馮文暉，李琳，王志華，王起

（1.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；2.中鐵建工集團有限公司 華北分公司，北京 100070；3.中國鐵路北京局集團有限公司 土地房產(chǎn)部，北京 100860）

0 引言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展與數(shù)字時代的更迭，建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）被認為是改變傳統(tǒng)建筑業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新手段，并且為不同利益相關(guān)者創(chuàng)造了交換建筑領(lǐng)域數(shù)字信息的良好條件［1-2］。

在我國，隨著建筑物和構(gòu)筑物的造型復(fù)雜化、設(shè)計數(shù)字化、施工智能化，BIM技術(shù)在諸多工程領(lǐng)域的設(shè)計、施工等階段開展了應(yīng)用，并取得豐碩成果。BIM技術(shù)起步晚，發(fā)展空間大，擁有得天獨厚的優(yōu)勢和實用性價值與意義。結(jié)合應(yīng)用案例對BIM技術(shù)在站房專業(yè)運維階段的應(yīng)用進行論述，以期為鐵路行業(yè)運維管理修程修制的修訂提供參考依據(jù)。

1 BIM技術(shù)在運維階段的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 國外應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來，隨著BIM在全球的快速發(fā)展，英國標準協(xié)會從2007—2017年陸續(xù)發(fā)布了一系列標準，其中包括PAS 1192-3：2014《基于BIM的運維階段資產(chǎn)信息管理說明書》、BS 1192-4：2014《基于安全意識的BIM、數(shù)字化建設(shè)環(huán)境和智能資產(chǎn)管理說明書》、PAS 1192-5：2015《基于COBie的員工信息規(guī)定》等標準［3-5］。國際標準組織也提出了1種通用開源文件格式（IFC）作為解決各類企業(yè)軟件之間BIM幾何實體與屬性信息的轉(zhuǎn)換問題［6］。P?rn等［7］研發(fā)了基于BIM軟件的Application Program Interface（API）數(shù)據(jù)接口，將客戶數(shù)據(jù)庫與運維數(shù)據(jù)整合到BIM模型。Heaton等［8］首次將BIM數(shù)據(jù)直接從模型導(dǎo)入到相關(guān)運維階段資產(chǎn)管理數(shù)據(jù)庫，并在資產(chǎn)管理系統(tǒng)中實現(xiàn)基于BIM的數(shù)據(jù)管理。

1.2 我國應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著BIM技術(shù)的日漸成熟，我國在運維管理方面，開展了一些基于BIM技術(shù)的應(yīng)用。GB/T 51301—2018《建筑信息模型設(shè)計交付標準》明確規(guī)定在運營與維護階段，應(yīng)對建筑本體構(gòu)配件、設(shè)備、部品和產(chǎn)品進行管理，同時，建筑模型應(yīng)符合模型精細度、幾何表達精度、信息深度的要求［9］。長沙市地下綜合管廊建設(shè)運維過程，采用BIM+GIS可視化、機器人巡檢、結(jié)構(gòu)健康檢測、移動互聯(lián)等技術(shù)，為運維單位提供了實用性、便捷性的技術(shù)支持［10］。楊海霖［11］對深圳市的城市供水管網(wǎng)智慧運維進行了研究，指出基于BIM技術(shù)的城市供水管網(wǎng)管理的優(yōu)勢與特點，并對設(shè)備運行管理與隱蔽工程的管理展開了研究。

