铁路四电工程BIM应用竣工模型交付及数据标准研究.pdf

书 书 书 铁道技术标准第卷 第期 收稿日期：；修回日期：基金项目：国家铁路局课题研究计划（）铁路四电工程应用竣工模型交付及数据标准研究郑云水，曹斌（兰州交通大学四电工程与智能应用铁路行业重点实验室，甘肃兰州；兰州交通大学自动化与电气工程学院，甘肃兰州）作者简介：郑云水，年月生，副教授，电子邮箱：。主要从事研究方向：四电技术及应用。轨道交通自动化。摘要：为提高铁路四电专业设备竣工交付模型和数据与运维管理对接的精准性，形成四电工程技术应用项目竣工交付的管理方法、流程及模式，研究工程竣工模型交付及数据标准。首先，根据铁路四电工程的特点，参考已有的模型标准，讨论四电专业设备模型的创建范围和组织结构，归纳模型命名规则及精度要求。其次，以运营维护阶段的需求为导向，确定工程竣工数据交付的基本原则、标准流程。最后，结合上述数据标准，提出数据集成与管理平台的建设，阐述其建设目标、原则和基本架构。关键词：铁路四电工程；模型交付；数据标准文章编号：（）中图分类号：文献标识码：，铁道技术标准（，；，）：，：，：，：；：（）：引言铁路四电工程作为铁路建设中的重要组成部分，对后期铁路顺利开通、平稳运营起着决定性作用。随着信息技术的发展，新技术对建筑行业带来了巨大机遇和挑战，技术就是其中之一。技术以模型为基本对象，具有可视化、信息化、数字化、可集成的特点。近些年铁路四电工程项目中技术的实际应用证明，技术将成为未来四电工程项目建设与管理信息化的主要发展方向。闫立忠等、靳辰琨等在铁路四电工程的协同设计、施工过程及管理方面展开了深入研究，并结合具体工程案例，为工程的设计、施工阶段提供了宝贵的理论知识和实践应用经验。同时，在运维阶段的研究也不断深入，靳辰琨等、周庆华等从运维管理角度出发，研究运维现状及所涉及的关键技术，为四电运维平台的建设与管理提供方案与技术支持。但由于四电工程涉及设计、施工、运维等不同的阶段，各阶段产生又包含不同的专业、参与方，四电工程的跨阶段应用也存在标准不一、效率不高的问题。在四电工程全生命周期中，运维期是持续时间最长的，也是整个工程最终的应用所在。因此，研究四电工程应用竣工模型交付及数据标准，提高数据的跨阶段交换流畅度进而提高工程交付效率，对整个工程有着重要的意义。模型创建与管理自年原中国铁路总公司对部分铁路建设项目进行试点应用开始，技术逐步应用到我国的铁路工程建设中，铁路四电工程也包含在其中。通过研究四电工程的设备可以发现，其设备有着种类多、零配件多、相关数据信息庞大的特点。在技术应用的过程中会产生海量的模型，而模型是数据的载体，数据围绕着模型展开。所以，为了使数据准确的交付，提高交付效率，需要先对四电专业设备模型在模型范围、组织结构、命名规则和精度要求个方郑云水等：铁路四电工程应用竣工模型交付及数据标准研究面进行明确和规定。模型范围铁路四电专业是指通信、信号、电力、电气化个专业，这个专业及相关设备组成一个系统，为机车的安全可靠运行提供支撑，四电专业的联络关系见图。铁路四电工程就是以此为主开展的站后建设工程。为使建立的设备模型更好的服务于工程竣工后的数据交付，提升运维管理阶段设施设备的管理水平和质量，模型的创建范围应参考 铁路工程信息交换模板编制指南（试行）（）中关于四电专业的部分。因此，设备建模范围应以通信专业设备模型、信号专业设备模型、电力专业设备模型、牵引变电专业设备模型、接触网专业设备模型个专业类别进行详细的建模。图四电专业联络关系 组织结构四电工程的总装模型对于后期运维来说是难以直接利用的，也不利于竣工过程数据的分类交付，所以需要对模型进行拆分。铁路工程信息模型表达标准（版）（）中涉及了四电专业的模型拆分组合的规定，但只对接触网专业的模型进行了规定，缺少其他几个专业的相关说明。可以根据四电工程应用实践的经验，结合此标准的模型拆分和组合的一般规定，归纳通信、信号、电力、接触网、牵引变电个专业的设备模型组织结构划分原则。通信、信号、电力、牵引变电、接触网个专业在建设过程中各有其特点，根据工程特点按不同的部位、系统单元分别拆分，总体上形成专业、拆分系统、设备、构件的四级结构。接触网系统部分模型组织结构见图，在实际工程中，可根据现场情况进一步扩充其组织结构。图接触网系统部分模型组织结构 模型命名规则和精度要求四电专业设备数量多，相关的零部件更是数量庞大，为便于运营管理，需要明确唯一的编码命名方式。