基于BIM的铁路房建信息管理平台方案研究

王志华，冯文晖，米建设，付 涛，刘忠海

（1.中国铁道研究院集团有限公司 电子计算技术研究所，北京 100081；

2.中国铁路北京局集团公司 土地房产部，北京 100860；

3.中国铁路总公司 工电部，北京 100844）

随着我国高速铁路建设的快速发展，新建铁路房屋建筑在设计和施工过程中采用了大量新技术、新设备和新工艺[1]，这给铁路房建设备的运维管理工作提出了更高更新的要求。

目前，铁路房建专业的信息化管理尚处于起步阶段，信息技术的应用较为粗浅，并且各房建设备管理单位信息化建设差异较大，无法实现统一管理和信息资源共享[2-3]。仅依靠传统的管理方式和操作手段已经无法满足铁路建设发展和变革的需要。2014年5月1日，中国铁路总公司新版《铁路运输房建设备大修维修规则》施行，新版规则提出房建设备管理要实现信息化的要求[4]。建筑信息模型[5]（BIM，Building Information Modelong）技术作为一门新兴的综合性技术，能够将房建设备在各阶段的信息进行集成，通过协同和交互工作来实现全生命周期的管理[6-7]，它与房建设备管理的集成应用为促进各管理单位信息共享，提高管理工作效率，推动铁路房建专业信息化发展提供了重要动力。

鉴于此，本文综合考虑铁路房建专业的业务范围和特点，提出基于BIM的铁路房建信息管理平台的建设方案，以期实现对房建设备的运维集中管控和业务高效执行的目标。

1 平台总体方案

1.1 建设目标

在铁路信息化总体规划的指导下，以科学管理、安全生产、工效提升、保值增效、节能环保、信息共享为主要目的，以生产调度、作业安全、工程控制、数据分析及设备技术状态台账动态化管理为重点，构建统一的铁路房建信息管理平台，实现集团公司集中部署，集团公司、房管所、建筑段、车间、工区5级应用；充分利用BIM技术三维可视化、信息集成化的特点，全面深化BIM技术在铁路房建领域中的应用，实现基于BIM的房建设备可视化管理，基于BIM的数据信息集成和基于BIM的设备模拟及仿真分析；采用地理信息系统（GIS）技术和全球定位系统（GPS）/北斗定位技术实现人员作业实时定位与跟踪管理；为房建设备远程监控系统和既有健康监测设备提供开放统一的数据接口，实现动态监测数据的集中可视化管理；通过对各级房建管理单位的工作内容进行集中统一，在安全、环保、节能和降低成本等方面实现房建专业各项生产活动全方位、全过程的精细化管理，全面推动房建部门生产作业的标准化、信息化、智能化建设。

1.2 总体架构

基于BIM的房建管理信息平台实现集团公司房建设备的集中统一管理，在集团公司信息化建设实施方案中属于业务应用系统中的运输生产类。

依托集团公司统一建设的基础设施平台、一体化集成平台，搭建基于BIM的房建管理平台。通过铁路基础设施运维管理应用，为集团业务处室和基层房建管理站段提供设备运维管理的信息化辅助手段。通过实施房建管理系统，实现铁路基础设施房建设备安全可靠、功能完备、运营状态良好，保值增效的目标。系统总体架构如图1所示。

1.3 技术架构

图1 系统总体架构图

基于先进的BIM理念[8]，铁路房建信息管理平台运用三维可视化、地理位置定位、物联网等技术，可以实现对铁路房建设施设备进行全生命周期的管理。同时，考虑到铁路房建设备管理工作涉及的部门/单位众多、业务范围广泛，为提高平台的易用性和稳定性，整个平台体系采用基于B/S的框架设计，确保各级用户可以直接通过用户名和密码即可登录使用，并为既有信息化系统提供标准的数据传输接口。平台采用3层架构，即数据层、应用与服务层、表示层进行开发，其中，应用与服务层又分为支撑层、业务层和数据应用层。基于BIM的铁路房建信息管理平台技术架构如图2所示。

图2 基于BIM的铁路房建信息管理平台技术架构

1.3.1 数据层

数据层即数据资源层，主要包括从各类数据源采集到的铁路房建设备的技术台账数据、资产设备数据、BIM模型数据、地理信息数据和各类技术状态评定数据等。

1.3.2 支撑层

支撑层是实现各级部门数据共享的软件基础，包括用户管理和授权、BIM+GIS可视化服务、自定义报表引擎、外部接口以及公共服务（如电子邮件、文件传输、Web发布）等。

1.3.3 业务层

业务层用来处理日常业务逻辑，将各类数据按照房建设备管理业务的逻辑规范管理、组织起来，主要包括基础信息管理、技术资料管理、安全质量管理、能源管理、工程管理、材料管理、房产管理等业务内容。

