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（廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，廣東廣州 510000）

1 研究背景

我國(guó)城市軌道交通工程普遍具有三個(gè)特點(diǎn)，即投資規(guī)模大且施工環(huán)境復(fù)雜、工期緊湊且涉及專業(yè)性強(qiáng)及施工內(nèi)容多、組織管理具有一定難度且技術(shù)要求高?？v觀城市軌道交通工程發(fā)展可知，通常其建設(shè)過(guò)程為5～10年，建設(shè)后移交運(yùn)營(yíng)，運(yùn)營(yíng)管理時(shí)間長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年。針對(duì)城市軌道交通運(yùn)維，必須在保證科學(xué)合理地制定維護(hù)計(jì)劃的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軌道交通運(yùn)營(yíng)狀態(tài)的重視，成為當(dāng)前我國(guó)城市軌道交通管理部門的共識(shí)與主要工作目標(biāo)。

基于軌道交通地鐵車站在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中人員密集、設(shè)備密集、信息密集的特點(diǎn)，在不重復(fù)建設(shè)的前提下，應(yīng)結(jié)合工程項(xiàng)目的實(shí)際情況，利用BIM信息模型技術(shù)、數(shù)字孿生與時(shí)空一體技術(shù)，建設(shè)BIM綜合運(yùn)營(yíng)體系，根據(jù)站點(diǎn)場(chǎng)景的特殊性，通過(guò)頂層設(shè)計(jì)打通可視化運(yùn)維管理的最后一公里。基于BIM技術(shù)的軌道交通運(yùn)維管理應(yīng)從運(yùn)營(yíng)的角度出發(fā)，地鐵作為城市交通運(yùn)輸主力，地鐵車站空間運(yùn)維水平要求高、用能設(shè)備眾多，包含了眾多運(yùn)營(yíng)子系統(tǒng)。需要根據(jù)地鐵站點(diǎn)運(yùn)營(yíng)中的共性問(wèn)題以及投產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中產(chǎn)生的實(shí)際問(wèn)題，剖析實(shí)際需求，針對(duì)性提出規(guī)劃任務(wù)。

將數(shù)據(jù)信息與系統(tǒng)資源進(jìn)行綜合集成，提高地鐵站點(diǎn)的運(yùn)維管理水平。通過(guò)對(duì)各子系統(tǒng)的集成統(tǒng)一，建立數(shù)字孿生化、可視化管運(yùn)營(yíng)體系，為運(yùn)營(yíng)人員提供可靠的設(shè)備運(yùn)維分析、人流統(tǒng)計(jì)分析、能耗分析管理及其他綜合數(shù)據(jù)等一系列的專業(yè)運(yùn)營(yíng)服務(wù)，達(dá)到提升管理效率、減少人力浪費(fèi)、降低管理風(fēng)險(xiǎn)、提高運(yùn)維品質(zhì)的效果。

在全面提高站點(diǎn)管理運(yùn)營(yíng)水平的同時(shí)，對(duì)運(yùn)營(yíng)工作中產(chǎn)生的實(shí)際問(wèn)題、新增需求、各類運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)機(jī)械能有效規(guī)整，建立運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)庫(kù)。通過(guò)協(xié)同數(shù)據(jù)互通技術(shù)將數(shù)據(jù)經(jīng)驗(yàn)反饋至設(shè)計(jì)平臺(tái)，為實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)反哺規(guī)劃設(shè)計(jì)，為后續(xù)的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐與依據(jù)。

2 BIM在運(yùn)維管理中的關(guān)鍵技術(shù)分析

通過(guò)BIM數(shù)字孿生管理運(yùn)營(yíng)，融合電力、環(huán)控、消防等子系統(tǒng)與BIM信息模型，緊密結(jié)合響應(yīng)設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)維等各階段的數(shù)據(jù)互通技術(shù)、協(xié)同技術(shù)，打造具備數(shù)字孿生特性、運(yùn)營(yíng)協(xié)同特性、階段協(xié)同特性、數(shù)據(jù)協(xié)同特性的運(yùn)維管理平臺(tái)。