在 铁路工程实体结构分解指南（铁道技术标准版）（）中，采用编码对工程进行分解编码，分解后工程层次分明、单元间功能相互独立。为增加在四电工程中的适应性，在参考其编码结构的同时，结合上述的模型组织结构和四电工程的特点进行编码命名。随着设计、施工阶段的不断深入，四电设备模型的数据信息越来越完善和丰富。模型精度（，）包含着几何精度和信息深度两个维度，是对铁路工程建设不同阶段模型全面、细致的要求。铁路工程信息模型交付精度标准（版）（）对进行、个层次的划分，但对四电专业的具体规定只发展到 施工图设计阶段。通过对四电专业设备运维阶段的新要求分析，对其进行补充。设备在竣工、运维阶段接触网专业部分设备几何精度要求见表。表接触网专业部分设备几何精度要求拆分系统设备精度要求附加悬挂 附加导线悬挂建立的三维模型中应包括肩架、吊环等主要组成零件，采用参考模型的方式查看细部构造，建模几何精度宜为 附加导线下锚建立的三维模型中应包括线夹、杵环杆等主要组成零件，采用参考模型的方式查看细部构造，建模几何精度宜为 支持定位装置 腕臂建立的三维模型中应包括线夹、杵环杆等主要组成零件，采用参考模型的方式查看细部构造及各零部件几何尺寸信息，建模几何精度宜为 软横跨建立的三维模型中应包括软横跨连接装置、软横跨悬吊装置等主要组成零件，采用参考模型的方式查看细部构造及各零部件几何尺寸信息，建模几何精度宜为 硬横梁建立的三维模型中应包括横梁边段、横梁中段、梁端连接螺栓等主要组成零件，采用参考模型的方式查看细部构造，建模几何精度宜为 定位装置建立的三维模型中应包括定位线夹、定位器等主要组成零件，采用参考模型的方式查看细部构造，建模几何精度宜为 数据交付要求及流程模型和传统三维模型最大的区别在于信息，模型不仅包含了传统三维模型内部、外部的空间结构几何信息，还包含了一些参数化的非几何信息，如建筑构件的价格、材质等。在铁路四电工程的设计施工过程中会产生大量的数据信息，如何充分的利用这些数据，将这些信息准确、高效的交付给运维部门，就是我们需要研究的问题。通过分析已有的数据标准和运维阶段的管理流程，从数据交付原则和交付标准流程两个方面进行讨论。数据交付原则相比于其他的铁路工程，铁路四电工程有着较高复杂性。在建设、施工过程中参与方众多，相应地，各参与方使用地建模软件和模型数据管理方法也不尽相同。为了方便运营方的接收和管理，应制定统一的数据交付标准。目前，组织开发的（）标准是接受最为广泛的数据交换标准，作为数据交付标准有着兼容性强和去差异化等优点。一方面，虽然各参建方使用的建模软件可能不同，但主流的建模软件如、等均支持以的格式输出数据，因此以格式交付可以避免因格式转换可能存在的效率降低或者数据失真问题；另一方面，不同专业的数据管理是数据管理平台的基本功能，而基于的数据存储技术较成熟，多数平台都持支持格式的数据管理。此外，随着年 的发布，其在之前的版本基础上增加了铁路、道路、地质等基础设施专业的数据交换规定，基本满足我们在四电工程数据交付的需求。综上，数据的交付应采用格式。数据交付标准流程标准的数据交付流程不仅有利于数据的接收，还可以使各参建方明确自己在最终数据交付中需要承担的责任。铁路四电工程的竣工数据交付流程包括确定交付需求、制定交付方案、实施数据交付、验收交付成果个阶段。铁路四电工程竣工数据交付流程说明见表。为了使数据服务于四电工程的全生命周期管理，整个数据的交付流程应从项目的立项阶段就开始，贯穿设计、施工阶段，直至工程竣工交付。在数据交付的个阶段中，建设方和运营方主要作用是确定数据的需求和最终的验收，具体的数据方案制定工作和验收工作交给总体咨询方执行，各参建方配合总体咨询完成工作，将数据的需求确定、方案制定、交付、验收各个步骤全面准确的执行，使数据交付圆满成功。郑云水等：铁路四电工程应用竣工模型交付及数据标准研究表数据交付流程说明步骤说明角色在工程项目启动前期确定数据交付需求建设方运营方由建设方组织、运营单位和总体咨询单位协助制定数据交付方案建设 方 总体咨询由建设方组织、总体咨询单位协助建立工程数据中心，各参见方实施数据交付，总体咨询单位协助参建各方建设方 总体咨询总体咨询单位组织验收数据交付成果，建设方参与验收会议、接受通过验收的数据，其他参建单位配合建设 方 总体咨询运营方数据集成与管理平台建设在铁路四电工程的设计建造过程中，数据的复杂性和重要性随着工程的进度越来越高，传统的基于文件的数据管理方式在对数据的分析和应用方面面临着巨大挑战。因此，建设数据集成与管理平台就十分必要。