“智能高铁”发展背景下高铁智能建造发展研究

王燕

摘   要：在智能高铁的时代背景下，高铁建造迈入了智能化时代，高铁智能建造方兴未艾。就高铁智能建造的概念、目标、特征、内涵进行了定义。高铁智能建造充分融合新一代信息技术与先进工程建设技术，致力于实现高铁建造全业务流程、全生命周期的整体智能化，推进高铁建设的智慧、高效、绿色、协同发展，实现项目全过程精益管理。并对高铁智能建造的总体框架及工程设计及仿真、数字化工厂、精密测控、自动化安装、动态监测、信息化管理六大应用场景组成进行了研究。

关键词：智能高铁  高铁智能建造  总体框架

中图分类号：TU98                                  文献标识码：A                       文章编号：1674-098X（2019）06（b）-0254-02

经过10年的高速发展，高铁总体技术水平进入世界先进行列，部分技术达到世界领先水平。中国高速铁路的快速发展离不开铁路信息化、智能化建设的持续推进[1]。2017年，随着智能京张、智能京雄等高铁建设工程的开工，智能高铁拉开了序幕。

智能高铁离不开智能建造，在智能高铁的时代背景下，我国高铁更需要依靠不断创新去走上国际发展的高地，从而助推中国的高铁技术走向世界。

1  国内外智能高铁发展

欧美及日本等发达国家从数字化、智能化角度出发，对智能高铁进行了较为深入的研究，形成了一些典型的智能铁路系统。如日本的CyberRail，美国的SmarterRailroad等[2]。

20世纪90年代，我国学者提出了铁路智能交通系统的概念。铁路智能运输系统[3]综合集成了信息处理技术、控制与系统技术等，在降低成本的同时提高经营管理水平与服务质量。

随着新兴技术的发展，通过大数据、人工智能、移动互联网等新技术的发展提升高铁智能化发展水平已成为全球铁路未来发展方向。

欧洲、德国、日本等国家或地区已提出了一系列战略规划，积极探索铁路技术发展趋势，并在不同的业务领域进行布局，其中典型代表有欧盟 Shift2Rail、德国铁路4.0、瑞士SmartRail 4.0等[4]。

我国自2017年进入了高铁智能化阶段[1]，学者们深入研究了智能高铁的发展战略、体系及关键技术等。中国智能高铁总体构成为“一核三翼”，“一核”即智能高铁大脑平台，“三翼”为智能建造、智能装备、智能运营[5]。

2  智能建造的概念及内涵

2.1 高铁智能建造概念

高铁智能建造融合BIM+GIS、大数据、物联网等先进的新一代信息技术与先进工程建造技术，是一种新型生产模式。其利用自动感知智能诊断、协同互动、主动学习和智能决策等实现工程设计及仿真、数字化工厂、精密测控、自动化安装、动态监测、信息化管理，从而构建构建高铁建设全过程全寿命可追溯的闭环体系，实现高铁建造的智能化[1]。

2.2 智能建造特征

（1）工业化生产。

通过单机智能化以及单机装备的互联而形成的智能生产线、智能预制场、智能工地进行工业化生产。

（2）智能化应用。

依托传感器、工业软件、网络通信系统、新型人机交互方式，实现机械化与智能化有机结合。

（3）BIM信息化管理。

应用基于BIM+智能网络协同平台实现系统集成，实现项目管理流程再造、智能管控、组织优化，实现人、设备、对象的互联。

（4）绿色建造。

注重技术集成与优化，突出铁路工程与生态、环境和谐的理念，将环保意识贯穿到设计、施工的全过程。

3  高铁智能建造体系框架

3.1 总体架构

高铁智能建造是一个复杂的系统工程，从整体上看，由智能感知层、智能网络层、数据传输层、应用支撑层及智能应用层组成，总体架构如图1所示。

（1）智能感知层。智能感知层的作用是识别物体，采集信息。依托物联网、传感器、摄像头等实现对项目建设过程的实时监控、智能感知、数据采集。

（2）智能网络层。智能网络层的作用是将感知层采集到的信息，通过各种网络技术进行整合，以供进一步的分析及利用。

（3）数据层中存储着大量的数据信息资源，借助数据库、云存储等智能存储手段，实现信息资源的有效存储和共享。

（4）应用支撑层包括数据挖掘、人工神经网络、超算等数据处理技术及设备，以实现数据和应用融合。

（5）智能应用层围绕高铁建造的各利益相关方，与高铁建设的全生命周期相融合，以实现智能化应用。

3.2 应用场景

高铁智能建造涵盖六大应用场景，包括工程设计及仿真、数字化工厂、精密测控、自动化安装、动态监测、信息化管理。

（1）工程设计及仿真。

通过高质量的BIM模型将着整个建设项目所包含的数据，通过VR、AR等手段取得可视化体验效果，从源头深化设计方案。

（2）数字化工厂。

利用物联网技术和监控技术加强信息管理服务，提高生产过程可控性、减少生产线人工干预，以及合理计划排程。

（3）精密测控。

精密测控是指在勘查设计、施工、竣工及运用阶段应用BIM、三维可视化技术及云平台等，通过自动化监控量测，实时掌握施工过程中的数据，确保施工安全。

（4）自动化安装。

自动化安装是指充分利用智能化装配机器人，研发和应用预制装配式施工现场生产系统，由机器人精准安装并实现智能检测。

（5）动态监测。

在生产过程中采用物联网数字化施工技术，实现生产过程中的数据监测;在施工过程中利用智能远程施工数据自动采集技术及现场施工智能纠偏技术帮助提高施工质量。

（6）信息化管理。

信息化管理是应用信息化手段对施工进程和质量的实时化、精细化、智能化协同化管理。

4  结语

经过数十年的发展，我国高铁已取得了举世瞩目的成就。如今在“智能高铁”的背景下，在新兴技术快速发展的推动下，我国高铁建设迈入了智能建造的新发展阶段。高铁智能建造是一项复杂的系统工程，需要一个有效的体系。依托高铁智能建造，将提高建设各方交互的明确性、效率、灵活性和响应速度，让建设过程有更深入的智能化，从而将助推中国高铁不断创新发展。

参考文献

[1] 王同军.中国智能高铁发展战略研究[J].中国铁路， 2019（1）：9-11.

[2] 王同军.智能铁路总體架构与发展展望[J].铁路计算机应用，2018，27（7）：1-8.

[3] 贾利民，秦勇，张媛.数字铁路、智能铁路与铁路智能运输系统[J].中国铁路，2012（3）：16-20.

[4] 史天运.中国高速铁路信息化现状及智能化发展[J].科技导报，2019，37（6）：53-59.

[5] 何华武，朱亮，李平，等.智能高铁体系框架研究[J].中国铁路，2019（3）：1-8.