將眾多子系統(tǒng)集成并形成數(shù)據(jù)共享，實(shí)現(xiàn)車站統(tǒng)一的可視化管理。將空間與數(shù)據(jù)信息綁定，提升可視化管理程度，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)追蹤，實(shí)現(xiàn)報(bào)警信息空間定位。通過(guò)數(shù)據(jù)分析功能，感知分析系統(tǒng)運(yùn)行狀況，制定合理運(yùn)行策略。

需要重點(diǎn)考慮如何構(gòu)建具有自動(dòng)化及智能化雙重特性的業(yè)務(wù)流程、如何有效將控制策略和報(bào)警邏輯進(jìn)行聯(lián)動(dòng)等，目的在于更好地避免在運(yùn)維管理階段過(guò)多消耗人力和物力，有效提高運(yùn)維效率[1]。

集成能源管理和設(shè)備設(shè)施信息，可以對(duì)車站重點(diǎn)用能設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)和歷史統(tǒng)計(jì)的能效監(jiān)測(cè)和能效評(píng)估，為將來(lái)的車站能效優(yōu)化設(shè)計(jì)和節(jié)能實(shí)施提供充足的第三方基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，大多數(shù)提高能效、提升性能的改善只需要少量的操作改變，可實(shí)現(xiàn)降低維護(hù)費(fèi)用，保障長(zhǎng)期的高效運(yùn)行。運(yùn)維管理平臺(tái)以BIM為基礎(chǔ)，通過(guò)數(shù)字孿生技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息模型作為人機(jī)交互的載體，利用設(shè)備、空間定位、運(yùn)行參數(shù)顏色渲染等模式，場(chǎng)景與界面為組態(tài)化呈現(xiàn)，使子平臺(tái)中所有的系統(tǒng)資源通過(guò)場(chǎng)景與圖形的方式表達(dá)，與現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景一一對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)信息的可視化、高效監(jiān)管。使用三維場(chǎng)景實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)或設(shè)備的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，能夠直觀查看控制點(diǎn)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，三維場(chǎng)景能夠動(dòng)態(tài)反映受控設(shè)備的運(yùn)行工況及運(yùn)行參數(shù)。

運(yùn)維管理子平臺(tái)可采用具有獨(dú)立性的分布式數(shù)據(jù)，可以連接物理上分散的多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)單元，組成的一個(gè)邏輯統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)，每個(gè)被連接起來(lái)的數(shù)據(jù)庫(kù)單元稱為站點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)，使數(shù)據(jù)擁有獨(dú)立性，分布式數(shù)據(jù)的基本特點(diǎn)包括物理分布性、邏輯整體性和站點(diǎn)自治性。分布式的數(shù)據(jù)具備數(shù)據(jù)分布透明性、按既定協(xié)議達(dá)成共識(shí)的機(jī)制、適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)冗余度和管理的分布性。

各子系統(tǒng)實(shí)行獨(dú)立運(yùn)行、分散監(jiān)控，各子系統(tǒng)與平臺(tái)保持及時(shí)、可靠數(shù)據(jù)交換與指令溝通。各子系統(tǒng)之間的操控相對(duì)獨(dú)立，可通過(guò)集成系統(tǒng)的高級(jí)控制邏輯和業(yè)務(wù)邏輯實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制和業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)，但每個(gè)子系統(tǒng)的故障均不會(huì)影響其他子系統(tǒng)的正常工作。子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享通過(guò)統(tǒng)一協(xié)議轉(zhuǎn)換完成，最大限度減少數(shù)據(jù)流通的中間環(huán)節(jié)，分離故障、分散風(fēng)險(xiǎn)、便于管理。