在鐵路行業(yè)，BIM技術(shù)的應(yīng)用仍在不斷發(fā)展過程中，一些學(xué)者也進行了相應(yīng)研究。曾科斌等［12］探索了BIM技術(shù)在高鐵站房夾層管線施工中的應(yīng)用，并借助BIM技術(shù)，有效解決了夾層空間機電管線作業(yè)空間狹窄、專業(yè)協(xié)調(diào)困難等問題，提升了機電管線施工效率和夾層空間利用效率。同時，BIM技術(shù)在鐵路站房全生命周期各階段起到了不同的作用，不僅能夠?qū)υO(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)的各專業(yè)之間的缺漏與差錯等問題及時處理與優(yōu)化，同時能夠精確計算工程量，降低返工率，節(jié)省施工工期等［13-14］。在鐵路信號綜合樓安裝工程施工過程中，不僅可以借助BIM領(lǐng)域的相關(guān)軟件，實現(xiàn)施工進度模擬，建立產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)庫，而且依托基于BIM平臺的質(zhì)量安全協(xié)同管理綜合平臺，可實現(xiàn)項目精細化管理［15］。

隨著BIM技術(shù)在我國基建領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，鐵路行業(yè)的BIM應(yīng)用研究表明BIM技術(shù)在房建、機電等專業(yè)帶來了收益與效果。但是，運維期作為項目全生命周期中發(fā)揮重要作用的階段，卻很少被相關(guān)學(xué)者關(guān)注并研究，因此，對運維階段BIM技術(shù)在鐵路站房中的應(yīng)用效果進行研究。

2 鐵路站房運維管理現(xiàn)狀分析

傳統(tǒng)鐵路站房運維管理，依靠技術(shù)檔案資料、CAD圖紙、自建臺賬等信息相互佐證來制定計劃和維修方案等，往往存在基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)不完備或缺失、缺乏完整的科學(xué)依據(jù)和查找耗時長等問題，造成運維效率低、成本偏高、質(zhì)量安全得不到保障。

2.1 設(shè)備信息殘缺斷層導(dǎo)致決策盲目性

設(shè)備信息殘缺主要分為2類原因：一是建設(shè)過程中造成的基礎(chǔ)信息殘缺。由于采用設(shè)計-施工二維交付模式，建設(shè)單位管理力量不足，施工工期和成本的壓力造成竣工圖紙和實體存在差異。同時建設(shè)期間參與單位人員流動大，也是造成竣工資料信息不全的重要原因之一。二是人工錄入造成的信息殘缺。運維期間，數(shù)據(jù)信息由人工進行現(xiàn)場記錄、整理后錄入計算機形成電子版；其中部分以人工記錄的紙質(zhì)文檔進行留存、查閱。而由于管理不規(guī)范造成原始記錄丟失、字跡模糊不清、記錄信息不全等，致使設(shè)備運維信息斷層和不可查等，造成歷史記錄存在一定程度的缺失。

由于缺乏完整有效的科學(xué)數(shù)據(jù)輔助，多數(shù)憑經(jīng)驗或頭腦風(fēng)暴進行盲目的計劃安排，設(shè)備可靠性得不到保障。

2.2 設(shè)備信息更新滯后造成成本增加

各房建設(shè)備管理單位信息化建設(shè)差異較大，沒有統(tǒng)一的房建信息管理平臺。指令傳達、信息溝通沿襲傳統(tǒng)的電話、傳真等溝通方式，統(tǒng)計匯總以人工計算、操控計算機為主。存在基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)不全、更新不及時、可靠性低、傳遞渠道不暢的問題。設(shè)備基礎(chǔ)臺賬的信息每年更新一次，查閱到的信息、統(tǒng)計到的數(shù)據(jù)都比較滯后。由于無法掌握設(shè)備實時技術(shù)狀態(tài)，不能對設(shè)備進行及時、實時精準地維修報修，致使設(shè)備使用壽命大大降低，造成維修成本的增加、浪費。

2.3 設(shè)備信息類型多樣造成工效低下

對于傳統(tǒng)管理模式，由于不同設(shè)備在功能、特征方面存在差異，導(dǎo)致了數(shù)據(jù)存儲的多樣性。在設(shè)備維修管理過程中，不同設(shè)備發(fā)生的故障存在差異性，造成維修記錄病害類型的多樣化，傳統(tǒng)管理手段無法實現(xiàn)對故障差異、類型多樣的信息進行統(tǒng)一管理。由于在維修檢修過程中，需要對不同類型的數(shù)據(jù)進行查閱，而維修查閱歷史記錄繁瑣，不能快速制定安全可行的作業(yè)方案，造成管理效率低下、工作效率降低和維修工期的延長。

