基于BIM的鐵路設(shè)備運(yùn)維管理系統(tǒng)研究

郭超

摘要：以往工程中，一般通過運(yùn)維工作者查閱繁瑣的文檔資料和二維圖紙來開展設(shè)備運(yùn)維工作，此方式耗時(shí)久、效率低，還容易出現(xiàn)偏差。為了突破以往設(shè)備運(yùn)維管理效率低下、比較被動(dòng)的限制，結(jié)合移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與BIM技術(shù)，提出一種新的設(shè)備運(yùn)維管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備運(yùn)維管理工作的協(xié)同化、動(dòng)態(tài)化、精細(xì)化，有效提高了設(shè)備運(yùn)維管理的水平和效率。

關(guān)鍵詞：設(shè)備運(yùn)維管理；移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)；BIM技術(shù)；鐵路工程

0? ?引言

過去鐵路工程中設(shè)備運(yùn)維的管理大部分是由運(yùn)維人員通過設(shè)備圖紙與查找相關(guān)資料完成的。這些文檔資料的保存方式一般情況下都是采用電子表格，且存放混亂，沒有完善的管制制度和標(biāo)準(zhǔn)，查找翻閱難度較大[1-2]。且設(shè)備圖紙直觀性較差，無(wú)法將設(shè)備的空間形狀清晰的展現(xiàn)出來。為了對(duì)鐵路設(shè)備運(yùn)營(yíng)維護(hù)數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行高效管理，亟需開發(fā)出一種新型可視化設(shè)備的運(yùn)維管理平臺(tái)。

近年來，國(guó)內(nèi)有關(guān)學(xué)者對(duì)可視化設(shè)備運(yùn)維管理平臺(tái)進(jìn)行了一些研究。談駿杰等[3]引進(jìn)BIM技術(shù)，并結(jié)合能耗監(jiān)測(cè)技術(shù)研發(fā)出移動(dòng)式設(shè)備管理系統(tǒng)，達(dá)到了設(shè)備異常識(shí)別、設(shè)備定位、使用效率等目的。朱先超[4]在管理暖通設(shè)備時(shí)應(yīng)用BIM技術(shù)，提高了設(shè)備管理效率。為了突破以往鐵路工程設(shè)備運(yùn)維管理效率低下、比較被動(dòng)的限制，本文結(jié)合移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與BIM技術(shù)，提出了新的設(shè)備運(yùn)維管理平臺(tái)。

1? ?工程概況

某鐵路工程的起訖里程為DK214+409.65m～DK237+995m，正線全長(zhǎng)23.585km。橋梁總長(zhǎng)1.958km（6座），隧道總長(zhǎng)16.739km（12座），路基段總長(zhǎng)4.73km（17段），其中區(qū)間路基2.868km（16段），站場(chǎng)路基1.863km（1段）?？蚣軜?、涵34座，共1.2km。

2? ?傳統(tǒng)設(shè)備運(yùn)維管理存在的問題

2.1? ?設(shè)備信息間聯(lián)系不緊密

傳統(tǒng)鐵路工程設(shè)備運(yùn)維中，設(shè)備的清單、維護(hù)記錄、保養(yǎng)手冊(cè)等資料往往以不同的形式和方式保存，沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，有的按照設(shè)備種類分類，有的按照維修工程師分類，沒有相對(duì)完整的資料管理制度和管理標(biāo)準(zhǔn)，由此導(dǎo)致運(yùn)維人員在查找、整理這些資料時(shí)浪費(fèi)了不必要的時(shí)間和精力。

設(shè)備的信息通常以文檔表格、二維圖紙等方式進(jìn)行展現(xiàn)。這種展現(xiàn)方式過于碎片化與抽象，難以完整地反映設(shè)備及其構(gòu)件間的關(guān)系，運(yùn)維人員很難通過這種信息形式來確定設(shè)備的安裝部位，更難以分析故障設(shè)備的影響范圍，限制了信息共享和溝通。由于設(shè)備信息間聯(lián)系不緊密，存在信息孤島，導(dǎo)致各信息間相互獨(dú)立，缺乏溝通的情況，難以促進(jìn)信息的共享和協(xié)同。

