基于BIM 的地铁车站机电设备维修管理系统设计

2022-11-27常军

设备管理与维修 2022年20期

常军

（中铁十九局集团电务工程有限公司，辽宁辽阳 111000）

0 引言

随着国内经济的不断发展，城市化规模不断扩大，城市轨道发展中地铁逐渐成为主流的交通运输方式。在地铁建造过程中，车站会发展成为城市的交通枢纽。地铁车站建造中会使用大量机电设备，这些设备直接关系到车站及地铁的安全运行，属于地铁交通系统的核心装置。但机电设备运行中负荷较大、环境复杂，而且设备维修专业性强、维修量大、技术复杂，对于设备运维人员的技术要求较高，容易出现维修效率低、质量差等问题。在地铁车站相关的机电设备维修中综合应用BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技术，建立立体化可视化信息模型，实现高效直观的管理维护。因此现阶段加强对于基于BIM 的地铁车站机电设备维修管理系统的研究，借助可视化模型全程监控车站机电设备的运行状态，高效排查可能出现的设备故障，更好地保障地铁车站的安全可靠运营。

1 系统需求及目标定位

随着城镇化程度的不断加快，越来越多的城市采用城市轨道交通以舒缓日益膨胀的交通问题，运营里程增加的同时，维修管理难度和工作量大幅增加。相较于西方发达国家，我国地铁发展起步较晚，运营经验与水平不足，尤其在设备维养护管理方面依然存在较大改善空间。

当前国内地铁设备运行维护管理的需求及目标主要包括以下几点。首先是通计划性维修策略的制定，在地铁设备管理中需要遵循预防性维修理念，改变固定周期进行设备维修的方式。在日常地铁设备运行中通过监测分析了解其运行状况，分析地铁相关设备的损耗情况以及实际运转状态、损耗情况，预估地铁设备未来可能出现的问题及使用寿命。同时要对地铁运营中的设备耗材及维护管理人员等基础资源的可利用情况进行综合分析，根据地铁运营的性能、可靠性等相关要求，针对性制定地铁设备的维修管理计划，以预防性策略缩小地铁设备的维修范围，尽量避免在维护管理中出现盲目维修问题，减轻不必要、不合理维修造成的进度过慢或维修过度等问题，从而降低地铁设备的维修成本，逐步提升地铁设备维修的现代化水平及维修效率。

其次，在综合分析地铁设备运行状态的前提下，合理设置地铁设备维修周期，同时在设备运行过程中定期记录运行状况、零件损耗情况以及环境变化等并对其进行评定分析，通过综合研究分析确定设备寿命与地铁相关设备的运转频次之间的关系，基于这种关系的判断，更加科学合理地确定不同地铁设备的运行维护周期，在最佳时间安排设备维护，既能保障设备的正常使用，也能减少不必要的维护，降低运行维护成本的同时，维持更加持久的平稳运行状态。

另外，还要实现维修人员技术水平的有效强化。地铁设备的运行涉及诸多专业，其中通信、供电和信号专业都需要较高的专业技术水平和丰富的从业经验。而且由于地铁运行负荷较大，在日常运行维护中也面临较大的维修工作量。在地铁设备的运行维护中，维修人员的专业技术水平直接关系地铁设备的维修质量。而且在地铁运行中，安全可靠是保障地铁平稳安全运行的基础前提，在日常工作中加强对于地铁维修作业人员的专业技术培训，有利于提升维护保养水平，从而更好地保障地铁设备的维修保养质量，降低出现二次维修情况，确保地铁高效平稳运行。

除此之外，还要充分利用计算机信息技术辅助维修人员开展设备维修工作。当今社会，各行各业对于信息技术的利用和依赖程度不断加强，信息技术也给生产生活带来诸多便利。在机械电气设备的日常应用及维护管理中，信息技术也具有重要的作用。在地铁机电设备的维护管理中合理应用计算机信息技术，能够显著提升机电设备的维修效果及质量。地铁运行中使用的诸多技术流程相对复杂，需要综合使用多种高精度的机电设备，对于这些机电设备的维护管理，采用传统的维修手段难以保证工作时效和维护质量，因此需要综合运用各种先进的智能化技术。BIM 的特点是利用软件专业数据库构建参数化三维模型，从而避免在建模过程中出现模型信息损失，实现模型信息的高效流转，在此基础上实现对于建筑施工运维的智能化管理。在地铁车站维护管理中应用BIM 技术能够快速准确地建立可视化的地铁建筑BIM 模型，在此基础上可以模拟动态维修操作，在虚拟实景中完成对于维修人员关于地铁机电设备安装及维护管理的培训。本课题研究设计的针对地铁车站机电设备维修管理的系统模型如图1 所示。

