智能高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施全生命周期管理框架研究

王同軍

(中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司， 北京 100844)

高速鐵路(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“高鐵”)工程項(xiàng)目規(guī)模宏大、涉及范圍廣、時(shí)間跨度長(zhǎng)，面臨的自然條件復(fù)雜，項(xiàng)目外延涉及生態(tài)環(huán)保、社會(huì)穩(wěn)定、后勤保障等諸多因素，工程建設(shè)管理協(xié)調(diào)難度極大。傳統(tǒng)建設(shè)管理模式下，項(xiàng)目參與者之間一般以縱向指令式關(guān)系為主[1-3]，缺乏有效的橫向溝通協(xié)調(diào)，建設(shè)各階段數(shù)據(jù)信息相對(duì)孤立，信息共享交換及業(yè)務(wù)應(yīng)用相互脫節(jié)，導(dǎo)致各參與方信息不對(duì)稱(chēng)性較高，影響建設(shè)管理數(shù)據(jù)完整的傳遞與對(duì)接，制約高鐵工程建設(shè)項(xiàng)目的高效率推進(jìn)。隨著我國(guó)高鐵新建項(xiàng)目的持續(xù)推進(jìn)和投入運(yùn)營(yíng)里程的不斷增加，高鐵基礎(chǔ)設(shè)施管理面臨新的挑戰(zhàn)，迫切需要采用現(xiàn)代化技術(shù)手段，引入全生命周期管理理念，加強(qiáng)各階段信息互通和工程建設(shè)各環(huán)節(jié)整體協(xié)調(diào)，不斷提高管理的系統(tǒng)性和科學(xué)性，實(shí)現(xiàn)全流程對(duì)稱(chēng)管理和全生命周期整體效益最佳、全過(guò)程正向反饋。

全生命周期管理是一種宏觀統(tǒng)籌管理理念，最早由Kleppner[4]在研究產(chǎn)品生命周期問(wèn)題時(shí)提出，后由不同學(xué)者研究并引入不同的行業(yè)情境中，如Ando等[5]基于“生命周期假說(shuō)”研究了消費(fèi)行為和商品關(guān)系、Woodward等[6]研究了全生命周期管理在決策過(guò)程中的應(yīng)用。在工程建設(shè)項(xiàng)目的全生命周期管理方面，相關(guān)學(xué)者從全生命周期管理的系統(tǒng)架構(gòu)、模式、體系等方面開(kāi)展了相關(guān)研究[7-9]，Lee等[10]將建設(shè)工程項(xiàng)目從產(chǎn)生工程構(gòu)思、正式立項(xiàng)、勘察設(shè)計(jì)、工程施工，到交付使用、工程改造再到報(bào)廢拆除的全部時(shí)間跨度作為一個(gè)整體，研究了工程建設(shè)統(tǒng)籌管理的模式；王同軍[11]結(jié)合信息化智能化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，研究了如何創(chuàng)建、管理及共享同一完整的工程信息以減少各階段銜接及各參與方之間的信息損失。隨著管理對(duì)象相關(guān)要素逐漸增加、要素間的關(guān)系日趨復(fù)雜，相關(guān)學(xué)者在橫向考慮全生命周期各環(huán)節(jié)無(wú)縫銜接的同時(shí)，也研究了縱向要素的一體化管理模式，如黃建陵等[12]圍繞建設(shè)項(xiàng)目特點(diǎn)，研究了建設(shè)項(xiàng)目全生命周期一體化管理內(nèi)涵及模型?？傮w來(lái)看，在全生命周期管理理念指導(dǎo)下，能夠?qū)こ桃?guī)劃決策、建設(shè)實(shí)施及運(yùn)行維護(hù)進(jìn)行統(tǒng)一集成管理，實(shí)現(xiàn)每個(gè)階段管理目標(biāo)的綜合優(yōu)化和全生命周期整體目標(biāo)動(dòng)態(tài)控制。本文基于信息化智能化技術(shù)在高鐵建設(shè)工程項(xiàng)目中的應(yīng)用現(xiàn)狀，結(jié)合新時(shí)期高鐵建設(shè)工程各環(huán)節(jié)工作特點(diǎn)，構(gòu)建智能高鐵基礎(chǔ)設(shè)施全生命周期管理框架，并基于全生命周期成本最低的目標(biāo)，深入研究全要素協(xié)同、全過(guò)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)等全生命周期外向特征，分析過(guò)程流信息流融合管理內(nèi)在機(jī)理，從而為新時(shí)期智能高鐵基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)管理提供新的實(shí)踐思路。

