基于BIM技术的轨道交通运维管理应用

张耘琳

（广州地铁设计研究院股份有限公司，广东广州 510000）

1 研究背景

我国城市轨道交通工程普遍具有三个特点，即投资规模大且施工环境复杂、工期紧凑且涉及专业性强及施工内容多、组织管理具有一定难度且技术要求高。纵观城市轨道交通工程发展可知，通常其建设过程为5～10年，建设后移交运营，运营管理时间长达数十年。针对城市轨道交通运维，必须在保证科学合理地制定维护计划的基础上，加强对实时监测轨道交通运营状态的重视，成为当前我国城市轨道交通管理部门的共识与主要工作目标。

基于轨道交通地铁车站在运营过程中人员密集、设备密集、信息密集的特点，在不重复建设的前提下，应结合工程项目的实际情况，利用BIM信息模型技术、数字孪生与时空一体技术，建设BIM综合运营体系，根据站点场景的特殊性，通过顶层设计打通可视化运维管理的最后一公里。基于BIM技术的轨道交通运维管理应从运营的角度出发，地铁作为城市交通运输主力，地铁车站空间运维水平要求高、用能设备众多，包含了众多运营子系统。需要根据地铁站点运营中的共性问题以及投产运营中产生的实际问题，剖析实际需求，针对性提出规划任务。

将数据信息与系统资源进行综合集成，提高地铁站点的运维管理水平。通过对各子系统的集成统一，建立数字孪生化、可视化管运营体系，为运营人员提供可靠的设备运维分析、人流统计分析、能耗分析管理及其他综合数据等一系列的专业运营服务，达到提升管理效率、减少人力浪费、降低管理风险、提高运维品质的效果。

在全面提高站点管理运营水平的同时，对运营工作中产生的实际问题、新增需求、各类运营数据机械能有效规整，建立运营经验库。通过协同数据互通技术将数据经验反馈至设计平台，为实现运营数据反哺规划设计，为后续的设计优化提供数据支撑与依据。

2 BIM在运维管理中的关键技术分析

通过BIM数字孪生管理运营，融合电力、环控、消防等子系统与BIM信息模型，紧密结合响应设计、建设、运维等各阶段的数据互通技术、协同技术，打造具备数字孪生特性、运营协同特性、阶段协同特性、数据协同特性的运维管理平台。

将众多子系统集成并形成数据共享，实现车站统一的可视化管理。将空间与数据信息绑定，提升可视化管理程度，实现空间数据追踪，实现报警信息空间定位。通过数据分析功能，感知分析系统运行状况，制定合理运行策略。

需要重点考虑如何构建具有自动化及智能化双重特性的业务流程、如何有效将控制策略和报警逻辑进行联动等，目的在于更好地避免在运维管理阶段过多消耗人力和物力，有效提高运维效率[1]。

集成能源管理和设备设施信息，可以对车站重点用能设备进行实时和历史统计的能效监测和能效评估，为将来的车站能效优化设计和节能实施提供充足的第三方基础数据。根据经验，大多数提高能效、提升性能的改善只需要少量的操作改变，可实现降低维护费用，保障长期的高效运行。运维管理平台以BIM为基础，通过数字孪生技术实现信息模型作为人机交互的载体，利用设备、空间定位、运行参数颜色渲染等模式，场景与界面为组态化呈现，使子平台中所有的系统资源通过场景与图形的方式表达，与现实场景一一对应，实现信息的可视化、高效监管。使用三维场景实时显示系统或设备的动态数据，能够直观查看控制点的实时状态，三维场景能够动态反映受控设备的运行工况及运行参数。

运维管理子平台可采用具有独立性的分布式数据，可以连接物理上分散的多个数据库单元，组成的一个逻辑统一的数据库，每个被连接起来的数据库单元称为站点或节点，使数据拥有独立性，分布式数据的基本特点包括物理分布性、逻辑整体性和站点自治性。分布式的数据具备数据分布透明性、按既定协议达成共识的机制、适当的数据冗余度和管理的分布性。

各子系统实行独立运行、分散监控，各子系统与平台保持及时、可靠数据交换与指令沟通。各子系统之间的操控相对独立，可通过集成系统的高级控制逻辑和业务逻辑实现联动控制和业务关联，但每个子系统的故障均不会影响其他子系统的正常工作。子系统之间的数据共享通过统一协议转换完成，最大限度减少数据流通的中间环节，分离故障、分散风险、便于管理。

3 BIM在运维管理中的关键技术场景模式

（1）车站/区间实体场景模型。

基于BIM模型的三维可视化车站场景，能够与真实的车站建筑和实际设备点位对应，实体场景模型包含地表层、站厅层、站台层以及站层配套的子系统设备，支持全局查看（车站整体）以及单层查看（指定某一站层）[2]。

