BIM技術(shù)在地鐵車站運(yùn)維系統(tǒng)中的運(yùn)用與研究

王亮，向偉彬，譚文舉

（南寧軌道交通集團(tuán)有限責(zé)任公司運(yùn)營分公司，南寧 530000）

1 引言

BIM技術(shù)是近年來獲得高速推廣并取得高效使用的一類技術(shù)方式，在地鐵的應(yīng)用場景中主要側(cè)重在設(shè)計(jì)和施工等有關(guān)環(huán)節(jié)，具體說來就是結(jié)構(gòu)建模和碰撞監(jiān)測以及4D施工模擬等。然而，此類技術(shù)并未在運(yùn)維環(huán)節(jié)獲得大范圍的推廣和使用。從理論上看，如果將此類技術(shù)應(yīng)用到運(yùn)維環(huán)節(jié)，必將大大提升運(yùn)維信息化管理的水平，同時(shí)也有助于具體操作效率的提高。本文主要就BIM模型以及傳統(tǒng)模式監(jiān)控和運(yùn)維平臺(tái)所使用的無縫對(duì)接技術(shù)實(shí)施探究分析，以更為有序地推動(dòng)此類技術(shù)在運(yùn)維環(huán)節(jié)中的高效應(yīng)用。

2 BIM在運(yùn)維系統(tǒng)中的應(yīng)用

在地鐵車站運(yùn)維系統(tǒng)應(yīng)用BIM技術(shù)，它能夠?qū)⑿枨蟮膬?nèi)容實(shí)現(xiàn)模型構(gòu)建，從而達(dá)到可視化的效果。具體優(yōu)勢內(nèi)容體現(xiàn)在以下3方面。

2.1 模型可視化

就傳統(tǒng)形式的運(yùn)維系統(tǒng)來說，針對(duì)于不同設(shè)施和不同地點(diǎn)的信息等都是借助于二維紙予以顯示的，所達(dá)到的效果顯然不能與實(shí)際的物理模型相對(duì)應(yīng)。而通過BIM技術(shù)所建立的三維可視化模型則有著極為高效的呈現(xiàn)效果，不僅狀態(tài)信息與實(shí)際的物理模型之間能夠建立一種切實(shí)準(zhǔn)確的對(duì)應(yīng)關(guān)系，同時(shí)涉及到的位置歸納也是極為精準(zhǔn)的，如此一來，管理者的操作和處理也就更為便捷和高效。如果能夠在維護(hù)的過程中使用此類技術(shù)，那么借助于三維可視化的模型，相應(yīng)的工作推進(jìn)將更為便捷和高效，其中的一些技術(shù)難點(diǎn)也將因此類模型的構(gòu)造而迎刃而解，與此同時(shí)，在這樣的模型實(shí)施中能夠?qū)⑾嚓P(guān)設(shè)施的影響降到最低[1]。

2.2 信息共享化

就傳統(tǒng)的運(yùn)維系統(tǒng)來看，其中涉及到的設(shè)計(jì)和建造階段的信息與運(yùn)維階段的信息一般都是分開儲(chǔ)存和調(diào)用，這樣就造成了管理上的混亂和調(diào)控方面的不足，最為突出的問題就是發(fā)現(xiàn)某區(qū)域、某設(shè)備需要維護(hù)時(shí)，相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息還要從其他區(qū)域或現(xiàn)場調(diào)取，如此操作確實(shí)比較煩瑣和混亂。而采用BIM技術(shù)后，相應(yīng)的情況也就得到了極大的改觀，由于此類技術(shù)對(duì)不同專業(yè)和不同設(shè)計(jì)者在同一模型中的操作沒有限制，因而在具體信息的添加和調(diào)取上比較自由便捷，從而真正實(shí)現(xiàn)了所謂的更新統(tǒng)一性。由此運(yùn)維過程中產(chǎn)生的各類信息數(shù)據(jù)就可以全部保存在此類模型中，與此同時(shí)，信息的共享和使用也會(huì)更為高效，為有關(guān)行動(dòng)的部署和舉措提供了強(qiáng)有力的支持。