1 智能高鐵基礎(chǔ)設(shè)施全生命周期管理內(nèi)涵

1.1 智能高鐵發(fā)展現(xiàn)狀

近年來(lái)，隨著信息技術(shù)發(fā)展突飛猛進(jìn)，智能化技術(shù)對(duì)高鐵行業(yè)發(fā)展路徑產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，在政策與技術(shù)的雙輪驅(qū)動(dòng)下，中國(guó)及世界高鐵進(jìn)入“智能高鐵時(shí)代”。智能高鐵廣泛應(yīng)用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)、人工智能、北斗導(dǎo)航、BIM、5G等新一代信息技術(shù)，綜合高效利用資源，實(shí)現(xiàn)高鐵移動(dòng)裝備、固定基礎(chǔ)設(shè)施及內(nèi)外部環(huán)境間信息的全面感知、泛在互聯(lián)、融合處理、主動(dòng)學(xué)習(xí)和科學(xué)決策，實(shí)現(xiàn)全生命周期一體化管理的新一代高鐵系統(tǒng)[13-14]。

目前，國(guó)外主要從數(shù)字化、智能化發(fā)展方面展開(kāi)對(duì)智能高鐵的研究與應(yīng)用[15]，如歐盟制定Shift2Rail計(jì)劃，開(kāi)展了創(chuàng)新智能鐵路(In2Rail)項(xiàng)目的研究；英國(guó)將BIM應(yīng)用到高鐵設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，而以德國(guó)、法國(guó)、日本為代表的老牌鐵路強(qiáng)國(guó)，在BIM與大數(shù)據(jù)應(yīng)用、數(shù)字化戰(zhàn)略規(guī)劃與管控、動(dòng)車(chē)組自動(dòng)駕駛、基礎(chǔ)設(shè)施智能運(yùn)維等方面積極開(kāi)展研究，推動(dòng)鐵路技術(shù)智能化創(chuàng)新發(fā)展，總體看來(lái)，國(guó)外鐵路數(shù)字化智能化應(yīng)用主要側(cè)重于單一系統(tǒng)或局部領(lǐng)域的應(yīng)用，尚缺乏成體系的研究成果。中國(guó)率先開(kāi)展了智能高鐵頂層設(shè)計(jì)和發(fā)展戰(zhàn)略研究[16-18]，創(chuàng)建了技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)三位一體的智能高鐵體系架構(gòu)，依托張智京能高鐵等重大工程項(xiàng)目，取得了智能建造、智能裝備、智能運(yùn)營(yíng)等領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新，形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的智能鐵路成套成果體系，有力支撐了高鐵全生命周期管理。

1.2 智能高鐵基礎(chǔ)設(shè)施全生命周期管理內(nèi)涵及特征

高鐵基礎(chǔ)設(shè)施全生命周期管理包括從勘察設(shè)計(jì)、建設(shè)施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)一直到報(bào)廢處置全過(guò)程的全要素管理，最終目的是實(shí)現(xiàn)全生命周期成本最優(yōu)，即從微觀投資控制最優(yōu)擴(kuò)展到高鐵基礎(chǔ)設(shè)施生命周期內(nèi)全局成本最低。在效益導(dǎo)向下，智能化技術(shù)能推動(dòng)高鐵基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整體效能提升，在全生命周期范圍內(nèi)提升管理效率、保障安全質(zhì)量，同時(shí)降低建設(shè)運(yùn)營(yíng)全過(guò)程整體成本，為實(shí)現(xiàn)高鐵基礎(chǔ)設(shè)施全生命周期成本最優(yōu)目標(biāo)提供了更優(yōu)路徑。智能高鐵基礎(chǔ)設(shè)施全生命周期管理內(nèi)涵可表述為：將全生命周期里涉及核心業(yè)務(wù)領(lǐng)域的全部信息過(guò)程運(yùn)作和管理集成為一個(gè)整體，推動(dòng)高鐵基礎(chǔ)設(shè)施從勘察設(shè)計(jì)、建設(shè)施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)一直到報(bào)廢處置全過(guò)程管理[19-20]的協(xié)同化、智能化，并運(yùn)用先進(jìn)信息化技術(shù)推動(dòng)基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)微觀時(shí)間截面上資源最優(yōu)配置、宏觀全生命周期全局成本效益最優(yōu)的管理模式。

智能高鐵基礎(chǔ)設(shè)施全生命周期管理主要圍繞過(guò)程、信息、技術(shù)、管理4方面主要因素，進(jìn)行應(yīng)用協(xié)同一體化管理，具有如下特征：

(1)強(qiáng)調(diào)管理行為協(xié)同性。統(tǒng)籌各參與方及時(shí)動(dòng)態(tài)地對(duì)項(xiàng)目全生命周期進(jìn)行整體管理；打破信息壁壘，推進(jìn)信息共享，促進(jìn)項(xiàng)目信息準(zhǔn)確及時(shí)獲取、傳遞、交流、溝通。