3 BIM在運(yùn)維管理中的關(guān)鍵技術(shù)場(chǎng)景模式

（1）車站/區(qū)間實(shí)體場(chǎng)景模型。

基于BIM模型的三維可視化車站場(chǎng)景，能夠與真實(shí)的車站建筑和實(shí)際設(shè)備點(diǎn)位對(duì)應(yīng)，實(shí)體場(chǎng)景模型包含地表層、站廳層、站臺(tái)層以及站層配套的子系統(tǒng)設(shè)備，支持全局查看（車站整體）以及單層查看（指定某一站層）[2]。

（2）車站/區(qū)間透明場(chǎng)景模型。

基于BIM模型的透明建筑體的三維可視化車站場(chǎng)景，能夠與真實(shí)的車站建筑和實(shí)際設(shè)備點(diǎn)位對(duì)應(yīng)，透明場(chǎng)景模型包含站廳層、站臺(tái)層以及站層配套的子系統(tǒng)設(shè)備，支持全局查看（車站整體）以及單層查看（指定某一層）。

（3）地面層模型。

單層的三維可視化模型，可以通過(guò)鼠標(biāo)對(duì)站臺(tái)層模型進(jìn)行拖拽、平移、點(diǎn)擊操作，可以自由變換查看地面層機(jī)位視角，包括全局/區(qū)域/設(shè)備，在地面層可以觀察車站地表的地形地貌以及車站附近交通線路布局。

（4）站廳層模型。

單層的三維可視化模型，包括實(shí)體場(chǎng)景以及透明場(chǎng)景，可以通過(guò)鼠標(biāo)對(duì)站廳層模型進(jìn)行拖拽、平移、點(diǎn)擊操作，可以自由變換查看站臺(tái)層機(jī)位視角，包括全局/區(qū)域/設(shè)備，支持在車站運(yùn)營(yíng)管控模塊切換運(yùn)維視角的透明場(chǎng)景。

（5）站臺(tái)層模型。

與站廳層模型一致，為單層的三維可視化模型。

（6）子系統(tǒng)設(shè)備模型。

單個(gè)設(shè)備的三維可視化模型，包括在線、故障、告警、離線的設(shè)備模型狀態(tài)以及與該設(shè)備模型配套動(dòng)效。

（7）站點(diǎn)索引。

支持從廣州地鐵全市地鐵線網(wǎng)中選擇指定站點(diǎn)（現(xiàn)階段僅支持太和地鐵站、夏太區(qū)間和太竹區(qū)間），由全市線路清單、線站信息、快捷區(qū)組成。打開(kāi)該功能默認(rèn)展開(kāi)全市地鐵線網(wǎng)清單和14號(hào)線線網(wǎng)信息，點(diǎn)擊數(shù)字編號(hào)圓點(diǎn)（車站）或連接線條（區(qū)間）后，三維可視化模型自動(dòng)切換，并展開(kāi)快捷區(qū)，支持快速選擇地面層、站廳層、站臺(tái)層或指定的某個(gè)區(qū)間。

（8）站層分離。

支持車站進(jìn)行開(kāi)/合操作，通過(guò)功能中的滑動(dòng)條，拖拽滑塊來(lái)增加或減少站層之間的距離；打開(kāi)功能時(shí)滑塊默認(rèn)位置與站層分離距離匹配，拖拽滑塊從合到開(kāi)的過(guò)程中，地面層周邊模型自動(dòng)隱藏，并持續(xù)拉開(kāi)站層之間距離，達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定的最大值停止，反之則縮小站層距離，并逐漸淡入地面層周邊模型。

（9）站層選擇。

支持在任意場(chǎng)景中進(jìn)行站層的切換、進(jìn)入單層的三維場(chǎng)景，功能支持切換的范圍包括全站、地面層、站廳層、站臺(tái)層；點(diǎn)擊站層選擇，三維場(chǎng)景模型以中速移動(dòng)相機(jī)視角，最終定位到與模型呈180°的相機(jī)視角，通過(guò)鼠標(biāo)對(duì)透明三維分層場(chǎng)景選擇點(diǎn)擊，完成站層選擇；可以點(diǎn)擊快速選擇區(qū)域進(jìn)行快速切換[3]。