2.3 數(shù)據(jù)積累分析

運(yùn)維數(shù)據(jù)的積累對(duì)于地鐵機(jī)電設(shè)備的作用和價(jià)值無疑是最為突出的。對(duì)于BIM模型來說，在儲(chǔ)存信息方面有著極為顯著的效用，其中涉及到的設(shè)備運(yùn)行信息或是安全警報(bào)信息等都能在運(yùn)維過程中獲得高效的管理。涉及到人員和設(shè)備以及系統(tǒng)定位等問題，則可以通過RFID標(biāo)簽等方式進(jìn)而借助于相應(yīng)的模型來達(dá)到對(duì)人員和設(shè)備定位的目的，這樣就能實(shí)時(shí)掌握人員活動(dòng)和系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際狀態(tài)，避免一些突發(fā)事件的出現(xiàn)。當(dāng)然，如果出現(xiàn)意外狀況時(shí)，這樣的定位服務(wù)也能為高效的處理提供基礎(chǔ)保障，從而避免更大的損失。數(shù)據(jù)的積累體現(xiàn)了高效、便捷、安全、增值的特性。

3 基于BIM的地鐵狀態(tài)監(jiān)控及運(yùn)維平臺(tái)

本文對(duì)于BIM技術(shù)的應(yīng)用分析，主要是通過引證某地鐵車站的相關(guān)情況具體實(shí)施的，并介紹了一種借助于現(xiàn)有數(shù)據(jù)接口建立監(jiān)控運(yùn)維平臺(tái)的方法。從具體的效果來看，此類方法的價(jià)值還是比較突出的。首先，其能夠?qū)Φ罔F現(xiàn)有系統(tǒng)的接口實(shí)施分析，并且能夠在保持原有管理流程和標(biāo)準(zhǔn)的前提下，對(duì)分布式和異構(gòu)工程數(shù)據(jù)之間的共享做到妥善有效的處理；其次，還能為地鐵運(yùn)營狀態(tài)信息開拓更多適宜的檢測方式，從而為管理系統(tǒng)科學(xué)高效的運(yùn)作以及有關(guān)模型的可視化管理提供重要的數(shù)據(jù)支撐。

3.1 無線異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)

通常情況下，以BIM技術(shù)為依托而形成的可視化管理平臺(tái)要想達(dá)到高效便捷的運(yùn)行效果，地鐵設(shè)備和其運(yùn)行環(huán)境的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)務(wù)必要予以健全。地鐵隧道內(nèi)的監(jiān)測信號(hào)主要有緩變信號(hào)和劇變信號(hào)2類，前者主要針對(duì)隧道內(nèi)的不均勻沉降和裂縫問題，后者則事關(guān)地震等嚴(yán)重的振動(dòng)情況。而如果能夠在地鐵隧道內(nèi)鋪設(shè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，那么就能實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道穩(wěn)定和健康狀況的間接分析，相對(duì)來說，這樣的部署比較經(jīng)濟(jì)且有著顯著的效果。

就理論層面來看，采用ZigBee、WiFi、3G等多種無線通信方式對(duì)于達(dá)到異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)的效果確實(shí)具有較強(qiáng)作用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各類資源的優(yōu)化配置，以達(dá)到多項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和拓展性方面的需求。通常會(huì)使用到的傳感器主要涵蓋傾角傳感器和裂縫傳感器以及滲漏水傳感器等，至于具體效果則以實(shí)際的操作為準(zhǔn)。通過網(wǎng)絡(luò)通信等數(shù)據(jù)處理確實(shí)有著較為突出的效果，但需要多類網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測體系的配合。只有得到了相應(yīng)的監(jiān)測部署的高效協(xié)調(diào)，才能為采集數(shù)據(jù)提供便捷處理通道[2]。