(2)強(qiáng)調(diào)技術(shù)應(yīng)用集成性。全生命周期管理需要將新的各類(lèi)信息技術(shù)及項(xiàng)目實(shí)施技術(shù)融會(huì)貫通形成整合優(yōu)勢(shì)，并在業(yè)務(wù)應(yīng)用上創(chuàng)新實(shí)踐，將原有單一技術(shù)應(yīng)用，轉(zhuǎn)化成多種技術(shù)集成應(yīng)用。

(3)強(qiáng)調(diào)信息數(shù)據(jù)完整性。應(yīng)用全生命周期管理的理念，不再進(jìn)行片面、離散的信息管理，避免信息數(shù)據(jù)遺漏，造成建設(shè)管理事故，管理信息涵蓋設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維及施工環(huán)境、施工人員等全部關(guān)鍵信息，打通信息孤島，建立統(tǒng)一的工程建設(shè)管理平臺(tái)，進(jìn)行數(shù)據(jù)集中管控。

(4)強(qiáng)調(diào)信息數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性。以項(xiàng)目管理的進(jìn)度、質(zhì)量、安全、投資等為目標(biāo)，將原本靜態(tài)的數(shù)據(jù)收集、處理、應(yīng)用，轉(zhuǎn)化為實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)管理，保證管理要素變動(dòng)時(shí)關(guān)聯(lián)文檔、圖形、模型、數(shù)據(jù)的更新，減少數(shù)據(jù)變更產(chǎn)生的管理錯(cuò)誤，提升管理質(zhì)量。

(5)強(qiáng)調(diào)管理效益最優(yōu)性。摒棄單階段效益評(píng)估機(jī)制，不僅著眼近期或短期管理成本，更要充分考慮在多重約束條件、多階段管理內(nèi)容、多種類(lèi)技術(shù)應(yīng)用下全生命周期整體效益，通過(guò)將全生命周期的管理成本與各類(lèi)效益協(xié)調(diào)整合關(guān)聯(lián)，平衡經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等效益，實(shí)現(xiàn)管理整體效益最優(yōu)。

智能高鐵基礎(chǔ)設(shè)施全生命周期管理主要特征見(jiàn)圖1。

對(duì)于高鐵基礎(chǔ)設(shè)施，前期的項(xiàng)目實(shí)施準(zhǔn)備階段相關(guān)工作(規(guī)劃、可行性研究等)的成本很大程度上反映在勘察設(shè)計(jì)成本中，后期的報(bào)廢處置主要依據(jù)處置條件控制成本，而該處置條件很大程度上取決于運(yùn)營(yíng)維護(hù)能力水平，因此智能高鐵基礎(chǔ)設(shè)施主要成本費(fèi)用發(fā)生在勘察設(shè)計(jì)、建設(shè)施工和運(yùn)營(yíng)維護(hù)3階段。本研究也以此3階段為全生命周期的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，研究智能高鐵全生命周期成本最低機(jī)制。

2 智能高鐵基礎(chǔ)設(shè)施全生命周期管理框架

2.1 全生命周期管理總體框架

智能高鐵基礎(chǔ)設(shè)施全生命周期管理的核心任務(wù)是面向工程全生命周期，在數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與安全措施的保障下，在集成平臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行物理實(shí)體管理及附屬信息交互整合等內(nèi)在機(jī)理?xiàng)l件下，實(shí)現(xiàn)全要素協(xié)同、全過(guò)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)等全生命周期最優(yōu)化外向功能特征。

全生命周期成本最低是智能高鐵基礎(chǔ)設(shè)施全生命周期管理的最終目標(biāo)，即：不局限于高鐵基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目投資最低的目標(biāo)，而是關(guān)注高鐵項(xiàng)目全周期、全局成本的最優(yōu)化，主要通過(guò)信息化技術(shù)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)基礎(chǔ)設(shè)施全過(guò)程健康穩(wěn)定狀態(tài)，在過(guò)程流信息流共同作用下，有效推動(dòng)各時(shí)間截面全要素協(xié)同和資源最大化應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)有效降低基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)運(yùn)維全局成本的目標(biāo)。

實(shí)現(xiàn)靜態(tài)時(shí)間截面上全要素協(xié)同是全生命周期每個(gè)環(huán)節(jié)管理最優(yōu)化的基本前提，即：在管理資源約束條件下，運(yùn)用先進(jìn)信息技術(shù)手段對(duì)現(xiàn)場(chǎng)要素進(jìn)行統(tǒng)籌管理，保障各管理內(nèi)容相互協(xié)同并達(dá)到最優(yōu)解。

