基于BIM的铁路设备运维管理系统研究

郭超

摘要：以往工程中，一般通过运维工作者查阅繁琐的文档资料和二维图纸来开展设备运维工作，此方式耗时久、效率低，还容易出现偏差。为了突破以往设备运维管理效率低下、比较被动的限制，结合移动互联网与BIM技术，提出一种新的设备运维管理平台，实现了设备运维管理工作的协同化、动态化、精细化，有效提高了设备运维管理的水平和效率。

关键词：设备运维管理；移动互联网；BIM技术；铁路工程

0   引言

过去铁路工程中设备运维的管理大部分是由运维人员通过设备图纸与查找相关资料完成的。这些文档资料的保存方式一般情况下都是采用电子表格，且存放混乱，没有完善的管制制度和标准，查找翻阅难度较大[1-2]。且设备图纸直观性较差，无法将设备的空间形状清晰的展现出来。为了对铁路设备运营维护数据和信息进行高效管理，亟需开发出一种新型可视化设备的运维管理平台。

近年来，国内有关学者对可视化设备运维管理平台进行了一些研究。谈骏杰等[3]引进BIM技术，并结合能耗监测技术研发出移动式设备管理系统，达到了设备异常识别、设备定位、使用效率等目的。朱先超[4]在管理暖通设备时应用BIM技术，提高了设备管理效率。为了突破以往铁路工程设备运维管理效率低下、比较被动的限制，本文结合移动互联网与BIM技术，提出了新的设备运维管理平台。

1   工程概况

某铁路工程的起讫里程为DK214+409.65m～DK237+995m，正线全长23.585km。桥梁总长1.958km（6座），隧道总长16.739km（12座），路基段总长4.73km（17段），其中区间路基2.868km（16段），站场路基1.863km（1段）。框架桥、涵34座，共1.2km。

2   传统设备运维管理存在的问题

2.1   设备信息间联系不紧密

传统铁路工程设备运维中，设备的清单、维护记录、保养手册等资料往往以不同的形式和方式保存，没有一个统一的标准，有的按照设备种类分类，有的按照维修工程师分类，没有相对完整的资料管理制度和管理标准，由此导致运维人员在查找、整理这些资料时浪费了不必要的时间和精力。

设备的信息通常以文档表格、二维图纸等方式进行展现。这种展现方式过于碎片化与抽象，难以完整地反映设备及其构件间的关系，运维人员很难通过这种信息形式来确定设备的安装部位，更难以分析故障设备的影响范围，限制了信息共享和沟通。由于设备信息间联系不紧密，存在信息孤岛，导致各信息间相互独立，缺乏沟通的情况，难以促进信息的共享和协同。

2.2   难以保证设备运维的真实性

传统设备维护维修过程繁琐，纸质材料与电子表格这两种形式的维保、检查数据存在一定的安全问题，安全责任人很容易修改这些数据，从而造成事故发生后难以追究责任、难以保障运维安全等问题。传统设备维护维修模式如图1所示。

在体量较大的设备系统里，设备的日常维护、检修等工作由运维人员执行，管理人员不能时刻掌握运维人员的工作情况，给工程的动态管理造成了一定的困难。

除此之外，运维工作者完成设备检查等工作后，要把运维记录情况以表单的形式提交给运维中心，同时在电脑中录入相关数据并保存。这种运维检查形式有些繁琐，浪费了不必要的时间和人力，阻碍了设备运维信息的更新，影响后续的应急调整和管理工作。

3   基于BIM技术的设备可视化模型的优势

应用BIM的铁路工程设备运维管理，能够克服项目各个阶段设备管理的难点，如设备直观性较差、信息孤岛等问题。BIM能够将铁路设备中所有设备信息集中起来，包括设备型号、安装位置、使用寿命、维护保养等数据，便于从模型中快速获取所需信息。同时简单处理设备竣工模型后就能够直接调用，极大提升了设备管理的效率和准确性。

应用BIM技术可以将制图、计算、协调以及文档编制等过程进行集成化管理。其中，BIM构建的设备模型具有整合信息的优势，可将设备属性信息更加标准、规范的集成至BIM模型中，能够实现设备信息快速查询的目的。同时BIM中三维立体实物图，能够方便不熟悉设备的维修人员进行维护。这种可视化优势削弱了对本地维护人员的依赖性，使得维护工作更加便捷和高效。

4   系统构架与主要技术

4.1   系统构架

铁路工程设备运维管理的关键技术为BIM技术，但只依靠BIM模型还无法完成整个管理过程。在设备运维阶段，非常多杂乱的数据需要进行处理，故要结合BIM模型的特点来开发适合BIM模型的软件，对BIM设备运维管理平台系统进行设计。通过平台实现高度集成，能够协同工作，在设备运维管理时完成资源的共享和信息的流通，能在很大程度上提高设备运维的管理效率。

设备运维平台系统构架从上向下有应用层、传输层、业务层、服务层以及数据层。模型数据（设备图纸和信息）与运维数据（运维過程里的各项业务数据）构成最下部的数据库。基于REST服务构建服务层，易于开发和维护，能够提供更好的性能和用户体验。业务层是系统的功能模块，具有提供人员管理、应急管理、设备管理等功能，可根据需要扩展。传输层系统中的数据处理层，通过局域网、广域网处理系统底层与应用层间的信息与数据。应用层是系统的界面模块，兼容支持移动终端APP与PC浏览器等。这种设计让用户可以随时通过多种方式访问系统，方便快捷。

