《中国铁路通信信号工程数字化转型白皮书》解读

王玲玲，刘立海，李瑞敏

（1.通号工程局集团有限公司，北京 100070；2.中铁第四勘察设计院集团有限公司，武汉 430063）

1 概述

当前中国智能铁路发展进入快车道，现代工程建造技术创新应用、新型基础设施等正在赋能铁路基础设施全生命周期高质量发展，推动数字化、网络化、智能化升级。通信信号系统作为铁路的“神经和大脑”，输送铁路数据，指挥列车运行，在铁路基础设施中已率先一步演进为数字实体，但其工程建设的数字化程度还非常低，表现在工程施工劳动密集程度高、工程管理模式粗放、工业化程度低、与各专业接口资源消耗大等困境和问题比较突出，亟待通过数字化转型升级提供技术支撑，进一步创新工程建造技术，深化工程勘察设计，强化施工过程管控，提高铁路建设投资质量和效益，提升铁路工程建造和建设管理水平。2021年底，中国铁道学会通信信号分会发布《中国铁路通信信号工程数字化转型白皮书》，对国内外数字化转型宏观形势、建筑行业和铁路行业发展趋势进行分析，总结近年来中国铁路通信信号工程建设领域的痛点，从建设单位、设计单位、施工单位、运维单位等建设各方获取生产层面以及企业运营层面的数字化需求，从工程设计、工程施工、建维一体等工程建设全生命周期提出转型发展建议，为今后特别是未来“十四五”期间的通信信号工程建设数字化发展指出一些目标导向。

2 工程设计数字化

铁路通信信号工程设计数字化的输出是全数字化样品，实现全专业、全过程、全参与方的设计数字化成果交付。也就是在实体项目建设开工之前，集成各参与方与生产要素，通过全数字化打样，减少各种工程风险，实现设计方案、施工组织方案和运维方案的优化以及全生命周期的成本优化，保障大规模定制生产和施工建造的可实施性，交付包含全过程信息和模型的完整数字化样品。

一方面，工程设计的数字化能够通过数字化的设计手段提升现有的设计水平，实现高效、高质量设计，并通过数字化设计成果指导生产、施工与运维，提高工程效率与质量；另一方面，通过工程全数字化样品虚体与现实世界物理实体的联动，加快铁路设计的优化升级，实现设计全过程的动态管理，为后续的施工、运维科学决策提供参考，深度贯通项目的全生命周期。

铁路通信信号工程数字化设计流程主要包括线路、站场、桥梁、隧道、路基、房建、地质、接触网、供变电、电力、给排水、车辆等其他专业的设计输入和需求，通信信号系统建模，数字化设计，模拟仿真与优化，数字化设计协同和数字化输出，如图1所示。

铁路通信信号工程设计数字化应重点实现设计管理数字化、设计协同数字化、通信信号系统设计与其他专业的交互（输入和设计协同）设计数字化，有统一的数据存储标准、采用云端构件库和空间库、智能化的设计建模和数字模拟仿真与优化。

3 工程施工数字化

铁路通信信号工程施工数字化是指将数字化技术运用于铁路通信信号工程施工过程中，提升施工技术的机械化、信息化、智能化水平，实现施工现场工业化、智能化，使图纸细化到作业指导书，任务排程最小到工序，工序工法标准化，同时实现对人员、物资、进度、成本、质量、安全等的数字化管理，提升工程施工效率、施工质量，控制工程成本，保障施工安全，保证工程按期交付，将铁路通信信号工程施工提升到工业制造的精细化水平，以建设精品工程、精益工程、智能工程、绿色工程为目标，为铁路建设由规模速度向质量效益转变奠定基础。

铁路通信信号工程施工数字化以提高生产效率、提升工程质量、有利于施工安全、改善作业环境为目标，遵循智能化、信息化、自动化、机械化的原则，从工厂化预配提升建造工业化程度、机械化施工提升作业效率、专业化施工提升工程质量、数字化施工提升精益化管理程度。针对应用了新建造技术的工程，应在施工组织设计、施工工艺或施工作业指导书中明确智能建造的相关内容。工程项目宜根据项目特点确定整体智能建造等级，明确等级指标，项目实施过程中应依据相应等级配置要求进行评估。铁路通信信号工程施工数字化方向如图2所示。