實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)時(shí)間軸上全過(guò)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)是全生命周期成本最優(yōu)目標(biāo)的必要手段，即：通過(guò)信息管理技術(shù)手段，對(duì)高鐵全生命周期各環(huán)節(jié)穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，為實(shí)現(xiàn)全要素協(xié)同提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)各環(huán)節(jié)健康穩(wěn)定、全局成本有效降低。

智能高鐵基礎(chǔ)設(shè)施的全要素協(xié)同和全過(guò)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)，其內(nèi)在本質(zhì)是對(duì)高鐵項(xiàng)目各階段過(guò)程信息流的有效傳輸和管理，也即只有通過(guò)過(guò)程流信息流高效融合管理，才能實(shí)現(xiàn)協(xié)同效率提高和監(jiān)測(cè)功能實(shí)時(shí)化的表象特征。因此，實(shí)現(xiàn)過(guò)程流和信息流的深度融合管理是保障全生命周期成本最優(yōu)的內(nèi)在機(jī)理，應(yīng)立足服務(wù)應(yīng)用角度，依托信息化管理平臺(tái)，應(yīng)用BIM技術(shù)、數(shù)字孿生、動(dòng)態(tài)控制等手段[10]，推動(dòng)全過(guò)程信息完整保存和無(wú)損流轉(zhuǎn)，推動(dòng)規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)3大過(guò)程工作目標(biāo)一致、相互關(guān)聯(lián)，從全局角度全面提高管理效率、降低成本。

基于此構(gòu)建智能高鐵基礎(chǔ)設(shè)施全生命周期管理總體框架，見(jiàn)圖2。

2.2 基本前提：全要素協(xié)同管理機(jī)制

(1)現(xiàn)場(chǎng)要素協(xié)同?，F(xiàn)場(chǎng)要素作為建設(shè)過(guò)程中的主體管理對(duì)象，應(yīng)圍繞基礎(chǔ)設(shè)施的人、機(jī)、料、法、環(huán)，采用信息化手段，對(duì)項(xiàng)目靜態(tài)要素實(shí)施信息監(jiān)控、把控，提高管理效率。

(2)管理要素協(xié)同。需要站在管理主體角度對(duì)項(xiàng)目資源進(jìn)行協(xié)調(diào)配置，形成滿足各環(huán)節(jié)管理需求的能力，確保各要素得到充分利用并整合協(xié)同，發(fā)揮資源最大優(yōu)勢(shì)。

(3)控制要素協(xié)同。需要依托集成管理平臺(tái)，暢通信息溝通路徑，有效降低溝通成本，避免原有相互割裂的信息管理產(chǎn)生的問(wèn)題，推動(dòng)工程項(xiàng)目質(zhì)量、投資、工期、安全、環(huán)保、穩(wěn)定等控制目標(biāo)順利實(shí)現(xiàn)。

(4)專(zhuān)業(yè)要素協(xié)同。高鐵系統(tǒng)涵蓋移動(dòng)裝備、工務(wù)工程、通信信號(hào)、牽引供電、運(yùn)輸組織、設(shè)備運(yùn)維、安全保障、客運(yùn)服務(wù)等多個(gè)專(zhuān)業(yè)，各專(zhuān)業(yè)間既獨(dú)立又統(tǒng)一，不同專(zhuān)業(yè)之間往往需要進(jìn)行預(yù)留接口等交互操作，從而實(shí)現(xiàn)信息互通和協(xié)同操作，以BIM和大數(shù)據(jù)技術(shù)為基礎(chǔ)，依據(jù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)將多專(zhuān)業(yè)集成，并通過(guò)施工模擬等功能輔助不同專(zhuān)業(yè)信息的高效流轉(zhuǎn)、及時(shí)共享和深度挖掘。

2.3 必要手段：全過(guò)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)機(jī)制

在從勘察設(shè)計(jì)到報(bào)廢處置全過(guò)程中，保證實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)施狀態(tài)穩(wěn)定，能夠有效優(yōu)化截面全要素資源配置，保持全過(guò)程各截面健康穩(wěn)定運(yùn)行，有效降低成本。智能高鐵基礎(chǔ)設(shè)施全過(guò)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)需要采用適宜的信息管理技術(shù)，對(duì)各環(huán)節(jié)相關(guān)數(shù)據(jù)、模型、資源和維修等信息進(jìn)行有效管理，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施良好的可用性、安全性，推動(dòng)全生命周期成本最低。