2.2? ?難以保證設(shè)備運(yùn)維的真實(shí)性

傳統(tǒng)設(shè)備維護(hù)維修過程繁瑣，紙質(zhì)材料與電子表格這兩種形式的維保、檢查數(shù)據(jù)存在一定的安全問題，安全責(zé)任人很容易修改這些數(shù)據(jù)，從而造成事故發(fā)生后難以追究責(zé)任、難以保障運(yùn)維安全等問題。傳統(tǒng)設(shè)備維護(hù)維修模式如圖1所示。

在體量較大的設(shè)備系統(tǒng)里，設(shè)備的日常維護(hù)、檢修等工作由運(yùn)維人員執(zhí)行，管理人員不能時(shí)刻掌握運(yùn)維人員的工作情況，給工程的動(dòng)態(tài)管理造成了一定的困難。

除此之外，運(yùn)維工作者完成設(shè)備檢查等工作后，要把運(yùn)維記錄情況以表單的形式提交給運(yùn)維中心，同時(shí)在電腦中錄入相關(guān)數(shù)據(jù)并保存。這種運(yùn)維檢查形式有些繁瑣，浪費(fèi)了不必要的時(shí)間和人力，阻礙了設(shè)備運(yùn)維信息的更新，影響后續(xù)的應(yīng)急調(diào)整和管理工作。

3? ?基于BIM技術(shù)的設(shè)備可視化模型的優(yōu)勢(shì)

應(yīng)用BIM的鐵路工程設(shè)備運(yùn)維管理，能夠克服項(xiàng)目各個(gè)階段設(shè)備管理的難點(diǎn)，如設(shè)備直觀性較差、信息孤島等問題。BIM能夠?qū)㈣F路設(shè)備中所有設(shè)備信息集中起來，包括設(shè)備型號(hào)、安裝位置、使用壽命、維護(hù)保養(yǎng)等數(shù)據(jù)，便于從模型中快速獲取所需信息。同時(shí)簡(jiǎn)單處理設(shè)備竣工模型后就能夠直接調(diào)用，極大提升了設(shè)備管理的效率和準(zhǔn)確性。

應(yīng)用BIM技術(shù)可以將制圖、計(jì)算、協(xié)調(diào)以及文檔編制等過程進(jìn)行集成化管理。其中，BIM構(gòu)建的設(shè)備模型具有整合信息的優(yōu)勢(shì)，可將設(shè)備屬性信息更加標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的集成至BIM模型中，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備信息快速查詢的目的。同時(shí)BIM中三維立體實(shí)物圖，能夠方便不熟悉設(shè)備的維修人員進(jìn)行維護(hù)。這種可視化優(yōu)勢(shì)削弱了對(duì)本地維護(hù)人員的依賴性，使得維護(hù)工作更加便捷和高效。

4? ?系統(tǒng)構(gòu)架與主要技術(shù)

4.1? ?系統(tǒng)構(gòu)架

鐵路工程設(shè)備運(yùn)維管理的關(guān)鍵技術(shù)為BIM技術(shù)，但只依靠BIM模型還無(wú)法完成整個(gè)管理過程。在設(shè)備運(yùn)維階段，非常多雜亂的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行處理，故要結(jié)合BIM模型的特點(diǎn)來開發(fā)適合BIM模型的軟件，對(duì)BIM設(shè)備運(yùn)維管理平臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過平臺(tái)實(shí)現(xiàn)高度集成，能夠協(xié)同工作，在設(shè)備運(yùn)維管理時(shí)完成資源的共享和信息的流通，能在很大程度上提高設(shè)備運(yùn)維的管理效率。

設(shè)備運(yùn)維平臺(tái)系統(tǒng)構(gòu)架從上向下有應(yīng)用層、傳輸層、業(yè)務(wù)層、服務(wù)層以及數(shù)據(jù)層。模型數(shù)據(jù)（設(shè)備圖紙和信息）與運(yùn)維數(shù)據(jù)（運(yùn)維過程里的各項(xiàng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)）構(gòu)成最下部的數(shù)據(jù)庫(kù)?；赗EST服務(wù)構(gòu)建服務(wù)層，易于開發(fā)和維護(hù)，能夠提供更好的性能和用戶體驗(yàn)。業(yè)務(wù)層是系統(tǒng)的功能模塊，具有提供人員管理、應(yīng)急管理、設(shè)備管理等功能，可根據(jù)需要擴(kuò)展。傳輸層系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理層，通過局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)處理系統(tǒng)底層與應(yīng)用層間的信息與數(shù)據(jù)。應(yīng)用層是系統(tǒng)的界面模塊，兼容支持移動(dòng)終端APP與PC瀏覽器等。這種設(shè)計(jì)讓用戶可以隨時(shí)通過多種方式訪問系統(tǒng)，方便快捷。

