索道信息模型的構建與應用研究

中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2025）16-0146-04

Abstract： Underthebackgroundofrapiddevelopmentof Information Technology，the process of informatization in the feldofopewayengineeringhasbenaccelerated，buttheexistinginformationmodelcannolongermettheurgentndsof ropeway intellgent，precise and safe management.Therefore，this paper proposes the concept ofRIM （Ropeway Information Model），disuesteyologiestaleonstructsopeesedtematiccecturedl the applicationprospects ofRIMinthe whole lifecycle managementof ropeways.Through the integrationand aplicationof RIMandutigdgetechologiesschsInteetofings，igataArtifcialInteigeceitproidesbasicdatapportfor the design，construction，completion，operationand maintenance，andupgradingofropeways.Anditlays thefoundationforthe extensive application of inteligent operation and maintenance， safety monitoring and other aspects ofropeways.

Keywords：Ropeway Information Model; ropeway intellgentization;whole lifecycle management; ropewayconstruction

0 引言

索道以其獨特的運輸方式和廣泛的應用場景，在旅游、交通、雪場等領域發揮著重要作用。隨著信息技術的不斷發展，索道的信息化、智能化建設已成為提升索道運營效率、保障安全、優化管理的重要途徑[1-3]。

BIM（建筑信息模型）技術通過三維模型直觀展示建筑項目的設計和施工細節，使業主、設計師、施工人員等各方能夠更清晰地理解項目全貌，通過整合建筑項目全生命周期的信息，極大地提高了建筑行業的效率、質量和可持續性，是現代建筑行業不可或缺的技術工具[4，在智能建造[5]、水利工程[、數字孿生[等領域都有著出色的應用。同時，基于BIM技術，擴展演化出了橋梁信息模型（BrIM）[8、城市信息模型（CIM）[9-10]等不同的信息模型，有效促進了相關領域信息模型的發展。但是在索道建設和運營管理過程中，BIM技術的應用存在索道特殊組件缺失、復雜地形與高精度地理數據處理不足、動態分析和實時模擬支撐不夠等局限性，除了上下站房為工程建筑物之外，整個索道系統還包括支架、纜繩、吊箱等設備，這些也是BIM不能準確表達的。

因此，本文提出索道信息模型（RIM）作為索道信息化的基礎，旨在通過構建統一的信息模型，實現索道的全生命周期管理，提升索道建設、運維等環節的信息化建設水平。

N RIM的體系架構

RIM以BIM為基礎，結合索道固有特點，增加了地理信息數據和索道數據，RIM旨在通過集成一整條索道的信息，包括建筑物、材料、結構、機電、機械系統，甚至每條電線光纖、每個螺母都是與現實一一映射，并實現動態更新。在索道的全生命周期中，持續提供運營、管理、服務方面的底座性支撐。

1.1 構建的必要性

現有Revit等BIM軟件主要面向建筑、道路等工程，對索道的纜繩、支架、驅動系統、吊箱等特殊組件缺乏標準化族庫和參數化建模功能，而且索道工程的纜繩偏移、支架姿態、形變沉降等動態特性，難以通過傳統BIM的靜態模型精準模擬，此外BIM還存在對高精度地理信息數據、物聯網監測設備、智能分析支持不足的情況。因此，構建RIM有如下優勢：

1）提升索道管理的科學性。通過定制化模型，定義索道纜繩參數、支架力學屬性等特有構件庫，集成索道全生命周期數據，覆蓋設計、施工、運維階段的動態需求，以提升建模效率和運維管理的科學性。

2）促進標準化與技術創新。通過構建索道安全運行系數、運維閾值等標準規范，統一數據共享和協作流程以減少信息孤島。

3）增強跨學科協同能力。開發RIM平臺，融合有限元分析、GIS、物聯網等多學科工具，實現設計方案的三維可視和動態優化。通過輕量化模型和移動端應用，提升現場施工人員的操作便捷性和精準度。

4）降低建設和運維成本。通過科學的分析計算，減少設計變更和施工返工，降低成本風險。通過全生命周期數據管理，延長索道設備壽命，提升安全性和運營效率。

1.2 構建步驟

RIM的構建主要包含以下四個方面。

1.2.1 需求分析

需求分析是RIM構建的第一步，主要是通過對索道系統的業務需求、功能需求、數據需求等進行全面分析，明確RIM的構建目標和要求。在需求分析階段，需要收集索道系統的相關信息，包括索道系統的結構、設備、運營流程、人員配置等方面的數據，以及索道系統所實現的功能和性能指標。通過對這些信息的整理和分析，可以確定RIM的構建目標和要求，為后續的模型設計和數據集成提供基礎。