勘察設(shè)計(jì)階段：高鐵工程勘察設(shè)計(jì)依托BIM協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)，對(duì)可研報(bào)告、初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)進(jìn)行迭代對(duì)比，并提前統(tǒng)籌考慮高鐵建設(shè)運(yùn)營(yíng)后的可靠性、可用性、維修性和安全性，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案動(dòng)態(tài)優(yōu)化，減少建設(shè)施工中的變更設(shè)計(jì)，有效控制成本。

建設(shè)施工階段：運(yùn)用PHM技術(shù)準(zhǔn)確識(shí)別建設(shè)施工全過(guò)程高風(fēng)險(xiǎn)因素，動(dòng)態(tài)修正勘察設(shè)計(jì)階段移交的數(shù)據(jù)信息，提高建設(shè)運(yùn)營(yíng)后期整體經(jīng)濟(jì)效益；采用BIM技術(shù)應(yīng)用，在施工階段按照可視化三維BIM模型進(jìn)行施工細(xì)化，并應(yīng)用四維施工BIM模型進(jìn)行各專(zhuān)業(yè)方案模擬與優(yōu)化[10]，在保證工程質(zhì)量安全的基礎(chǔ)上，有效拓展高鐵基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工廠化、裝配化發(fā)展進(jìn)程和應(yīng)用范圍，推動(dòng)無(wú)人化枕廠、智能梁場(chǎng)等新形態(tài)的出現(xiàn)，大力提高工程建設(shè)施工效率，降低返工、變更成本。

運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段：綜合運(yùn)用動(dòng)態(tài)檢測(cè)、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)、人工檢查數(shù)據(jù)，通過(guò)大數(shù)據(jù)、智能分析手段，對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施關(guān)鍵部位故障、運(yùn)用、檢修、性能參數(shù)等數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的采集整理診斷與計(jì)算評(píng)估，預(yù)判設(shè)備健康狀態(tài)，從而制定更合適的維修策略(如預(yù)防維修、故障檢測(cè)、設(shè)計(jì)改進(jìn)和修復(fù)維修等)，推動(dòng)高鐵基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)修和修程修制優(yōu)化，保證基礎(chǔ)設(shè)施可靠性、可用性水平滿足要求，全面降低維保成本。

2.4 內(nèi)在機(jī)理：過(guò)程流信息流的深度融合管理機(jī)制

信息流管理能確保高鐵基礎(chǔ)設(shè)施從立項(xiàng)決策、勘察設(shè)計(jì)、建設(shè)施工到運(yùn)營(yíng)維護(hù)等各階段的溝通、討論、決策在可視化狀態(tài)下進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量、安全、環(huán)保、進(jìn)度、投資等信息在高鐵基礎(chǔ)設(shè)施全生命周期過(guò)程中的共享和傳遞[16]，為各參建單位共享知識(shí)、協(xié)同工作提供支撐保障，有效實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)控制。目前BIM技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于鐵路工程設(shè)計(jì)、建造過(guò)程當(dāng)中，但各階段之間信息交接仍未做到平滑過(guò)渡和無(wú)損傳遞，同時(shí)存在信息孤島、系統(tǒng)獨(dú)立部署、數(shù)據(jù)多數(shù)是獨(dú)立存儲(chǔ)和處理等問(wèn)題，需要統(tǒng)籌加強(qiáng)信息流的無(wú)損正向傳輸和反饋優(yōu)化機(jī)制，從而實(shí)現(xiàn)基于過(guò)程流管理的全生命周期信息流規(guī)范管理，即實(shí)現(xiàn)過(guò)程流和信息流的深度融合管理機(jī)制。

2.4.1 正向信息無(wú)損傳遞

(1)勘察設(shè)計(jì)到建設(shè)施工。智能高鐵基礎(chǔ)設(shè)施勘察設(shè)計(jì)過(guò)程要突出安全可靠性、技術(shù)先進(jìn)性、綠色環(huán)保性、舒適便捷性、文化藝術(shù)性，建設(shè)施工過(guò)程則需綜合考慮成本費(fèi)用、質(zhì)量、安全、進(jìn)度等相關(guān)控制目標(biāo)，統(tǒng)籌考慮環(huán)境績(jī)效、生產(chǎn)績(jī)效，實(shí)現(xiàn)工程管理效率持續(xù)改進(jìn)和提高?；贐IM技術(shù)平臺(tái)作用，推動(dòng)相關(guān)信息從勘察設(shè)計(jì)向建設(shè)施工環(huán)節(jié)流轉(zhuǎn)，圍繞規(guī)劃設(shè)計(jì)主要工作和設(shè)計(jì)施工間的主要接口，建立健全標(biāo)準(zhǔn)編碼，可有效確保全專(zhuān)業(yè)信息數(shù)據(jù)流向與傳遞流程完整性和各管理專(zhuān)業(yè)間的協(xié)同，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)、提高施工效率及減少返工等。具體為：①提交資料及時(shí)完整、傳遞數(shù)據(jù)簡(jiǎn)潔高效，推動(dòng)參數(shù)驅(qū)動(dòng)全要素模型快速生成，解決各專(zhuān)業(yè)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)交互和共享問(wèn)題；②信息內(nèi)容應(yīng)滿足建設(shè)運(yùn)維一體化應(yīng)用需求，以全要素信息模型、文檔、說(shuō)明文件為載體，包含專(zhuān)業(yè)內(nèi)及專(zhuān)業(yè)間各要素的邏輯關(guān)系、成果版本迭代關(guān)系等信息；③信息形式應(yīng)多元豐富，更有利于項(xiàng)目的精細(xì)化管理，滿足全生命周期不同階段各相關(guān)方的要求。