1.3.4 数据应用层

数据应用层用来处理用户逻辑，将规范化的数据按照用户的需要提取出来提供给用户，为用户提供多样化的服务，服务内容包括BIM和GIS功能服务，数据统计、报表下载、春秋检台账、技术台账、日常维修记录汇总等信息的统计查询服务，以及信息管理、统计管理、权限管理、技术参数等后台管理应用。

1.3.5 表示层

表示层即终端层，是指用户访问平台所需的各类外接终端设备，包括PC端浏览器、移动手机终端、RFID扫描器和平板电脑。用户通过这些设备可以获得与其身份权限相对应的数据信息与功能服务。

2 数据来源

基于BIM的铁路房建信息管理平台主要面向铁路局级集团公司和基层站段级管理单位，根据各级使用主体对房建设备管理的业务需求，铁路房建信息管理平台涉及的数据源主要分为3类。3类数据源接入平台进行应用的示意图如图3所示。

2.1 铁路数据服务平台数据

铁路数据服务平台[9]（简称：数据服务平台）集中统一管理着铁路多个业务系统提供的核心数据资源。通过先进的技术和流程，数据服务平台作为统一的数据源头可提供房建专业各类设备的基础主数据、基础台账数据、BIM数据和地理信息数据等历史数据资源。因此，通过数据服务平台提供的数据共享接口，铁路房建信息管理平台可以与数据服务平台进行对接，将上述历史数据资源转移至平台中进行统一管理和维护，以便与BIM+GIS相融合，为房建专业各级管理用户提供先进的BIM+GIS可视化服务。

图3 3类数据源平台接入示意图

2.2 下级业务终端上传数据

该部分涉及的数据主要依赖下级业务终端进行现场采集数据并上传至铁路房建信息管理平台。数据信息包括房建设备日常生产作业数据、BIM应用数据、地理定位数据和检测评估数据等信息。在本方案中，采用手持移动终端提供数据采集和上传服务。通过市场调研，当前应用于铁路巡检作业的手持终端设备主要有以下3类：

（1）基于安卓系统的智能终端。可以集成射频识别（RFID）、指纹、GPS传感器，能够实现数据无线传输，能够开发专用的应用，实现数据采集、录入、查看、使用的一体功能。

（2）专用的单片机。根据用户实际需要，集成相关功能，可以实现数据采集、RFID、GPS定位、GPRS传输等，一般不支持数据的录入和查看等。

（3）基于个人手机的APP。利用手机自身的硬件设备如GPS、RFID、摄像等，开发专用的应用，实现数据采集、录入、查看、使用等的一体化应用。

鉴于个人手机的便利性，本方案采用基于手机APP的方式将巡检过程中的检测信息、病害状况信息以及地理定位信息上传至铁路房建信息管理平台，帮助运维管理人员制定有效的维修计划，实现数字化作业、智能化监控的目标。

2.3 监测与监控设备数据

这类数据是指在房屋、建筑物、构筑物以及相关设备的建设阶段，安装或预埋的视频监控设备和传感感知设备采集到的动态监测数据。由于目前铁路各站段使用的监测监控设备的类型多种多样，所以铁路房建信息管理平台采用物联网技术搭建起无线传输网络，并为不同类型的设备提供专用的数据接口，以保证采集到的动态监测数据能够高效、稳定、实时地传输至平台上，从而为健康监测和故障诊断等功能服务提供数据支撑。

3 应用功能设计

基于BIM的铁路房建信息管理平台利用所采集的大量数据资源，结合BIM三维模型和GIS地理信息数据对房建设备开展数字化、智能化运维管理应用，该管理平台的功能模块如图4所示。

图4 基于BIM的铁路房建信息管理平台功能模块图

3.1 BIM+GIS应用

该模块包含房建设备的三维立体展示、生产作业管理、BIM+二维码管理、公共安全管理和空间管理共5个子模块。通过该功能模块，运维管理人员可以便捷地使用BIM+GIS技术，直观掌握房建设备的空间布局信息和数据台账信息，从而为设备维修计划的制定提供决策依据。

设备三维展示子模块提供BIM几何属性及台账信息、建筑内隐蔽工程的空间布局信息和设备安装复杂工艺工序信息的三维展示以及模拟功能。

生产作业管理子模块基于BIM+GIS+RFID+移动手持终端对房建设备的巡检、报修、维修、大修工作提供技术支持，实现巡检计划与BIM进行关联，实时跟踪定位人员作业信息，自动在BIM中记录和更新设备的维修状态信息，形成一套设备病害从发现、上报到处理的信息化处理流程。生产作业管理子模块为领导决策、部门工作部署提供快速获取设备信息的渠道，能够有效提高工作效率、节约生产成本。基于BIM+GIS+RFID+移动手持终端技术的设备信息识别流程如图5所示。

