劉紅良，楊斌，馬西章，解亞龍，吳明杰

（1.北京經(jīng)緯信息技術(shù)有限公司，北京 100081；2.中國國家鐵路集團有限公司工程管理中心，北京 100844；3.雄安高速鐵路有限公司，河北保定 071700；4.中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司電子計算技術(shù)研究所，北京 100081）

0 引言

高速鐵路是一個龐大的系統(tǒng)工程，為達到高鐵建設(shè)的技術(shù)標準和質(zhì)量要求，各要素、工序、節(jié)點之間必須精密匹配，確保高鐵系統(tǒng)的安全性與可靠性［1］。高速鐵路建設(shè)具有多單位參與、多專業(yè)協(xié)調(diào)、多方位推進、多工種交叉作業(yè)等特點，其建設(shè)過程涉及各專業(yè)間大量的接口問題，基于建設(shè)模式、工序銜接、結(jié)構(gòu)安全、質(zhì)量和投資控制等原因，部分四電基礎(chǔ)設(shè)施由土建單位負責(zé)實施。由于專業(yè)和建設(shè)特點的巨大差異，四電接口工程管理質(zhì)量不高成為高鐵建設(shè)常見的通病和短板之一［2-6］。

概括來說，四電接口工程主要存在以下問題：

（1）相關(guān)單位對管理重視程度不夠，缺乏相應(yīng)的管理制度；

（2）設(shè)計“差錯漏碰”，源頭出現(xiàn)問題；

（3）施工過程卡控不嚴，存在事后返工等質(zhì)量問題；

（4）接口交接不規(guī)范，忽視及時交接的重要性；

（5）沒有有效的監(jiān)督機制，不重視整改，未形成有效的閉環(huán)管理機制。

因此，亟需一種新的技術(shù)平臺對高速鐵路四電接口進行輔助管理，通過信息化手段，實現(xiàn)接口的自檢、復(fù)查、交接，對發(fā)現(xiàn)問題進行填報、處理、銷號，最終實現(xiàn)閉環(huán)管理。借助BIM （Building Information Modeling） 與 GIS （Geographic Information System） 技術(shù)，依托鐵路工程管理平臺［7-8］，研究開發(fā)高速鐵路四電接口管理系統(tǒng)，為接口提供可視化、協(xié)同化管理，為后續(xù)四電施工創(chuàng)造更好的條件。

1 需求分析

1.1 建設(shè)目標

基于BIM 技術(shù)的四電接口管理系統(tǒng)是以四電工程接口為管理對象，實現(xiàn)站前土建單位自檢，站后四電施工單位復(fù)查，監(jiān)理、建設(shè)單位參與監(jiān)督管理的信息化系統(tǒng)。系統(tǒng)將線下管理轉(zhuǎn)換為線上管理，形成“檢查—記錄—處理—銷號”等一整套閉環(huán)處理業(yè)務(wù)流程，建立站前、站后接口工程對接檢查處理機制，提升站前預(yù)留接口向站后施工單位移交的效率［9-10］。

1.2 業(yè)務(wù)流程

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研，梳理四電接口檢查業(yè)務(wù)流程如下：

（1）站前土建單位依據(jù)相關(guān)要求，對施工生產(chǎn)的四電工程接口進行過程卡控、成品自檢；監(jiān)理單位依據(jù)施工過程監(jiān)督及成品檢測，評定接口質(zhì)量是否合格。對于不合格接口，由土建單位進行處置，直至合格為止；對于合格接口，由站前土建單位批量向站后四電單位進行初步交接。

（2）站后四電單位進場后，依據(jù)設(shè)計圖紙、質(zhì)量驗收標準等，對站前土建單位移交的工程接口逐項復(fù)查，發(fā)現(xiàn)問題立即通知站前專業(yè)整改處理。監(jiān)理、建設(shè)單位對復(fù)查、整改過程進行監(jiān)督管理。

（3）針對復(fù)查合格的接口工程，在建設(shè)或監(jiān)理單位組織下，完成接口正式移交，實現(xiàn)站前、站后的責(zé)任和權(quán)限劃分。

四電接口檢查流程示意見圖1。

2 總體架構(gòu)及功能

2.1 總體架構(gòu)