4.2? ?三維可視化瀏覽BIM模型

運(yùn)維BIM模型數(shù)據(jù)源選用輕量化IFC標(biāo)準(zhǔn)格式文件，將其作為數(shù)據(jù)源，能夠優(yōu)化數(shù)據(jù)的可靠性。首先解析IFC文件，將其中的隱性信息轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的屬性信息和顯性的三角面構(gòu)件模型數(shù)據(jù)，同時(shí)在數(shù)據(jù)庫(kù)中保存轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)和信息，備作后續(xù)使用。之后通過平臺(tái)API接口的開發(fā)和維護(hù)，數(shù)據(jù)庫(kù)和BIM模型的更新，確保設(shè)備管理目標(biāo)和BIM模型的同步。在此基礎(chǔ)上，二次開發(fā)BIM模型在線服務(wù)系統(tǒng)，使設(shè)備模型可在網(wǎng)頁(yè)圖形庫(kù)下的三維實(shí)現(xiàn)可視化瀏覽，增強(qiáng)用戶對(duì)設(shè)備模型的理解，以便更好地進(jìn)行運(yùn)維和管理。

4.3? ?圖數(shù)協(xié)同

設(shè)備運(yùn)維數(shù)據(jù)庫(kù)和BIM模型間的E-R圖設(shè)備模型和設(shè)備運(yùn)維數(shù)據(jù)（維護(hù)保養(yǎng)信息、員工信息、設(shè)備信息等）分別表示“圖”和“數(shù)”。兩者均以實(shí)體的形式存在，但形式不同，兩者間也無(wú)聯(lián)系。為了將兩者進(jìn)行動(dòng)態(tài)鏈接，此次研究先利用編碼技術(shù)將各個(gè)設(shè)備構(gòu)件的ID標(biāo)識(shí)確定出來。

先將其反映到設(shè)備運(yùn)維數(shù)據(jù)庫(kù)中，以此建立設(shè)備運(yùn)維數(shù)據(jù)庫(kù)和BIM模型間的實(shí)體關(guān)系（E-R）圖，具體如圖2所示。之后對(duì)平臺(tái)接口API進(jìn)行更新與維護(hù)，在設(shè)備運(yùn)維數(shù)據(jù)庫(kù)里儲(chǔ)存持續(xù)更新的運(yùn)維信息，并匹配設(shè)備模型，以此完成持續(xù)、動(dòng)態(tài)、及時(shí)的設(shè)備運(yùn)維管理。

BIM模型中的設(shè)備人員對(duì)目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行點(diǎn)擊，平臺(tái)就能夠在數(shù)據(jù)庫(kù)中識(shí)別點(diǎn)擊對(duì)象的設(shè)備編碼，找出其運(yùn)維信息。與此同時(shí)，也可以在數(shù)據(jù)庫(kù)中先找設(shè)備編碼，再回到模型中對(duì)其進(jìn)行定位。以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)的設(shè)備運(yùn)維可視化流程如圖3所示。

4.4? ?移動(dòng)客戶端的協(xié)同

BIM技術(shù)與設(shè)備運(yùn)營(yíng)管理相結(jié)合，可以在最大程度上發(fā)揮出兩者的優(yōu)勢(shì)，很大程度降低了運(yùn)維的工作量和壓力，大大提升了運(yùn)維管理水平。BIM技術(shù)的設(shè)備運(yùn)維管理平臺(tái)結(jié)合移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)與BIM技術(shù)，可讓一線運(yùn)維工作者更快速、更直觀、更靈活的掌握設(shè)備BIM信息，實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作。

如今，手持個(gè)人數(shù)字助手（PDA）設(shè)備已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中，這也給BIM+移動(dòng)互聯(lián)的實(shí)現(xiàn)打下了基礎(chǔ)。此次研究通過后臺(tái)+前臺(tái)的整體框架形式，借助移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來達(dá)到設(shè)備運(yùn)維管理平臺(tái)和個(gè)人數(shù)字助手協(xié)同工作的目的。設(shè)備運(yùn)維管理平臺(tái)和個(gè)人數(shù)字助手的協(xié)同工作如圖4所示。