1.2.2 模型設計

該環節是RIM構建的核心環節，主要是根據需求分析的結果，設計RIM的結構、屬性和關系。在模型設計階段，需要確定RIM的主要組成部分，如索道線路、站點、車輛、人員等，并定義這些組成部分的屬性，如位置、速度、載重量、乘客數量等。同時，還需要確定這些組成部分之間的關系，如吊箱與纜繩的關系、站房與纜車的關系等。通過模型設計，可以構建出一個完整、準確的RIM，為后續的數據集成和驗證評估提供基礎。

1.2.3 數據集成

主要是將索道的相關數據集成到RIM中，實現數據的統一管理和共享。在數據集成階段，需要對與索道有關的各類數據進行采集、整理和處理，確保數據的準確性和完整性。同時，還需要將數據按照RIM的結構和屬性進行組織和管理，實現數據的統一存儲和訪問。通過數據集成，為后續的智能化運營和管理提供數據支持。

1.2.4 驗證評估

主要是對構建的RIM進行驗證和評估，確保RIM的準確性和可用性。在驗證評估階段，需要對RIM進行多種測試，以確保RIM能夠滿足索道的業務需求和安全要求。同時，還需要對RIM的應用效果進行評估，包括運營效率提升、安全保障加強、管理優化等方面的效果評估。通過驗證評估，可以對RIM的構建質量和應用效果進行全面評估，為后續的優化和改進提供指導。

1.3 架構設計

索道具有空間跨度大、環境依賴性強、安全要求高等特點，RIM架構以BIM技術的ISO19650標準為基礎，結合索道行業特性構建五層信息模型體系，包含感知層、數據層、模型層、服務層和應用層如圖1所示，實現索道全生命周期數據貫通。具體內容如下：

1）感知層承擔著物理世界與數字空間的實時感知與數據映射核心職能，通過多模態傳感器網絡、智能終端設備及邊緣計算單元，構建覆蓋索道系統全域的物聯感知體系。

2）數據層采用分布式數據庫架構，支持結構化和非結構化數據，主要包含如下三個方面的數據。基礎地理數據，用于存儲實景三維數據、數字線畫圖（DLG）、遙感影像等。索道設備數據涵蓋驅動裝置、支架結構、纜繩等機械設備。運行數據包含索道運行狀態、運維記錄等數據。

3）模型層是基于IFC4.3標準擴展RIM實體類型，幾何模型包含支架-鋼絲繩節點約束等拓撲連接關系，物理模型集成支架應力場等有限元分析參數，行為模型定義緊急制動觸發條件、載荷均衡算法等運行控制邏輯。

4）服務層提供數據融合共享服務、分析計算服務、可視化服務和接口服務等。

5）應用層實現對索道的全生命周期管理功能研發，覆蓋設計、施工、竣工及運維四大階段構建功能矩陣，實現系統管理、竣工數字化、索道安全監測等核心功能。

應用層 竣工數字化 三維分析 安全監測 系統管理數據標準和技術規范體系 服務層模型層 八護外系 可視服務 控制 口 信息安全保障體系數據層 索道維 實數據維 基礎地理 運維數據感知層 服務器 傳感器 智能終端 智能計算

2 關鍵技術探討

2. 1 數據集成

數據集成技術主要是將索道的設計數據、數字線畫圖（DLG）、實景三維數據等各類數據集成到一個統一的信息模型中，實現數據的統一管理和共享，打破“信息孤島”。在數據集成階段，需要采用ETL等數據集成框架和數據集成工具，對索道相關的各類數據進行整合和處理。同時，基于統一的數據轉換標準和數據協議，采用XML、JSON等統一的數據交換格式，確保不同系統之間的數據能夠無縫交換，采用HTTP、RESTfulAPI等數據通信協議確保數據共享的準確性和一致性。通過數據集成技術的應用，可以將索道系統的各類數據集成到一個統一的信息模型中，為后續的數據分析和智能化運營提供基礎。

2.2 智能分析

智能分析技術主要是通過對索道數據進行分析和挖掘，提取出有價值的信息和知識，并進行相關預測，為索道系統的安全運營和管理提供決策支持。在數據分析階段，需要采用數據挖掘算法和機器學習算法，對索道系統的數據進行分析和挖掘。同時，還需要采用可視化技術和報表工具，將分析結果以圖表、報表等形式呈現出來，方便管理人員進行決策和分析。通過智能分析技術的應用，可以從索道系統的數據中提取出有價值的信息和知識，為索道系統的智能化運營和管理提供有力支持。