結(jié)合工程現(xiàn)場實際需求，立足接口檢查業(yè)務(wù)流程，依托鐵路工程管理平臺，設(shè)計基于BIM 技術(shù)的四電接口管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)業(yè)務(wù)涉及站前土建、站后四電、監(jiān)理、建設(shè)等單位，用戶多；專業(yè)涉及路基、橋梁、隧道、軌道、站場、牽引供電、電力、通信、信號等，專業(yè)多。為提高系統(tǒng)的易用性和穩(wěn)定性，采用B/S架構(gòu)設(shè)計，確保各級用戶直接通過用戶名和密碼登錄使用。系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)層、應(yīng)用與服務(wù)層、展示層等3級架構(gòu)設(shè)計，總體架構(gòu)示意見圖2。

2.1.1 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層包含三維模型數(shù)據(jù)、項目組織機構(gòu)及人員數(shù)據(jù)、項目信息數(shù)據(jù)、接口類型數(shù)據(jù)、接口臺賬數(shù)據(jù)等，具體內(nèi)容如下：

（1）三維模型數(shù)據(jù)：包含現(xiàn)場的路基、橋梁、隧道、四電BIM模型及地形GIS數(shù)據(jù)等。

（2）項目組織機構(gòu)及人員數(shù)據(jù)：包含建設(shè)單位、施工單位、標段、部門、工區(qū)及機構(gòu)人員等，此部分主要為系統(tǒng)使用的機構(gòu)及相關(guān)用戶。

（3）項目信息數(shù)據(jù)：包含站前土建、站后四電標段的工點及構(gòu)筑物等，主要提供四電接口的地理位置信息。

（4）接口類型及接口臺賬數(shù)據(jù)：主要針對四電接口的類型及每種類型下需要檢查的項目，為系統(tǒng)主要業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

2.1.2 應(yīng)用與服務(wù)層

應(yīng)用與服務(wù)層包含業(yè)務(wù)流程及關(guān)鍵技術(shù)和二、三維數(shù)據(jù)處理及關(guān)鍵技術(shù)，具體內(nèi)容如下：

（1）業(yè)務(wù)流程及關(guān)鍵技術(shù)：通過流程引擎，根據(jù)不同項目需求，方便、快速地構(gòu)造四電接口檢查業(yè)務(wù)流程，通過權(quán)限動態(tài)配置、接口類型動態(tài)配置、接口檢查項動態(tài)配置等，快速實現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)動態(tài)擴展，適用于不同項目、不同業(yè)務(wù)的應(yīng)用場景。

圖1 四電接口檢查流程示意圖

圖2 總體架構(gòu)示意圖

（2）二、三維數(shù)據(jù)處理及關(guān)鍵技術(shù)：利用BIM 輕量化技術(shù)和GIS 引擎技術(shù)，實現(xiàn)BIM 模型與GIS 的融合，并結(jié)合項目信息、接口臺賬等二維數(shù)據(jù)，達到二、三維多源數(shù)據(jù)集成。通過相關(guān)功能開發(fā)，最終實現(xiàn)接口的檢查管理、統(tǒng)計展示、消息提醒等業(yè)務(wù)功能，并在BIM+GIS的三維場景下進行可視化綜合展示。

2.1.3 展示層

展示層即終端應(yīng)用層，表示不同用戶訪問、使用系統(tǒng)所需的終端設(shè)備（如PC 端、手機端、平板電腦等）。用戶登錄后，根據(jù)不同權(quán)限進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)訪問和功能操作。

2.2 功能設(shè)計

系統(tǒng)功能模塊主要依據(jù)需求分析和總體架構(gòu)進行設(shè)計，可實現(xiàn)四電接口檢查管理及BIM+GIS 綜合展示，功能模塊的架構(gòu)示意見圖3。

圖3 功能模塊架構(gòu)示意圖

2.2.1 系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理模塊包含接口分類維護、角色維護、標段維護、授權(quán)中心等4個子模塊：

（1）接口分類維護：對路基、橋梁、隧道、站場、軌道鋪架等不同專業(yè)下的四電工程接口的分類進行動態(tài)性維護，如路基段接觸網(wǎng)預(yù)埋基礎(chǔ)、電纜過軌管，隧道段接觸網(wǎng)預(yù)埋槽道、綜合接地，橋梁段電纜爬架及鋸齒孔等。既要維護接口的類型，還要維護不同接口類型下的檢查項目，方便后續(xù)接口的檢查工作。