3 解決途徑

針對傳統(tǒng)運維管理中存在的文件資料數(shù)據(jù)量大、難于保存和管理、運維監(jiān)督管理難度大、人工化管理效率低和管理層無法及時有效做出信息決策等問題［16］，BIM技術(shù)能夠發(fā)揮自身優(yōu)勢，協(xié)助解決站房設(shè)備在運維管理方面存在的問題與不足。具體問題、解決途徑及預(yù)期效果見圖1。

圖1 站房專業(yè)BIM運維中存在的問題、解決途徑及預(yù)期效果

首先，需要具備全生命周期信息集成的載體，解決設(shè)備信息殘缺斷層問題。BIM模型是承載全生命周期信息的最好載體，因此利用BIM模型的自身優(yōu)勢，在建設(shè)期間，根據(jù)應(yīng)用目標逐步完善BIM模型相關(guān)設(shè)計信息、施工信息和竣工驗收信息，最終形成滿足運維需求的竣工交付模型。運維單位在運維期間將設(shè)備運行狀態(tài)、維修記錄等信息和運維模型掛接，最終形成各設(shè)備全生命周期的完整數(shù)據(jù)信息。在生產(chǎn)管理過程中，可隨時調(diào)用查看需求信息，以輔助管理決策。全生命周期BIM信息模型形成過程見圖2。

圖2 全生命周期BIM信息模型形成過程

其次，通過建設(shè)基于BIM技術(shù)的可視化運維管理系統(tǒng)改變傳統(tǒng)的管理模式?；贐IM技術(shù)的可視化管理系統(tǒng)可以實現(xiàn)如下功能，解決傳統(tǒng)管理模式存在的問題。

（1）通過維修記錄、維修計劃等動態(tài)管理信息與模型的掛接，實時了解并掌握設(shè)備運行技術(shù)狀態(tài)，確保設(shè)備運營安全。

（2）通過對BIM模型全生命周期信息數(shù)據(jù)的集中統(tǒng)一管理，在模型中點擊不同階段的數(shù)據(jù)，對多數(shù)據(jù)信息進行檢索和查看。

（3）實現(xiàn)以基礎(chǔ)技術(shù)臺賬數(shù)據(jù)信息為基礎(chǔ)的房建設(shè)備技術(shù)狀態(tài)信息和設(shè)備數(shù)量變化動態(tài)化管理，實時掌握資產(chǎn)動態(tài)，確保資產(chǎn)使用效益最大化。

（4）通過信息化技術(shù)手段實現(xiàn)安全生產(chǎn)“閉環(huán)式”管理，實現(xiàn)作業(yè)模式的信息化管理。

（5）基于BIM技術(shù)的運維管理，保證了各專業(yè)設(shè)備模型數(shù)據(jù)信息的全面性與真實性。同時，利用三維可視化技術(shù)，體現(xiàn)了BIM在運維管理中的價值，實現(xiàn)不同設(shè)備數(shù)據(jù)信息的集中管理，避免了歷史數(shù)據(jù)的丟失，確保了數(shù)據(jù)信息的來源可靠與有效維護。

4 基于BIM技術(shù)的鐵路站房運維管理系統(tǒng)可行性分析

4.1 具備配套政策和標準

目前，國家、地方和鐵路行業(yè)內(nèi)已基本形成滿足BIM技術(shù)應(yīng)用的配套政策、地方標準、行業(yè)標準和市場環(huán)境。

住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部于2011—2016年分別發(fā)布了《2011—2015年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》（建質(zhì)〔2011〕67號）、《關(guān)于征求關(guān)于推薦BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域應(yīng)用的指導(dǎo)意見（征求意見稿）意見的函》、《關(guān)于推進建筑業(yè)發(fā)展和改革的若干意見》（建市〔2014〕92號）、《關(guān)于推進建筑信息模型應(yīng)用指導(dǎo)意見》（建質(zhì)函〔2015〕159號）、《2016—2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》（建質(zhì)函〔2016〕183號）。