图5 设备信息识别流程图

BIM+二维码设备管理子模块通过制定设备模型构件和编码的映射规则，形成房建设备信息的唯一“二维码标识”管理形式，提供“具有全生命周期”的设备二维码台账信息。

公共安全管理子模块提供自然灾害下对重点房建设备的检查预警、应急救援方案模拟、以及综合指挥的功能。

空间管理子模块可提供包括照明系统、消防系统、给排水系统、管道设备的空间位置信息，通过BIM可以快速查找设备的位置信息，并可查看周边环境尤其是疏散通道的信息。

3.2 计划实施管理

计划实施是铁路房建设备运维管理工作的重要内容，该模块主要涉及年度生产计划、工程管理、以及统计分析共3个子模块。

根据房建设备运维作业模式和房建系统对生产管理控制的作业流程需求，年度生产计划子模块可自动生成不同类型房建设备的综合维修计划、重点维修计划、大修计划、住宅专项维修计划以及更新改造计划，提供完善的计划审批下达服务。生产计划各业务流程如图6所示。

图6 生产计划各业务流程图

工程管理子模块主要是针对因维修工作量大且基本维修解决不了的病害进行的整体大修、单项大修、更新改造和重点修缮工作，从工程施工管理的角度出发，依据修缮类型设置了房屋/构筑物大修工程、屋面专项修工程、住宅专项修工程、重点修工程、以及设备更新改造工程共5个子模块。利用BIM在施工工程组织、安全、质量、进度、成本和工程技术资料管理方面的技术优势，加强房建单位工程管理的标准化、规范化、精细化、信息化建设。

统计分析子模块可实现月度、季度、年度自动生成各类数据统计报表，并为各运维管理人员提供生产任务进度表、设备病害处理记录表、病害种类比重及趋势图表的对比功能和分析功能。

3.3 数据管理

数据管理模块功能如图7所示。

图7 数据模块功能结构图

数据管理模块管理着平台上所有房建设备的BIM数据、GIS地图信息、技术档案资料和静态、动态台账数据，实现各类数据资料分类建库，提供数据资料查询、下载以及更新功能。

通过建立数据标准规范，数据管理模块可以对房建设备的各类数据资料进行集中、有效的管理，并作为统一的数据源头供各级管理单位进行业务应用。

3.4 房产管理

房产管理模块主要提供与房屋经营相关的服务功能，包括房产信息管理、单身宿舍管理和出租房屋管理功能。房产信息管理的内容有管理体系信息（组织机构、人员、岗位等基础信息）、房产信息台账、房产分布示意图、房产数字化图纸文件及权属文件等信息。单身宿舍管理的内容有宿舍管理体系信息、报修管理、消防应急演习记录、培训记录、安全检查记录、交班记录、住宿相关的手续、住/退宿登记等内容。出租房屋管理功能显示房屋租赁的审批、备案、明细台账等信息内容。

3.5 专项管理

专项管理是指对房建设备运维生产管理过程中有关设备安全、人身安全、财产安全、节能环保等具有显著专业性、单一性、阶段性、周期性的生产管理活动的管理，是房建设备管理内容的重点之一。平台设置了专项管理模块对建筑接近限界、危险建筑物、能源、以及季节性工作进行统一管理。其中，建筑接近限界管理子模块提供站台和雨棚的技术资料、测量工具台账、限界测量记录、侵限测量记录、侵限问题台账库、以及侵限问题整治情况等信息；危险建筑管理子模块主要负责对危险房屋和构筑物的日常检查监测记录、技术状态检查记录、检查鉴定记录、险情影响及其他汇总资料进行统计分析；能源管理子模块可提供不同周期的能源记录表和统计分析表；季节性工作子模块主要对防洪方面的设备台账、防洪准备督察工作情况、防洪物资计划、防洪抢险救援方案、汛期检查工作情况以及防寒供暖方面的台账信息统计表、用户回访记录、请修故障排查记录、供暖检查记录等信息进行管理。

3.6 监测应用

监测应用模块主要为既有监控系统、重要视频设备、健康检测设备提供数据接口服务，实现现场拍摄的影像资料远程传输到系统平台分类建库，主要功能包括监控视频查询、图像/视频展示、设备状态分析等应用功能。通过将实际监控监测设备设施与BIM进行数据同步和信息关联，实现对特种设备的远程控制、数据及视频的实时监测以及无人值守的功能[10]，帮助管理人员通过直接点击BIM来查看实时监控监测数据。

4 结束语

随着铁路信息化建设的快速推进，BIM技术在铁路设计、建设领域的应用越来越多，实践证明，BIM技术能够贯通设施设备从设计、施工到运维管理阶段，实现全生命周期的管理。因此，针对铁路房建设备管理特点，本文提出一种基于BIM的信息共享管理平台总体方案和功能框架，通过采用BIM+GIS技术建立统一的铁路房建信息管理平台对房建设备进行全生命周期管理，推动铁路房建设备管理走向标准化、信息化、可视化、智能化的创新发展道路。