铁路通信信号工程施工企业将逐渐从轻资产向重资产重装备转型，交付服务能力从劳动密集型建造为主向机械化建造为主转化，组建装备运维常设项目部，对新建造技术、人才、装备进行集约化管理、科学排工组织、可持续发展。

4 建维一体数字化

随着新ICT技术的不断运用，系统复杂度提升，运维单位越来越需要提前介入建设项目管理工作，为后续更顺畅地接管运营和维护奠定基础，同时，提前介入理念也是建设精品工程、放心工程、有效消除质量问题和运营安全隐患的重要保障。提前介入的目的是提前熟悉项目建设标准、了解设备使用功能、掌握运营设施及状况、全过程参与施工图审核优化。通信信号工程建设阶段提前介入工作如图3所示。

通过介入小组全方位参与建设过程，以起到指导、审查、监督、盯控、信息传递的作用，这一过程中数字化技术的运用，将进一步推动建设与运维的全流程打通，实现设计、施工、验收数据的生命周期流动，对过程进行全方位记录，从人、物、数三维视角，在工程档案数字化、工程移交数字化、工程运维数字化方面发挥建维一体化的作用，更进一步提升工程质量。

4.1 工程档案数字化

设立数字化档案存储区，开发项目文件形成档案管理系统，便于维护、统一管理和备份方便，降低档案丢失等安全风险，减少软硬件成本。以档案数字化作为前提，搭建同时面向企业级和项目级的数字化工程档案。

4.2 工程移交数字化

运维单位提前介入建设过程应考虑对相关需求落实为相互认可的形式，最终主要表现在工程竣工时工程数据移交的统一要求上，可采用传统工程资料（如勘察报告、隐蔽工程资料、验收资料、竣工资料、安全质量管控资料等）的数字化移交或者新型数字资产（如BIM模型、倾斜摄影、全息影像、硬件监测数据、项目管理行为数据等）的移交。

4.3 工程运维数字化

运维单位能够充分利用建设过程的数据、系统、成果，为工程转入运营期奠定基础，工程运维数字化通过数字化技术把通信信号设施升级为可追溯、可感知、可分析、自动控制乃至自适应的智慧化系统和生命体。

5 BIM助力数字孪生工程

工程数字化转型的最终目标是实现数字孪生工程，BIM技术是数字孪生形成的核心技术，它是工程设计、施工、建维一体的重要技术支撑，是实现铁路通信信号工程全生命周期应用的纽带。在铁路通信信号领域，同样存在着BIM建模技术的“卡脖子”现状，当前正值铁路通信信号工程数字化转型初期，应同步注重初生代国产化BIM基础建模软件对底层数据进行深层次开发利用，随着国产软件的技术升级，加强BIM技术和行业的深入融合，引导BIM厂商为铁路行业开展特色开发，特别是推广通信信号专业的BIM模型库建设和调用，以及BIM工程模型在三维设计、分析模拟、指导预制预配、深化设计指导施工、三维数据可视化、多方协同项目管理、数字移交运维等工程建设全生命周期的充分应用。BIM技术在通信信号工程中的应用如图4所示。

6 小结

建设通信信号工程数字化生态，需要将BIM等新技术融入到从工程设计、工程施工到建维一体的工程全生命周期中，打造基于数字孪生的工程建设与管理。在工程设计阶段，通过制图建模数字化、设计管理数字化等手段提升现有设计水平，同时具备基于工程实时数据的分析统计，为参建各方不同层面提供集控与决策能力。在工程施工阶段，以提高生产效率、提升工程质量、有利于施工安全、改善作业环境为目标，着力提升通信信号工程建造的机械化、信息化、智能化水平，从而达到降低劳动强度、提高工作效率和保证施工质量，深化智能工装的研究与应用，通过各类智能工装的投入使用，实现全方位智能建造技术的新突破。在建维一体阶段，形成统一有效的数字化认证手段，全面提高工程数字化应用质量，实现工程移交数字化与工程运维数字化，通过数字化把通信信号工程升级为可感知、可分析、自动控制，乃至自适应的智慧化系统和生命体，为运维人员、铁路旅客创造美好的工作和生活环境。