图1 地铁车站机电设备维修管理系统模型

2 系统信息需求分析

2.1 系统信息分类

在BIM 技术支持下，结合地铁车站机电设备的基本特点，统一BIM 软件的建模规范，根据地铁车站内机电设备的类型以及不同设备的安装空间属性等信息，对所有机电设备进行统一标准化命名，在软件中针对每个设备设定固定唯一的ID 编码，这样就实现了BIM 模型与地铁车站中实际使用的机电设备之间的关联。BIM 模型中会融合汇总所有机电设备的相关信息，比如基础产品信息、设备运维信息、机电设备的备件信息以及机电设备使用中存在的风险信息等，这些信息都会存储在BIM 模型的数据库中，而且在维护管理过程中相关信息会同步更新。

（1）机电设备基本信息。主要是指各种机电设备的型号、参数以及设备在地铁车站中的空间属性等，例如机电设备的制造材料、能够承受的压力、运行温度、传输的介质、设备管道的管径等规格参数，以及相关设备在地铁车站中安装的空间位置、设备与前后关联设备之间的联系等。

（2）设备风险信息。是指在机电设备运行使用中面临的设备故障风险类型、导致故障的因素、发生风险的等级、风险可能造成的危害，以及针对相关风险的有效措施。利用风险信息对维修人员的维护保养作业进行指导，从而有效控制机电设备的故障风险。

（3）备件信息。是指机电设备备用件相关信息，例如备品配件的供应商和生产厂家以及相关的资产总账和进出库记录等。

（4）运维信息。是指在地铁车站相关机电设备的运营过程，维护人员对于设备的维护保养信息，例如相关设备的巡检记录、运行数据、维修计划、检修记录等。

在地铁车站运行中，利用BIM 技术将以上信息以及竣工验收和机电设备故障缺陷等资料文件全部整理汇总到模型数据库中，能够更加直观全面地了解地铁机电设备的相关信息，从而针对性控制设备运行中可能出现的故障，并制定合理的方案预防、处理故障，更加快捷高效地完成机电设备维护工作。

2.2 系统数据需求方案

地铁车站运行中涉及许多不同类型的专业设备，这些设备专业性较高，运行负荷较大，容易出现各种故障，而且地铁车站运行中，各种设备之间联系密切，出现故障需要快速维护处理，这样才能保障整个地铁车站的可靠运行。这就导致在地铁车站机电设备维修管理系统中会产生大量的维修数据，这些数据类型复杂、彼此关联，传统的方式已经不能对其进行有效管理，导致维修效果不理想、效率低。在维修管理中对相关数据信息存储到BIM 数据库对于提升维修质量具有重要意义。基于BIM 技术设计的机电设备维修管理系统，能够实现BIM 模型与数据库的集成统一，将所有设备信息整合到统一的BIM 模型信息库中，确保系统中各项信息的完整可靠性，在此基础上对机电设备进行直观便捷的维护管理。

3 系统总体设计

3.1 系统层次框架设计

在维修管理系统的总体设计中，可以利用层次架构设计IFC 数据标准作为接口，对接针对地铁车站设计的BIM 模型和基础的设备信息数据库，实现两者之间的紧密关联，这也是成功应用BIM 技术辅助地铁机电设备维修管理作业的技术基础。根据地铁车站机电设备的基本特点，可以将维修管理系统总体设计的基本层次模型设计为4 层架构，由底到上分别为资源层、核心层、交互层和应用层。在实际应用中，每个层级只能在同一层次之间或者向下层级完成信息交互以及数据利用，无法实现对于上一层级数据信息资源的调用。BIM 三维可视化模型主要包括地铁车站内的各种建筑结构，不同类型的设备组件以及相关设备的现场运维管理等。而数据库存储机电设备相关的各种前期规划方案、设备设计生产制造、设备的安装施工以及整个系统投产运营后产生的全寿命周期内的全部信息，这些数据信息能够支撑地铁车站设备的运维管理。三维模型和运维管理数据库之间在核心层位置利用IFC 数据标准实现数据信息的互通，丰富地铁车站机电设备运维管理相关的数据资源。交互层的作用是搭建平台，方便参与机电设备运维管理的各参与方间进行信息共享，从而实现运维管理信息的无损传输共享。在系统总体设计中，机电设备资源、信息数据交互以及运维管理传输等不同层面之间能够相互协调支持，从而实现与机电设备维护管理相关的信息、备件、维修、应急以及档案管理等多种不同的管理功能，最终实现机电设备智能化运维管控。其基本层次框架设计模型如图2 所示。

