)等無(wú)法通過(guò)肉眼直接查看的部位，而通過(guò)三維可視化能夠?qū)⒌匕濉Ρ诘葮?gòu)件進(jìn)行透明化處理，將隱蔽設(shè)備和管線直觀展現(xiàn)出來(lái)，讓技術(shù)人員和管理者可以清晰地看到和掌握設(shè)備的安裝部位、管線具體走向，如圖4所示為部分管線布置情況。同時(shí)由于BIM運(yùn)維系統(tǒng)可以將設(shè)備位置、尺寸進(jìn)行三維可視化，故能夠協(xié)助管理人員進(jìn)行設(shè)備位置、空間的分配，使得空間利用率達(dá)到最佳。

4.4 設(shè)計(jì)定位和搜索模塊

地鐵結(jié)構(gòu)通常來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜，大多數(shù)設(shè)備、建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件都處在地下，空間狹小，設(shè)備管線較多。通過(guò)BIM運(yùn)維系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備和構(gòu)件的分類管理，并賦予其獨(dú)立編碼，通過(guò)在系統(tǒng)中輸入編碼即可快速搜索定位構(gòu)件和設(shè)備。如xxxxxx（A部分）-xxxxxxxx（B部分）-xxxx（C部分）為構(gòu)件和設(shè)備構(gòu)件的搜索定位編碼格式，其中A部分編碼表示設(shè)備構(gòu)件所屬地鐵車站；B部分表示設(shè)備構(gòu)件所屬專業(yè)，如電氣、給排水、機(jī)電專業(yè)等；C部分表示設(shè)備構(gòu)件名稱編碼。構(gòu)件設(shè)備編碼完成后，在系統(tǒng)里輸入構(gòu)件設(shè)備的名稱或編碼就能夠搜索定位到構(gòu)件和設(shè)備，并使其高亮顯示，便于識(shí)別。

4.5 維修記錄模塊

整理、儲(chǔ)存、傳輸、生成數(shù)據(jù)報(bào)表等為BIM運(yùn)維系統(tǒng)中維護(hù)記錄模塊的主要功能。每進(jìn)行一次維護(hù)工作，該模塊就對(duì)相關(guān)信息記錄和更新一次。因此，通過(guò)BIM運(yùn)維系統(tǒng)能夠查詢到各個(gè)組件的維修記錄和成本等詳細(xì)數(shù)據(jù)。一旦設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題，工作人員就能夠通過(guò)系統(tǒng)查詢到關(guān)鍵數(shù)據(jù)，從而快速制定出合理解決方案。除此之外，通過(guò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)里的維護(hù)記錄，可以精準(zhǔn)建立各個(gè)組件的惡化模型，用來(lái)分析設(shè)備組件的工作情況，有助于深入掌握設(shè)備的惡化原因和機(jī)理，確保設(shè)備的可持續(xù)維護(hù)。

4.6 BIM運(yùn)維系統(tǒng)中存在的問(wèn)題

在設(shè)備管理維護(hù)時(shí)，通過(guò)BIM三維模型能夠完成二維圖紙不能實(shí)現(xiàn)的效果和功能，提高信息收集、管理和傳輸?shù)男剩贿^(guò)在實(shí)際使用過(guò)程中仍存在一些缺陷。如地鐵設(shè)備在運(yùn)行時(shí)會(huì)形成大量數(shù)據(jù)，怎樣把海量數(shù)據(jù)高效快速輸進(jìn)BIM運(yùn)維系統(tǒng)中，保證系統(tǒng)運(yùn)行順暢，還需要在數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和管理上尋求突破。同時(shí)由于BIM三維模型需要多個(gè)專業(yè)進(jìn)行配合，故各專業(yè)間模型整合時(shí)易出現(xiàn)誤差。另外在建模時(shí)，各單位使用的BIM軟件版本的不同、建模目的不同均會(huì)使其模型屬性出現(xiàn)較大的差異，發(fā)生兼容性較差的現(xiàn)象，因此軟件的統(tǒng)一十分必要。

5 結(jié)論

該研究以佛穗莞城際工程線路為例，通過(guò)建立BIM運(yùn)維系統(tǒng)框架，分析了BIM運(yùn)維系統(tǒng)在軌道交通設(shè)備運(yùn)維管理中的效果，能夠得出通過(guò)BIM運(yùn)維系統(tǒng)可將軌道交通設(shè)備三維可視化，并可將設(shè)備各項(xiàng)信息儲(chǔ)存成可供掃描的二維碼，大大提高了設(shè)備的維護(hù)維修效率，同時(shí)在最大限度上發(fā)揮了設(shè)備工作中各項(xiàng)數(shù)據(jù)的價(jià)值，促進(jìn)了軌道交通設(shè)備運(yùn)維的發(fā)展。而隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，BIM技術(shù)的提升，BIM設(shè)備運(yùn)維系統(tǒng)必將為城市軌道交通提供更高效、更完善的設(shè)備運(yùn)維管理模式。

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