（2）角色維護：對四電接口檢查管理流程涉及的角色進行添加、刪除、修改等維護，如接口自檢員、四電站后復(fù)查員、評定員、處置員等角色的維護。

（3）標段維護：對土建專業(yè)和四電專業(yè)標段的區(qū)分，標段數(shù)據(jù)通過接口取自工程管理平臺。由于工程管理平臺中并未定義標段類型為站前土建還是站后四電，在流程管理中缺乏明確指向，因此，需要對標段進行維護區(qū)分。

（4）授權(quán)中心：對組織機構(gòu)的各級管理和生產(chǎn)人員進行角色授予。如京雄城際鐵路施工一標張某被授予站前自檢員角色，當(dāng)張某登錄系統(tǒng)，即獲接口自檢權(quán)限，可利用APP對接口臺賬進行檢查填報。

2.2.2 初始化管理

初始化管理模塊包含接口臺賬初始化、標段負責(zé)人初始化、整改期限初始化模塊等3個子模塊。

（1）接口臺賬初始化：指站前土建標段根據(jù)圖紙等設(shè)計資料，梳理四電接口臺賬，可通過EXCEL 表整體導(dǎo)入，增加初始化速度，也可添加單條臺賬，并滿足修改、刪除、查詢等功能。

（2）標段負責(zé)人初始化：對各標段負責(zé)人相關(guān)信息進行填報或?qū)?，滿足線下溝通需要。

（3）整改期限初始化：根據(jù)建設(shè)單位管理需求，自檢、復(fù)查出問題后，對整改期限進行規(guī)定。檢查出問題時，整改時間根據(jù)整改期限自動計算得出。

2.2.3 檢查管理

檢查管理模塊包含檢查記錄表、交接管理、檢查問題庫等3個子模塊。

（1）檢查記錄表：將接口臺賬的初始化表格轉(zhuǎn)換為檢查記錄表，并賦予表中每條接口數(shù)據(jù)一種狀態(tài)，通過流程改變實現(xiàn)狀態(tài)改變，完成每條接口的自檢、初步交接、復(fù)查、處置、銷號、正式交接等流程的管理，確保每個接口有檢查、有記錄、可追溯，并通過APP采集現(xiàn)場照片。

（2）交接管理：交接管理包含自檢合格后的初次交接管理和復(fù)查合格后的正式交接管理。初次交接管理指站前土建單位自檢合格后，批量移交給四電單位進行復(fù)查，是一種形式上的交接；正式交接管理指站前單位將復(fù)查合格的接口工程批量移交給站后四電單位，需有監(jiān)理、建設(shè)單位參與并簽字確認，是權(quán)限和責(zé)任的移交。接口正式移交是四電單位后續(xù)施工的先決條件。

（3）檢查問題庫：將接口自檢及復(fù)查出現(xiàn)的問題推送至問題庫模塊，并對問題進行處置、申請銷號、檢查等循環(huán)管理，直至問題解決。問題庫包含提醒推送功能，當(dāng)檢查出現(xiàn)問題時，將問題數(shù)據(jù)快速、準確地推送給相關(guān)干系人，并提醒監(jiān)理、建設(shè)單位督辦。

2.2.4 統(tǒng)計展示

統(tǒng)計展示包含BIM+GIS 綜合展示、檢查率統(tǒng)計、合格率統(tǒng)計、處置率統(tǒng)計等子模塊。

（1）BIM+GIS 綜合展示：利用BIM 模型輕量化技術(shù)，通過格式轉(zhuǎn)換，將站前、站后各專業(yè)BIM 模型載入GIS環(huán)境，實現(xiàn)BIM+GIS綜合展示，使站前、站后施工人員非常便捷、直觀地查看接口位置信息和臺賬信息，對照實際現(xiàn)場，檢查接口位置預(yù)留是否有誤、是否碰撞、是否侵限、是否滿足設(shè)計要求。檢查人員通過手機或平板電腦調(diào)取BIM 模型，實現(xiàn)基于BIM 模型的檢查填報，并將接口檢查記錄作為模型的非幾何信息在模型中保存。

（2）檢查率統(tǒng)計、合格率統(tǒng)計、處置率統(tǒng)計：對應(yīng)不同權(quán)限的用戶，統(tǒng)計查詢四電接口的檢查率、合格率及出現(xiàn)問題的處置率，可作為建設(shè)單位對施工單位考核的一項指標。