(2)勘察設(shè)計(jì)/建設(shè)施工到運(yùn)營(yíng)維護(hù)。運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段需充分利用勘察設(shè)計(jì)和建設(shè)施工交付成果，充分利用運(yùn)營(yíng)前各階段信息，有效分配資金、材料、人力和作業(yè)時(shí)間，強(qiáng)化基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)分析，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，保持基礎(chǔ)設(shè)施處于良好使用狀態(tài)，達(dá)到優(yōu)化作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、作業(yè)流程和養(yǎng)護(hù)維護(hù)策略的目標(biāo)。應(yīng)推動(dòng)勘察設(shè)計(jì)、建設(shè)施工和運(yùn)營(yíng)維護(hù)的信息無(wú)損流轉(zhuǎn)，全面改進(jìn)建設(shè)施工管理模式，構(gòu)建以工程調(diào)度為核心、以電子工程日志為數(shù)據(jù)采集手段、以施組管理為主線的建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)度管控體系，以及以試驗(yàn)室、拌和站為源頭控制、以施工質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控為過(guò)程控制的項(xiàng)目質(zhì)量安全防控體系，對(duì)建設(shè)施工過(guò)程中的信息進(jìn)行全面感知、采集和編碼，并將信息傳遞至運(yùn)維階段，形成組織過(guò)程資產(chǎn)積累，為運(yùn)維養(yǎng)護(hù)維修工作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)保障。

2.4.2 信息反饋優(yōu)化機(jī)制

在高鐵建設(shè)工程項(xiàng)目情境下，圍繞已交付運(yùn)營(yíng)的高鐵項(xiàng)目，堅(jiān)持以實(shí)踐檢驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)和施工成效，將相關(guān)信息反饋至前一階段，使其通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化、提升工藝、技術(shù)創(chuàng)新等方式提高高鐵管理效率[10]，即用高鐵工程項(xiàng)目的運(yùn)營(yíng)結(jié)果來(lái)調(diào)整高鐵工程項(xiàng)目的建設(shè)活動(dòng)，防止高鐵工程建設(shè)偏離目標(biāo)。

(1)建設(shè)施工對(duì)勘察設(shè)計(jì)的反饋優(yōu)化。①依據(jù)建設(shè)施工過(guò)程中現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際環(huán)境、監(jiān)控量測(cè)成果、試驗(yàn)研究數(shù)據(jù)，及時(shí)利用信息化設(shè)備和手段將信息反饋到設(shè)計(jì)端，實(shí)現(xiàn)施工圖等設(shè)計(jì)成果技術(shù)調(diào)整優(yōu)化；②解決施工設(shè)計(jì)不符等突出問(wèn)題，保證現(xiàn)場(chǎng)第一時(shí)間控制安全風(fēng)險(xiǎn)隱患，通過(guò)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)和綜合試驗(yàn)分析預(yù)報(bào)成果、視頻監(jiān)控、影像照片等，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)與設(shè)計(jì)端主動(dòng)核對(duì)，及時(shí)主動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)；③充分利用信息化手段，預(yù)測(cè)判斷施工變化趨勢(shì)，發(fā)生問(wèn)題及時(shí)追根溯源，明確解決思路。