2012年，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部印發(fā)《關(guān)于印發(fā)2012年工程建設(shè)標準規(guī)范制訂修訂計劃的通知》（建標〔2012〕5號），將《建設(shè)工程信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標準》《建筑工程信息模型存儲標準》《建筑工程設(shè)計信息模型交付標準》《建筑工程設(shè)計信息模型分類和編碼標準》《制造工業(yè)工程設(shè)計信息模型應(yīng)用標準》列為國家標準制定項目，其中GB/T 51212—2016《建筑信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標準》于2016年12月發(fā)布，自2017年7月1日起實施。

各省市先后發(fā)布相關(guān)標準，包括北京市DB11/T1069—2014《民用建筑信息模型（BIM）設(shè)計基礎(chǔ)標準》、《上海市建筑信息模型技術(shù)應(yīng)用指南（2015版）》、深圳市SZGWS 2015—BIM—01《BIM實施管理標準（2015版）》、《天津市民用建筑信息模型（BIM）設(shè)計技術(shù)導(dǎo)則》、遼寧省《民用建筑信息模型（BIM）設(shè)計通用標準》、河北省DB13（J）/T 213—2016《建筑信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標準》、《成都市民用建筑信息模型設(shè)計技術(shù)規(guī)定（2016版）》、《浙江省建筑信息模型（BIM）技術(shù)應(yīng)用導(dǎo)則》、《湖南省采用BIM技術(shù)建筑工程方案設(shè)計招標文件示范文本（試行）》、河南省DBJ41/T 201—2018《民用建筑信息模型應(yīng)用標準》等。

2014—2017年，鐵路BIM聯(lián)盟先后正式發(fā)布《鐵路工程實體結(jié)構(gòu)分解指南（1.0版）》《鐵路工程信息模型分類和編碼標準（1.0版）》《鐵路工程信息模型數(shù)據(jù)存儲標準（1.0版）》《鐵路工程信息模型表達標準（1.0版）》《鐵路工程信息模型交付精度標準（1.0版）》等13項行業(yè)標準。

4.2 具備理論和實踐基礎(chǔ)

我國鐵路信息化建設(shè)經(jīng)過30多年的發(fā)展，已取得豐碩成果，形成了較為完善的分專業(yè)信息管理體系，其數(shù)據(jù)是京張鐵路進行所有專業(yè)統(tǒng)一運維管理的基礎(chǔ)；同時，以京張鐵路為試點開展的智能工程系統(tǒng)已初步建成，可實現(xiàn)對運維管理階段業(yè)務(wù)管理的有效支撐。

2013年原中國鐵路總公司立項“基于BIM技術(shù)的鐵路隧道交付標準”“鐵路工程建設(shè)信息化統(tǒng)一數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)標準研究”和“基于BIM技術(shù)的鐵路隧道建設(shè)管理信息化技術(shù)研究”。

2018年10月中國鐵路北京局集團有限公司（簡稱北京局集團公司）發(fā)布了《北京局集團公司信息化建設(shè)實施方案》（京鐵信息〔2018〕469號），對北京局集團公司的信息化建設(shè)做出頂層設(shè)計，其中“基于BIM的房建信息管理平臺”被列為北京局集團公司的2019年重點項目。