（2）车站/区间透明场景模型。

基于BIM模型的透明建筑体的三维可视化车站场景，能够与真实的车站建筑和实际设备点位对应，透明场景模型包含站厅层、站台层以及站层配套的子系统设备，支持全局查看（车站整体）以及单层查看（指定某一层）。

（3）地面层模型。

单层的三维可视化模型，可以通过鼠标对站台层模型进行拖拽、平移、点击操作，可以自由变换查看地面层机位视角，包括全局/区域/设备，在地面层可以观察车站地表的地形地貌以及车站附近交通线路布局。

（4）站厅层模型。

单层的三维可视化模型，包括实体场景以及透明场景，可以通过鼠标对站厅层模型进行拖拽、平移、点击操作，可以自由变换查看站台层机位视角，包括全局/区域/设备，支持在车站运营管控模块切换运维视角的透明场景。

（5）站台层模型。

与站厅层模型一致，为单层的三维可视化模型。

（6）子系统设备模型。

单个设备的三维可视化模型，包括在线、故障、告警、离线的设备模型状态以及与该设备模型配套动效。

（7）站点索引。

支持从广州地铁全市地铁线网中选择指定站点（现阶段仅支持太和地铁站、夏太区间和太竹区间），由全市线路清单、线站信息、快捷区组成。打开该功能默认展开全市地铁线网清单和14号线线网信息，点击数字编号圆点（车站）或连接线条（区间）后，三维可视化模型自动切换，并展开快捷区，支持快速选择地面层、站厅层、站台层或指定的某个区间。

（8）站层分离。

支持车站进行开/合操作，通过功能中的滑动条，拖拽滑块来增加或减少站层之间的距离；打开功能时滑块默认位置与站层分离距离匹配，拖拽滑块从合到开的过程中，地面层周边模型自动隐藏，并持续拉开站层之间距离，达到系统设定的最大值停止，反之则缩小站层距离，并逐渐淡入地面层周边模型。

（9）站层选择。

支持在任意场景中进行站层的切换、进入单层的三维场景，功能支持切换的范围包括全站、地面层、站厅层、站台层；点击站层选择，三维场景模型以中速移动相机视角，最终定位到与模型呈180°的相机视角，通过鼠标对透明三维分层场景选择点击，完成站层选择；可以点击快速选择区域进行快速切换[3]。

（10）站层地图。

进入单层的三维场景，自动打开站层地图功能，支持拖拽、随意放置地图，地图二维与三维场景支持联动位移。

4 BIM在运维管理中的关键技术落地应用

根据实际业务以及工程项目需求，运维管理平台场景区域与技术应用站点与区间选定于广州地铁14号线的太和站与夏良至太和区间、太和至竹料区间（一站两区间）。

为完成运维管理平台建设开发工作，通过围绕广州地铁太和站、夏太区间、太竹区间的一线运营、运维管理人员和广州地铁设计研究院的建筑、电气、智能化、信息化等各专业的工作人员、管理人员进行实地的调查、访谈，进一步了解太和地铁站，随广州地铁14号线一期工程同期建成，于2018年12月28日开通运行。

作为在运营运行地铁线站点，广州地铁太和地铁站已建成的专业运维系统包括综合监控系统、车站公共区空调通风和防排烟系统、车站设备区通风空调及防排烟系统、车站空调冷源水系、隧道通风系统、变电所综合自动化系统等。

基于BIM模型的车站运维监控，需要通过综合监控管理子模块、环境监控管理子模块、电力监测管理子模块、车站运营管理子模块、公共安全管理子模块、车站设备管理子模块，完成对太和地铁站专业运维系统的集中管控以及示范应用的功能表达。

维持自身运维业务范围内的体系运转的同时，运维管理平台还需要通过系统接口，完成与上述协同技术的载体（一体化BIM的数据协同管理中心）之间的互联互通，包括用户与权限的统一、BIM数据正向和逆向协同、运维成本数据同步、设计施工文档获取以及运维知识文档归档。

5 结语

《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》指出，以满足国家战略需求为目标，以国内外市场需求为导向，在既有轨道交通科技发展成果基础上，以产学研用协同创新为主要模式，强化国际合作创新。通过在轨道交通系统安全保障、综合效能提升、可持续性和互操作等技术方向进行覆盖“基础前沿研究、共性关键技术研发、集成与应用示范”的全链条部署、聚焦支持、有序推进，全面提升我国轨道交通系统技术、设施、装备和运营的安全、效能、绿色、体系化和国际化水平。