3 系統(tǒng)應(yīng)用

目前，基于BIM 技術(shù)的四電接口管理系統(tǒng)已在京雄城際鐵路進行了以下試用。

（1）臺賬初始化：站前土建標段人員依據(jù)設(shè)計圖紙，梳理標段管段內(nèi)接口臺賬，并在系統(tǒng)中利用導(dǎo)入或新增的方式進行接口臺賬初始化。臺賬初始化界面見圖4。

圖4 臺賬初始化界面

（2）接口檢查：接口臺賬初始化完成后，接口數(shù)據(jù)狀態(tài)變?yōu)椤按詸z狀態(tài)”，站前土建標段可通過手機APP 自檢（見圖5）。監(jiān)理和站后四電單位同樣可利用APP完成接口評定及復(fù)查工作。

圖5 手機端APP自檢界面

（3）交接管理：土建單位針對自檢合格的接口，初步交接給四電單位復(fù)查（見圖6）；復(fù)查合格的接口，由站前土建單位批量或成區(qū)段地正式交接給四電單位（見圖7）。正式交接完成后，四電單位方可進行后續(xù)施工。

（4）統(tǒng)計查詢：不同用戶根據(jù)相應(yīng)權(quán)限在PC 端查看四電接口的檢查狀態(tài)及檢查記錄表（見圖8、圖9），也可查看不同統(tǒng)計圖和統(tǒng)計表（見圖10）。當(dāng)接口數(shù)據(jù)狀態(tài)發(fā)生變化或檢查發(fā)現(xiàn)問題時，APP 啟動提醒功能，精準推送給相關(guān)用戶（見圖11）。

圖6 初步交接界面

圖7 正式交接界面

圖8 檢查狀態(tài)界面

圖9 檢查記錄表界面

圖10 檢查統(tǒng)計圖表界面

圖11 APP提醒功能

（5）BIM+GIS 應(yīng)用展示：土建站前單位通過BIM+GIS應(yīng)用場景，提前檢查接口預(yù)留、預(yù)埋位置，里程是否有誤，是否遺漏、碰撞等，發(fā)現(xiàn)問題及時整改，以減少施工返工?；贐IM 技術(shù)的接口檢查場景見圖12。檢查記錄數(shù)據(jù)可在BIM 模型上查看，并進行BIM+GIS動態(tài)詳情展示（見圖13）。

4 總結(jié)與討論

基于BIM 技術(shù)的四電接口管理系統(tǒng)已應(yīng)用于京雄城際鐵路，根據(jù)用戶反饋，總結(jié)出以下優(yōu)點：

（1）系統(tǒng)為四電接口各參與單位提供了一個統(tǒng)一、開放、可視化的信息化平臺，各參與單位的職責(zé)和義務(wù)在系統(tǒng)中得到體現(xiàn)和約束。在建設(shè)單位的量化考核、監(jiān)督下，改變了“土建強、四電弱”的傳統(tǒng)管理模式，使四電接口管理制度有效貫徹執(zhí)行。

圖12 基于BIM技術(shù)的接口檢查場景

圖13 BIM+GIS動態(tài)詳情展示

（2）系統(tǒng)為四電接口提供了詳細的電子化檔案資料，覆蓋接口管理的全過程、全區(qū)域，尤其是隱蔽工程，有利于信息查詢及追溯。

（3）形成接口自檢、復(fù)查、交接的業(yè)務(wù)流程，對查出問題進行“記錄—處理—銷號”等閉環(huán)管理，建立站前、站后接口對接檢查處理機制，杜絕問題整改不徹底、遷就整改、采取過渡措施等現(xiàn)象發(fā)生。

（4）規(guī)范接口交接管理，系統(tǒng)提供批量或成區(qū)段接口交付，為站后施工提供了更好的作業(yè)條件。

（5）基于BIM+GIS 技術(shù)，為接口參與者提供可視化、協(xié)同化的信息化手段，有利于管理者和生產(chǎn)者提高對接口的認識，便于檢查管理。

但是，系統(tǒng)在應(yīng)用過程中還存在一定不足，如流程冗長、應(yīng)用不夠靈活、和工程實際存在一定脫節(jié)等，并且BIM 功能主要以可視化展示為主，體現(xiàn)“差錯漏碰”的優(yōu)勢不夠充分，系統(tǒng)還需進一步優(yōu)化和完善。