3.2 網(wǎng)絡(luò)攝像頭狀態(tài)監(jiān)控

攝像頭遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是近些年獲得廣泛運(yùn)用的一類系統(tǒng)模式。由于其視頻輸出質(zhì)量高且在數(shù)據(jù)安全性和系統(tǒng)前端交互性方面都極為高效，因而在諸多的領(lǐng)域都被委以重任并達(dá)到了較為成熟的運(yùn)用。例如，移動(dòng)偵測和人體行為分析以及人物面部識(shí)別等，這樣的數(shù)據(jù)處理無疑是當(dāng)前最為精準(zhǔn)和嚴(yán)密的，因而被一些對(duì)數(shù)據(jù)要求較高的行業(yè)大量采用。

3.3 對(duì)現(xiàn)有SCADA管理系統(tǒng)的信息捕獲

就當(dāng)前地鐵信號(hào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程來看，互聯(lián)互通的目標(biāo)并未達(dá)成，而各家系統(tǒng)各不相同的通信協(xié)議就造成了諸多信號(hào)處理上的分歧。盡管較為規(guī)范的IP協(xié)議已經(jīng)使用，但各子系統(tǒng)之間的私有協(xié)議依舊存在。而要實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)數(shù)據(jù)的最大化集成，使用Wireshark顯然是比較可行的，通過其提供的編程接口捕獲的方式，與此同時(shí)在線解析網(wǎng)絡(luò)二進(jìn)制數(shù)據(jù)流，從而為數(shù)據(jù)的分析和處理提供便捷化的途徑，而最終得到的分析監(jiān)測相對(duì)來說也最為可靠。

在這樣的一種條件配置下，通過本方案的設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)嗅探器達(dá)到了高度可配置的效果，進(jìn)而能夠?qū)Ω黝惥W(wǎng)絡(luò)協(xié)議和數(shù)據(jù)格式實(shí)施分析，與此同時(shí)能夠適用多個(gè)領(lǐng)域。

3.4 基于MQTT協(xié)議的信息模型數(shù)據(jù)共享

就本方案的具體設(shè)計(jì)來看，無限異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)以及網(wǎng)絡(luò)攝像頭狀態(tài)監(jiān)控信息等都能借助于SCADA管理系統(tǒng)將捕獲到的信息匯集到服務(wù)器。通常來看，服務(wù)器與BIM三維可視化管理平臺(tái)有著大量的數(shù)據(jù)交互，而其中的命令交換、反饋信息交換以及具體數(shù)據(jù)交換等都是其中會(huì)涉及到的內(nèi)容。為了能夠有效地確保數(shù)據(jù)交換的便捷性，本方案綜合多項(xiàng)指標(biāo)最終決定選用MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息隊(duì)列遙測傳輸）作為通信協(xié)議，以確保相應(yīng)的數(shù)據(jù)服務(wù)更為高效[3，4]。

說到MQTT，這是基于BIM技術(shù)所形成的一個(gè)輕量級(jí)規(guī)格的開源性質(zhì)的通信協(xié)議，其在物聯(lián)網(wǎng)以及多個(gè)平臺(tái)上都能適用且具體的效果也比較明顯，同時(shí)技術(shù)要求也比較低，因而使用起來比較方便。

4 結(jié)語

由以上論述可以看出，BIM技術(shù)確實(shí)是一項(xiàng)極為高效科學(xué)的操作方式，尤其是在當(dāng)前數(shù)據(jù)處理日益追求精準(zhǔn)性和便捷化的時(shí)代。地鐵及其他區(qū)域的監(jiān)測數(shù)據(jù)確實(shí)有著極為重要的應(yīng)用價(jià)值，運(yùn)維的優(yōu)勢也只有在此類技術(shù)的支持之下才能更為顯著。本文主要就某地鐵車站涉及到BIM技術(shù)的應(yīng)用實(shí)施分析，并就技術(shù)的優(yōu)勢做出了對(duì)照探究，與此同時(shí)，還提出了以此類技術(shù)為依托的總體運(yùn)行部署，以期能夠在相應(yīng)的具體實(shí)施中得到最大程度的效果體現(xiàn)。