(2)運(yùn)營(yíng)維護(hù)對(duì)建設(shè)施工/勘察設(shè)計(jì)的反饋優(yōu)化。運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段更加關(guān)注功能狀態(tài)和技術(shù)狀態(tài)，而設(shè)計(jì)和建設(shè)更加關(guān)注建造方法和過(guò)程，必須加強(qiáng)信息化技術(shù)手段創(chuàng)新應(yīng)用，使運(yùn)維信息更加順暢地反向流到設(shè)計(jì)和運(yùn)維階段，達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)、完善工藝、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)等目的：①要利用好BIM模型數(shù)據(jù)，在運(yùn)維階段根據(jù)自身數(shù)據(jù)交互需求不斷完善模型數(shù)據(jù)構(gòu)成；②要建立運(yùn)維階段同設(shè)計(jì)階段、運(yùn)維階段同建設(shè)階段基礎(chǔ)設(shè)施管理精準(zhǔn)映射關(guān)系，通過(guò)映射轉(zhuǎn)換算法或工具，建立完善的信息流轉(zhuǎn)機(jī)制，在信息傳遞的同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選、轉(zhuǎn)換、解析，以解決信息流失和信息轉(zhuǎn)義等問(wèn)題，使運(yùn)維信息向上傳遞更加精準(zhǔn)有效。

3 京張高鐵基礎(chǔ)設(shè)施全生命周期管理實(shí)踐

京張高鐵是2022年北京冬奧會(huì)的重要交通保障設(shè)施，是中國(guó)第一條采用自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、設(shè)計(jì)速度350 km/h的智能化高速鐵路，也是世界第一條設(shè)計(jì)速度350 km/h的高寒、大風(fēng)沙高速鐵路。京張高鐵于2016年4月29日開(kāi)工建設(shè)，于2019年12月30日開(kāi)通運(yùn)營(yíng)，建設(shè)過(guò)程中充分應(yīng)用鐵路BIM等先進(jìn)信息技術(shù)，開(kāi)展了基礎(chǔ)設(shè)施全生命周期管理實(shí)踐。

全要素協(xié)同方面:①圍繞鐵路工程建設(shè)過(guò)程中人、機(jī)、料、法、環(huán)等要素，以BIM+GIS技術(shù)為核心，通過(guò)綜合運(yùn)用自動(dòng)感知、智能診斷、協(xié)同互動(dòng)、主動(dòng)學(xué)習(xí)和智能決策等手段，推動(dòng)了京張高鐵建設(shè)全方位、全專(zhuān)業(yè)、全天候的安全、質(zhì)量、進(jìn)度管控及高效智能的施工管理，實(shí)現(xiàn)了京張高鐵工程現(xiàn)場(chǎng)要素和控制要素協(xié)同。②建設(shè)單位圍繞“精品工程、智能京張”目標(biāo)，積極引入先進(jìn)的管理方法，從節(jié)約建造、流程再造、過(guò)程波動(dòng)、實(shí)現(xiàn)價(jià)值、持續(xù)改進(jìn)等控制環(huán)節(jié)，秉持良好的社會(huì)責(zé)任感，全面完善現(xiàn)場(chǎng)制度體系，嚴(yán)格落實(shí)施工現(xiàn)場(chǎng)管理主體責(zé)任，大力推進(jìn)流程再造和管理升級(jí)，堅(jiān)持定期安全隱患排查和基坑防汛檢查，全面提高風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)防控意識(shí)，嚴(yán)守安全生產(chǎn)底線、揚(yáng)塵控制紅線，并明確主要領(lǐng)導(dǎo)負(fù)總責(zé)、分管領(lǐng)導(dǎo)主抓、綜合部歸口管理、多名專(zhuān)兼職檔案人員具體落實(shí)的檔案工作組織管理體系，持續(xù)規(guī)范完善項(xiàng)目管理相關(guān)工作，實(shí)現(xiàn)京張高鐵工程管理要素整合協(xié)同。③面對(duì)京張高鐵龐大復(fù)雜系統(tǒng)工程易出現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖表達(dá)與理解不明確、專(zhuān)業(yè)間溝通不順暢等問(wèn)題，構(gòu)建了BIM參數(shù)化協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)，并基于WebGL的BIM+GIS多層級(jí)協(xié)同管理云平臺(tái)，依托服務(wù)接口技術(shù)，匯聚成“一張圖”的環(huán)境與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)數(shù)據(jù)多角度、多尺度、多時(shí)相、多專(zhuān)業(yè)的綜合可視化管理和分析，保證京張高鐵工程面向設(shè)計(jì)單位的設(shè)計(jì)過(guò)程管理和工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理相統(tǒng)一，設(shè)計(jì)資源管理、過(guò)程協(xié)同管理、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理、設(shè)計(jì)變更管理等過(guò)程信息記錄在案，相關(guān)數(shù)據(jù)圖表都可供各專(zhuān)業(yè)查詢統(tǒng)計(jì)，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)更容易執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)各參建單位基于項(xiàng)目的資源共享、設(shè)計(jì)文件全過(guò)程管理和協(xié)同工作，推進(jìn)各專(zhuān)業(yè)要素協(xié)同。