圖1技術架構圖

3 RIM的驗證與應用

隨著信息技術的不斷發展和索道系統的不斷升級，RIM在索道中的應用前景將更加廣闊，以下是根據索道不同生命周期的實際應用驗證。

一是在索道設計階段。RIM可以基于高精度的實景三維模型，實現索道線路的精準規劃。設計人員可以在三維環境中對索道線路進行反復優化，通過可視域分析、緩沖區分析等進行科學決策，確保線路選擇既符合地形地貌特點如圖2所示，又能滿足運輸效率和安全性的要求。同時，通過填挖方等分析功能提供詳細的工程量和成本估算，為項目決策提供有力支持。此外，RIM技術還能促進多專業協同設計，索道工程涉及結構、電氣、機械等多個專業，傳統的二維設計方式難以實現各專業之間的有效溝通，而RIM技術能夠疊加地理信息數據實現對設計數據的實時三維展示如圖3所示，從而提高設計效率和質量。

二是在索道施工階段。通過RIM的可視化功能，施工團隊可以直觀地了解索道的整體布局和關鍵細節，從而更有效地指導現場施工，減少返工和誤操作。RIM可以提供高精度的三維坐標信息，輔助索道建設團隊實現索道支架、預埋件等關鍵部件的精準放樣，減少施工誤差，提高施工精度。通過填挖方等分析功能如圖4所示，為材料采購、設備配置等提供科學支撐。RIM可以實時展示索道建設過程，幫助建設團隊制定合理的工作計劃和進度安排，提高施工效率。

三是在索道竣工階段。利用RIM可以對索道的關鍵尺寸、位置、性能等進行精確測量和驗證，確保索道工程符合設計要求和相關標準。同時，RIM可以作為索道工程的數字化交付成果，為后續的運營、維護和管理提供詳細、準確的數據支持。

圖4填挖方分析

四是在索道運維階段。RIM將有助于提升運維效率、保障運行安全、優化資源配置，并為索道的長期可持續發展提供有力支持。主要包含以下幾個方面：

1）實現索道的實時監測和預警。以RIM為基礎底座，可以集成各種傳感器數據，如索道設備的運行狀態、環境參數、客流量等，實現對索道運營的實時監測，對索道纜繩狀態的監測如圖5所示。通過建立故障預測模型，對索道設備的健康狀況進行評估，提前預警可能發生的故障，通過采取相應的安全措施，可以降低安全事故的發生概率，保障乘客和工作人員的安全。同時，結合歷史數據和專家知識，可以對故障進行快速診斷，縮短故障處理時間。

圖5索道智能視頻監控系統

2）設備信息精準管理。RIM可以詳細記錄索道設備的型號、規格、安裝位置、維護記錄等信息，為資產管理提供數字化支持。運維人員可以通過模型快速查找設備信息，提高資產管理效率。

五是在索道升級改造階段。RIM可提供大量的數據支持，包括結構信息、設備信息、運營數據等，將現有索道點云數據以三維的形式進行展示，如圖6所示，使設計師能夠直觀地理解索道的現有結構和布局。同時，通過對已有數據的分析，可以為升級改造工程的決策制定提供有力支持，如確定升級改造的重點、選擇合適的設備和技術等。

圖6已建成索道三維點云圖

4結論

索道作為一種特種設備，其設計、建造和運維過程涉及多學科交叉與全生命周期數據集成。本文提出RIM概念，通過構建多維度信息集成框架，實現索道系統從規劃設計、施工、竣工到運維的全過程數字化管理。RIM融合了設計、測繪地理信息、設備參數、運行狀態等多源異構數據，為索道的智能化管理提供基礎數據支撐。隨著物聯網、大數據、人工智能等前沿技術的不斷發展，RIM與其他先進技術深度融合，進一步提升索道在全生命周期管理的智能化水平。同時，實現對索道運行狀態的實時智能監測與預警，提高索道系統的安全性和可靠性。

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作者簡介：張松（1986一），男，漢族，山東泰安人，

高級工程師，碩士，研究方向：工程測量、智能化變形監測、

地理信息系統研發與應用；通信作者：趙建偉（1996—），男，

漢族，山東日照人，工程師，碩士，研究方向：地理信息系統研發與應用。