为了发挥数据集成与管理平台在设计建造过程中协调各过程参与方的作用，同时平滑的对接到最终的竣工交付、运维管理，需要对平台建设的目标、原则和架构进行研究规定。平台建设的目标和原则数据集成与管理平台的主要目标是完成协调各方沟通，监督工程进度和整合数据并交付等工作，因此平台建设目标应包括：具备将工程设计、施工阶段的成果可视化集成、动态更新和查询展示的功能；提供流畅的数据共享通道，供参建各方协同工作；充分预留与运营对接的接口，便于后期工程交付。考虑数据集成与管理平台在建设目标、涉及参建方多、数据重要性、适用性需求等方面的因素，平台的建设宜遵循以下原则：（）完整性原则：应针对四电工程设计、施工等阶段不同的功能要求，提供完整的功能和技术支持。（）先进性原则：使用国内外先进的、应用成熟的平台软件、硬件、技术方法以保证平台具有一定的先进性、前瞻性。（）可靠性原则：须对不同的平台访问者设置不同的数据管理权限，确保数据的安全可靠；采用先进的网络安全技术预防外网连接中的安全性问题；具有完备的数据备份措施，在平台遭遇灾难性破坏时进行数据恢复。（）扩展性原则：平台建设采用可扩充式的结构和设计，预留充分接口。为后期的功能扩展和不同参建方的平台对接提供条件 平台的架构为保证数据集成与管理平台在整个建设过程中的普遍适用性和增加应用过程中的管理效率，平台的建立应遵行国家、行业已发布的数据标准和政府发布的相关政策法规，将平台架构进行分层设计，同时各层的操作模块相对独立。数据集成与管理平台系统架构见图。图 数据集成与管理平台系统架构数据层录入各参建方输入的工程相关数据，按照统一的格式进行转化，并将数据按几何信息和非几何信息进行分类存储。引擎层提供对数据进行加工处理的技术和软件，服务层利用引擎层的技术支持对数据层的数据进行计算、加工、分析等操作，形成的数据管理、模型操作、空间分析、统计查询等基本功能。应用层根据服务层对数据的处理结果为平台运行提供支撑，为管理人员及工程各参与方提供数据共享、工程监督等功能。访问层用户能够根据管理权限查看和操作不同级别的信息。同时，各层之间有着可靠的数据交换接口。结语本文以四电工程竣工交付标准为研究对象，结铁道技术标准合运营维护对模型的需求，研究竣工模型的范围、组织结构、命名规则和精度要求。通过分析工程的数据特点，提出数据的交付原则和标准流程。在此基础上提出数据集成与管理平台的建设及其框架，平台在数据的协同、工程进度监督等方面对提升工程的智能化管理有着重要意义。研究内容可为四电工程的竣工交付与管理提供可参考的技术标准。参考文献：张杰 技术在铁路四电工程施工管理中的应用研究 智能建筑与智慧城市，（）：靳辰琨，李子龙铁路四电建维平台设计及关键技术研究 铁道工程学报，（）：闫立忠基于青连铁路四电工程技术的应用研究铁道标准设计，（）：靳辰琨，郭志光铁路四电工程建设技术应用研究 铁道标准设计，（）：周庆华，常建力 技术在铁路四电工程运维中的应用 铁道技术标准（中英文），（）：杨绪坤基于的铁路工程信息模型数据存储标准研究 铁路技术创新，（）：李犁，邓雪原基于标准数据库的构建与应用 四川建筑科学研究，（）：责任编辑：张航（上接第页）新增了无人机勘察、机载雷达（）、综合物探等勘察新技术新方法，鼓励采用综合勘察手段开展不良地质勘察。拓展了不良地质类型，新增了活动断裂、冰川型泥石流与溃决型泥石流等不良地质类型，明确了相关勘察内容和技术要求。更好满足地质选线、调绘、踏勘、初测、定测等各阶段勘察工作要求，保障铁路建设质量和运营安全。参考文献：国家铁路局铁路工程不良地质勘察规程：北京：中国铁道出版社，张士平岩土工程地质勘察中质量控制因素分析与建议 大众标准化，（）：霍玉兵复杂地形地质条件下岩土工程勘察实践与思考 工程技术研究，（）：李国亮探究岩土工程地质勘察中的质量控制因素世界有色金属，（）：国家铁路局铁路工程地质勘察规范：北京：中国铁道出版社，国家铁路局铁路工程水文地质勘察规范：北京：中国铁道出版社，国家铁路局铁路工程物理勘探规范：北京：中国铁道出版社，国家铁路局铁路工程地质钻探规程：北京：中国铁道出版社，国家铁路局铁路工程地质原位测试规程：北京：中国铁道出版社，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中华人民共和国建设部铁路工程抗震设计规范（版）：北京：中国计划出版社，国家铁路局铁路瓦斯隧道技术规范：北京：中国铁道出版社，责任编辑：张航