图2 系统层次框架

3.2 系统功能体系框架

在设备维修管理系统运行过程中，相关的综合管理功能都是在三维模型的可视化环境实现，而且能够快速实现对于关联设备的高效定位，提高地铁机电设备维修管理的效率和质量。地铁运行中涉及的线路众多，而且广泛分布数量繁多的车站，在设备维修管理中，需要维修人员在检测维修作业前快速获取设备定位信息以及其他参数，传统模式下需要消耗大量的工时，严重影响维修效率。在维修管理系统中，BIM 模型融合地铁车站机电设备相关的所有信息，而且在三维模型的可视化环境下，能够直观了解目标设备的相关信息，而且可以利用BIM 强大的可视化三维环境漫游技术，全方位、系统化地了解地铁车站机电设备，将独立分散的机电设备组合为完整的系统架构。除此之外，在BIM 模型中，所有的图纸、文档、电子档案和设备模型等都汇总到信息库中，实现维修管理信息的高效传输。竣工文档、图纸、设备模型等各类相关数据整合在信息库中，便于信息的高效传递。在这些技术框架的支持下，维修管理人员能够快速获取维修任务的相关信息，避免出现由于信息遗漏、损失造成的维修问题，保障机电设备的维护管理质量。能方便快捷地查找接收维修任务相关信息，避免由于信息缺失、信息传递损失等问题导致的维修质量缺陷。

4 系统功能模块设计

在地铁机电设备维护管理过程中，维修人员要想针对相关设备进行更好的维护管理，需要经常查阅与地铁车站机电设备相关的资料，这些资料涉及设备的全寿命周期，内容复杂、数量众多。由于在地铁车站设备施工中多方参与，造成相关的维修信息形式单一化、数据信息不集中，而且没有形成统一标准，也就不能实现设备信息的集成共享，严重影响维修管理人员的工作效率。基于BIM 技术构建的地铁机电设备维修管理系统，综合利用两级C/S 架构以及SQLServer 服务器和网络路由器等设备，实现设备数据信息的调用、存储。在客户端可以利用联网的手持端扫描器和PC 设备进行数据调用、处理。其中PC 端在使用时可以利用提前配置的文件以及应用环境运行相关软件程序，直接获取缓存在本地设备上的数据库文件，从而更快地完成信息的加载，提高维修速度。而且在BIM 技术支持下，高度集成的维修管理系统能够实现从设备设计生产到运行维护整个寿命周期内的各种信息的共享，综合实现设备、维修保养、备件、应急、运维知识库以及用户管理等6 个基本功能模块。

（1）设备管理模块。系统中设计有设备信息管理工具，能够方便快捷地完成设备信息的基本查询，及时全面查阅调用设备的管理台账、运行数据、运营管理成本等，而且能够直接从系统中导出数据，形成综合报表。

（2）维修保养模块。系统中设计维修保养管理平台，能够实现信息化保养管理，在系统中针对性设计维修保养工作计划，提醒工作人员进行设备维修保养作业。而且能够利用系统完成工单分配、维修保养记录保存等作业，同时能够链接维修耗材管理，完成维修成本的分析统计。

（3）备件管理模块。利用备件管理模块能够统计基本的耗材供应商信息并完成对供应商的评级筛选，而且能够直接记录运维过程中产生的各种备件变动信息，进而生成关于机电设备备品配件的数据总账。

（4）应急管理模块。针对可能出现的风险故障设计应急管理模块，在系统中利用BIM 可视化技术和RFID 射频识别技术构建关于设备突发事件风险的数据信息库，并结合故障风险特点创建应急响应界面快速处理故障。系统运行中可以利用可视化模块扫描获取故障设备的基本信息，并对上下游关联设备风险进行锁定，同时生成应急预案，为应急管控提供支持。

（5）运维知识库模块。该模块的主要作用是汇总储存地铁车站机电设备维护管理相关的资料，如设备操作手册、三维维修模拟以及员工培训手册等，这些资料能够为维修人员的培训学习提供支持，可以在知识库模块完成模型、图纸等资料的快速查询。

（6）用户管理模块。主要作用是管理参与设备运维管理人员并分配管理权限。