（10）站層地圖。

進(jìn)入單層的三維場(chǎng)景，自動(dòng)打開(kāi)站層地圖功能，支持拖拽、隨意放置地圖，地圖二維與三維場(chǎng)景支持聯(lián)動(dòng)位移。

4 BIM在運(yùn)維管理中的關(guān)鍵技術(shù)落地應(yīng)用

根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)以及工程項(xiàng)目需求，運(yùn)維管理平臺(tái)場(chǎng)景區(qū)域與技術(shù)應(yīng)用站點(diǎn)與區(qū)間選定于廣州地鐵14號(hào)線的太和站與夏良至太和區(qū)間、太和至竹料區(qū)間（一站兩區(qū)間）。

為完成運(yùn)維管理平臺(tái)建設(shè)開(kāi)發(fā)工作，通過(guò)圍繞廣州地鐵太和站、夏太區(qū)間、太竹區(qū)間的一線運(yùn)營(yíng)、運(yùn)維管理人員和廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院的建筑、電氣、智能化、信息化等各專業(yè)的工作人員、管理人員進(jìn)行實(shí)地的調(diào)查、訪談，進(jìn)一步了解太和地鐵站，隨廣州地鐵14號(hào)線一期工程同期建成，于2018年12月28日開(kāi)通運(yùn)行。

作為在運(yùn)營(yíng)運(yùn)行地鐵線站點(diǎn)，廣州地鐵太和地鐵站已建成的專業(yè)運(yùn)維系統(tǒng)包括綜合監(jiān)控系統(tǒng)、車站公共區(qū)空調(diào)通風(fēng)和防排煙系統(tǒng)、車站設(shè)備區(qū)通風(fēng)空調(diào)及防排煙系統(tǒng)、車站空調(diào)冷源水系、隧道通風(fēng)系統(tǒng)、變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)等。

基于BIM模型的車站運(yùn)維監(jiān)控，需要通過(guò)綜合監(jiān)控管理子模塊、環(huán)境監(jiān)控管理子模塊、電力監(jiān)測(cè)管理子模塊、車站運(yùn)營(yíng)管理子模塊、公共安全管理子模塊、車站設(shè)備管理子模塊，完成對(duì)太和地鐵站專業(yè)運(yùn)維系統(tǒng)的集中管控以及示范應(yīng)用的功能表達(dá)。

維持自身運(yùn)維業(yè)務(wù)范圍內(nèi)的體系運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)，運(yùn)維管理平臺(tái)還需要通過(guò)系統(tǒng)接口，完成與上述協(xié)同技術(shù)的載體（一體化BIM的數(shù)據(jù)協(xié)同管理中心）之間的互聯(lián)互通，包括用戶與權(quán)限的統(tǒng)一、BIM數(shù)據(jù)正向和逆向協(xié)同、運(yùn)維成本數(shù)據(jù)同步、設(shè)計(jì)施工文檔獲取以及運(yùn)維知識(shí)文檔歸檔。

5 結(jié)語(yǔ)

《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》指出，以滿足國(guó)家戰(zhàn)略需求為目標(biāo)，以國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，在既有軌道交通科技發(fā)展成果基礎(chǔ)上，以產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同創(chuàng)新為主要模式，強(qiáng)化國(guó)際合作創(chuàng)新。通過(guò)在軌道交通系統(tǒng)安全保障、綜合效能提升、可持續(xù)性和互操作等技術(shù)方向進(jìn)行覆蓋“基礎(chǔ)前沿研究、共性關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、集成與應(yīng)用示范”的全鏈條部署、聚焦支持、有序推進(jìn)，全面提升我國(guó)軌道交通系統(tǒng)技術(shù)、設(shè)施、裝備和運(yùn)營(yíng)的安全、效能、綠色、體系化和國(guó)際化水平。