全過(guò)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)方面，京張高鐵構(gòu)建了勘察-設(shè)計(jì)-施工-運(yùn)維一體化集中數(shù)據(jù)平臺(tái)：在勘察設(shè)計(jì)、建設(shè)施工兩階段，基于BIM的鐵路工程管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路基礎(chǔ)設(shè)備設(shè)施設(shè)計(jì)、建設(shè)、竣工驗(yàn)收信息收集，并實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路設(shè)備設(shè)施運(yùn)營(yíng)期初始狀態(tài)的管理，為運(yùn)營(yíng)期設(shè)施設(shè)備的養(yǎng)護(hù)維修、安全監(jiān)控提供支持；運(yùn)維階段，將以上信息與動(dòng)靜態(tài)檢測(cè)信息和監(jiān)測(cè)信息、養(yǎng)護(hù)維修作業(yè)信息等進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)管理、檢測(cè)、維修流程的統(tǒng)一管理，并對(duì)各種信息進(jìn)行智能綜合分析，提出科學(xué)的設(shè)備養(yǎng)護(hù)維修建議，為設(shè)備養(yǎng)護(hù)維修的各級(jí)決策提供全方位的信息服務(wù)。

過(guò)程流信息流深度融合管理方面，BIM技術(shù)在京張高鐵的設(shè)計(jì)、施工階段進(jìn)行綜合應(yīng)用，覆蓋了橋梁、隧道、軌道、路基、四電和站房等主要專(zhuān)業(yè)。勘察設(shè)計(jì)階段采用BIM技術(shù)與GIS技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目級(jí)、標(biāo)段級(jí)、工點(diǎn)級(jí)BIM的電子沙盤(pán)三維全景展示，實(shí)現(xiàn)了構(gòu)件級(jí)BIM模型深化，并依托全專(zhuān)業(yè)多元數(shù)據(jù)融合的開(kāi)放協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)和以BIM為主要載體的信息流，開(kāi)展設(shè)計(jì)優(yōu)化、審查審核報(bào)告的工作，實(shí)現(xiàn)施工圖電子交付和數(shù)據(jù)無(wú)損傳遞，為建設(shè)運(yùn)營(yíng)構(gòu)建可溯源可共享的信息基石；建設(shè)施工階段BIM技術(shù)以施工管理中的進(jìn)度、質(zhì)量、安全為主線，圍繞施工管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在施工組織、施工安全和質(zhì)量監(jiān)測(cè)方面進(jìn)行大量落地應(yīng)用，同時(shí)依托鐵路工程管理平臺(tái)應(yīng)用和多類(lèi)前端感知設(shè)備，建立了進(jìn)度、質(zhì)量、安全、投資、環(huán)保等指標(biāo)數(shù)據(jù)畫(huà)像管控，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施、外部環(huán)境全要素全面感知，為運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段維修策略優(yōu)化提供大量素材和依據(jù)；運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段依托基于北斗導(dǎo)航的京張高鐵時(shí)空管理平臺(tái)，打造了基于BIM+GIS的一體化運(yùn)維平臺(tái)，承載設(shè)計(jì)、建造階段數(shù)據(jù)，共同構(gòu)成運(yùn)維數(shù)字底圖，通過(guò)平臺(tái)與巡檢作業(yè)、移動(dòng)檢測(cè)、固定監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)映射，進(jìn)一步提高天窗利用率，提升生產(chǎn)組織與應(yīng)急處置效率，形成了基于全域數(shù)據(jù)可視化的時(shí)空雙向反饋機(jī)制。

4 結(jié)束語(yǔ)

依托京張高鐵建設(shè)運(yùn)營(yíng)項(xiàng)目，中國(guó)鐵路在運(yùn)用智能化技術(shù)進(jìn)行高鐵基礎(chǔ)設(shè)施全生命周期管理上進(jìn)行了有益探索。本文結(jié)合智能化技術(shù)在高鐵行業(yè)的創(chuàng)新應(yīng)用，設(shè)計(jì)了智能高鐵基礎(chǔ)設(shè)施全生命周期管理框架，明確了全要素協(xié)同、全過(guò)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)等全生命周期外向特征，以及實(shí)現(xiàn)全生命周期管理成本最優(yōu)的過(guò)程流信息流融合管理內(nèi)在機(jī)理。隨著管理內(nèi)容的擴(kuò)展及建設(shè)運(yùn)維技術(shù)的發(fā)展，圍繞新時(shí)期智能鐵路發(fā)展需求，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)生命周期各階段多元信息分析整合及協(xié)調(diào)，在管理理論、方法、體系、實(shí)踐領(lǐng)域取得突破，從而全面提高高鐵建設(shè)運(yùn)維管理水平，助力智能高鐵可持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展。