在服務(wù)器端安裝文檔在線服務(wù)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)在線查看、編輯設(shè)備運(yùn)維數(shù)據(jù)文檔功能。同時(shí)在后臺(tái)安裝了數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，可查詢?cè)O(shè)備技術(shù)參數(shù)、屬性信息、運(yùn)維記錄、使用說明等信息。與此同時(shí)，一線運(yùn)維人員能夠從服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中直接查詢?nèi)〉庙?xiàng)目BIM數(shù)據(jù)信息，突破了過去PC客戶端無(wú)法隨時(shí)攜帶的局限性。運(yùn)維工作者可使用移動(dòng)終端對(duì)設(shè)備上的二維碼進(jìn)行掃描，得到設(shè)備的各項(xiàng)信息，還可及時(shí)把運(yùn)維工作照片拍照傳輸至平臺(tái)，確保數(shù)據(jù)的真實(shí)性和實(shí)時(shí)性，從而突破了過去被動(dòng)、效率低的管理方式。

4.5? ?設(shè)備運(yùn)維管理平臺(tái)的應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)

運(yùn)維工作者在設(shè)備日常運(yùn)維工作，可以借助PDA（便攜式數(shù)字助手），且可通過移動(dòng)終端向運(yùn)維管理人員及時(shí)反饋設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。這有效避免了設(shè)備運(yùn)維信息更新滯后，有利于運(yùn)維管理工作者實(shí)時(shí)掌握設(shè)備工作狀態(tài)。

通過對(duì)各設(shè)備機(jī)房Wi-Fi信號(hào)的mac碼地址進(jìn)行記錄，系統(tǒng)可以對(duì)運(yùn)維工作者進(jìn)行匹配，判斷其位置是否準(zhǔn)確，只有工作人員在準(zhǔn)確的位置上，才能進(jìn)行設(shè)備的維護(hù)和檢修，以此保證了設(shè)備運(yùn)維的可靠性。

運(yùn)維系統(tǒng)平臺(tái)的建設(shè)可以明確員工的崗位和職責(zé)，并細(xì)化自身的責(zé)任目標(biāo)，在次基礎(chǔ)上結(jié)合數(shù)字化培訓(xùn)方式，大大提高了運(yùn)維工作者的工作技能和素養(yǎng)。這種方式可以幫助運(yùn)維工作者定位自身角色，使得運(yùn)維團(tuán)隊(duì)協(xié)同工作更加高效，更好地支持業(yè)務(wù)發(fā)展。

5? ?結(jié)束語(yǔ)

為了突破以往鐵路設(shè)備運(yùn)維管理效率低下、比較被動(dòng)的限制，本文通過結(jié)合移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與BIM技術(shù)，建立以BIM技術(shù)為基礎(chǔ)的鐵路設(shè)備運(yùn)維平臺(tái)，得出主要結(jié)論如下：

運(yùn)維BIM模型數(shù)據(jù)源選擇輕量化IFC標(biāo)準(zhǔn)格式文件，結(jié)合開發(fā)的平臺(tái)API接口，確保設(shè)備管理目標(biāo)和BIM模型的同步。再次開發(fā)BIM模型在線服務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備模型在網(wǎng)頁(yè)圖形庫(kù)下的三維可視化瀏覽，增強(qiáng)用戶對(duì)設(shè)備模型的理解。

通過“圖數(shù)”協(xié)同，能夠?qū)崿F(xiàn)持續(xù)、動(dòng)態(tài)、及時(shí)的設(shè)備運(yùn)維管理。在BIM模型里，設(shè)備人員可以對(duì)目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行點(diǎn)擊，從而在數(shù)據(jù)庫(kù)中識(shí)別其運(yùn)維信息。同時(shí)也可以在數(shù)據(jù)庫(kù)中先找設(shè)備編碼，在模型中定位設(shè)備，從而提高工作效率。

結(jié)合移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)與BIM技術(shù)，讓一線運(yùn)維工作者可以更快速、更直觀、更靈活的掌握設(shè)備BIM信息，實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作，突破了過去PC客戶端無(wú)法隨時(shí)攜帶的局限性，確保了數(shù)據(jù)的真實(shí)性和實(shí)時(shí)性。

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