4.2   三维可视化浏览BIM模型

运维BIM模型数据源选用轻量化IFC标准格式文件，将其作为数据源，能够优化数据的可靠性。首先解析IFC文件，将其中的隐性信息转换为对应的属性信息和显性的三角面构件模型数据，同时在数据库中保存转换后的数据和信息，备作后续使用。之后通过平台API接口的开发和维护，数据库和BIM模型的更新，确保设备管理目标和BIM模型的同步。在此基础上，二次开发BIM模型在线服务系统，使设备模型可在网页图形库下的三维实现可视化浏览，增强用户对设备模型的理解，以便更好地进行运维和管理。

4.3   图数协同

设备运维数据库和BIM模型间的E-R图设备模型和设备运维数据（维护保养信息、员工信息、设备信息等）分别表示“图”和“数”。两者均以实体的形式存在，但形式不同，两者间也无联系。为了将两者进行动态链接，此次研究先利用编码技术将各个设备构件的ID标识确定出来。

先将其反映到设备运维数据库中，以此建立设备运维数据库和BIM模型间的实体关系（E-R）图，具体如图2所示。之后对平台接口API进行更新与维护，在设备运维数据库里储存持续更新的运维信息，并匹配设备模型，以此完成持续、动态、及时的设备运维管理。

BIM模型中的设备人员对目标对象进行点击，平台就能够在数据库中识别点击对象的设备编码，找出其运维信息。与此同时，也可以在数据库中先找设备编码，再回到模型中对其进行定位。以BIM技术为基础的设备运维可视化流程如图3所示。

4.4   移动客户端的协同

BIM技术与设备运营管理相结合，可以在最大程度上发挥出两者的优势，很大程度降低了运维的工作量和压力，大大提升了运维管理水平。BIM技术的设备运维管理平台结合移动互联技术与BIM技术，可让一线运维工作者更快速、更直观、更灵活的掌握设备BIM信息，实现协同工作。

如今，手持个人数字助手（PDA）设备已广泛应用于各行各业中，这也给BIM+移动互联的实现打下了基础。此次研究通过后台+前台的整体框架形式，借助移动互联网技术来达到设备运维管理平台和个人数字助手协同工作的目的。设备运维管理平台和个人数字助手的协同工作如图4所示。

在服务器端安装文档在线服务系统，能够实现在线查看、编辑设备运维数据文档功能。同时在后台安装了数据管理系统，可查询设备技术参数、属性信息、运维记录、使用说明等信息。与此同时，一线运维人员能够从服务器数据库中直接查询取得项目BIM数据信息，突破了过去PC客户端无法随时携带的局限性。运维工作者可使用移动终端对设备上的二维码进行扫描，得到设备的各项信息，还可及时把运维工作照片拍照传输至平台，确保数据的真实性和实时性，从而突破了过去被动、效率低的管理方式。

4.5   设备运维管理平台的应用和实现

运维工作者在设备日常运维工作，可以借助PDA（便携式数字助手），且可通过移动终端向运维管理人员及时反馈设备运行状态。这有效避免了设备运维信息更新滞后，有利于运维管理工作者实时掌握设备工作状态。

通过对各设备机房Wi-Fi信号的mac码地址进行记录，系统可以对运维工作者进行匹配，判断其位置是否准确，只有工作人员在准确的位置上，才能进行设备的维护和检修，以此保证了设备运维的可靠性。

运维系统平台的建设可以明确员工的岗位和职责，并细化自身的责任目标，在次基础上结合数字化培训方式，大大提高了运维工作者的工作技能和素养。这种方式可以帮助运维工作者定位自身角色，使得运维团队协同工作更加高效，更好地支持业务发展。

5   结束語

为了突破以往铁路设备运维管理效率低下、比较被动的限制，本文通过结合移动互联网与BIM技术，建立以BIM技术为基础的铁路设备运维平台，得出主要结论如下：

运维BIM模型数据源选择轻量化IFC标准格式文件，结合开发的平台API接口，确保设备管理目标和BIM模型的同步。再次开发BIM模型在线服务系统，实现设备模型在网页图形库下的三维可视化浏览，增强用户对设备模型的理解。

通过“图数”协同，能够实现持续、动态、及时的设备运维管理。在BIM模型里，设备人员可以对目标对象进行点击，从而在数据库中识别其运维信息。同时也可以在数据库中先找设备编码，在模型中定位设备，从而提高工作效率。

结合移动互联技术与BIM技术，让一线运维工作者可以更快速、更直观、更灵活的掌握设备BIM信息，实现协同工作，突破了过去PC客户端无法随时携带的局限性，确保了数据的真实性和实时性。

参考文献

[1] 过俊，张颖.基于BIM的建筑空间与设备运维管理系统研究[J].土木建筑工程信息技术，2013，5（3）：41-49.

[2] 庄智严.BlM技术在建设工程施工管理应用研究[J].中国建设信息化，2022（13）：56-57.

[3] 谈骏杰，程明，余芳强等.基于BIM的医院移动式设备智慧管理研究与实践[J].中国医院建筑与装备，2023，24（3）：89-94.

[4] 朱先超.基于BIM技术的暖通设备运维管理研究[J].设备管理与维修，2022（18）：43-44.