4.3 具備明確的業(yè)務(wù)需求

在鐵路信息化總體規(guī)劃的指導(dǎo)下，以科學(xué)管理、安全生產(chǎn)、工效提升、保值增效、節(jié)能環(huán)保、信息共享為主要目的，以生產(chǎn)調(diào)度、作業(yè)安全、工程控制、數(shù)據(jù)分析及設(shè)備技術(shù)狀態(tài)臺賬動態(tài)化管理為重點，構(gòu)建統(tǒng)一的基于BIM的鐵路站房運維管理系統(tǒng)，以實現(xiàn)北京局集團公司集中部署，北京局集團公司、房建段、車間、工區(qū)四級應(yīng)用；充分利用BIM技術(shù)三維可視化、信息集成化的特點，全面深化BIM技術(shù)在鐵路房建領(lǐng)域中的應(yīng)用，實現(xiàn)基于BIM的房建設(shè)備可視化管理。在安全、環(huán)保、節(jié)能和降低成本等方面實現(xiàn)房建專業(yè)各項生產(chǎn)活動全方位、全過程的精細化管理，全面推動房建部門生產(chǎn)作業(yè)的標準化、信息化、智能化建設(shè)［17］。

4.4 具備較為成熟的技術(shù)應(yīng)用

隨著BIM技術(shù)在鐵路工程建設(shè)應(yīng)用中的深入，當(dāng)前鐵路各單位已開展鐵路BIM成段落綜合應(yīng)用研究，實現(xiàn)了BIM模式下多專業(yè)協(xié)同設(shè)計，建立了成段落BIM模型，取得了較為顯著的成效。同時，各類軟件公司也成功自主研發(fā)BIM軟件，為建筑行業(yè)提供本地化的產(chǎn)品與配套技術(shù)服務(wù)。依托于日趨成熟的BIM技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用經(jīng)驗，應(yīng)用于鐵路運維管理階段的BIM技術(shù)也即將實現(xiàn)。

5 應(yīng)用案例

盡管BIM技術(shù)在房建專業(yè)的設(shè)計、施工階段取得了一定的成果，但在運維階段的研究仍需要深入探索。以京張鐵路昌平站為例，對BIM技術(shù)在運維階段產(chǎn)生的效果進行研究總結(jié)。

昌平站位于北京市昌平區(qū)，建筑面積約5 000 m2，包括建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、暖通、電氣等專業(yè)設(shè)備。該項目采用了基于BIM技術(shù)的信息化數(shù)據(jù)管理，主要在以下四方面取得了成果。

5.1 全生命周期數(shù)據(jù)的集成應(yīng)用

建設(shè)期，由于設(shè)計和施工應(yīng)用的目標存在差異，BIM模型的信息參數(shù)非常多，因此，結(jié)合運維單位需求，對BIM模型進行了深化處理，尤其是對BIM模型數(shù)據(jù)進行了清洗。圖3為利用Revit軟件將設(shè)計期空調(diào)末端的屬性信息添加到BIM模型中，進而為運維階段的管理與數(shù)據(jù)查看提供信息資源。

圖3 設(shè)計期添加到BIM模型的設(shè)備信息

5.2 數(shù)據(jù)信息統(tǒng)一管理

基于BIM的運維管理，能夠?qū)⒉煌瑢I(yè)模型的信息數(shù)據(jù)在模型中進行集中展示，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理?；趫D形引擎技術(shù)，暖通、空調(diào)、通風(fēng)系統(tǒng)的BIM模型能夠在同一平臺中集中顯示（見圖4（a）），同時，上述專業(yè)系統(tǒng)的模型信息可在屬性表中集中展示（見圖4（b）），實現(xiàn)了模型與數(shù)據(jù)信息的統(tǒng)一管理，有助于運維管理階段對各專業(yè)模型數(shù)據(jù)信息的查看與調(diào)用。

圖4 不同專業(yè)模型及其數(shù)據(jù)信息的集中展示

5.3 多類型數(shù)據(jù)集中存儲

利用BIM技術(shù)，能夠?qū)⒒谀Ｐ偷臄?shù)據(jù)信息進行統(tǒng)一存儲、集中管理，并且通過點擊模型，可顯示相關(guān)屬性信息，保證與模型相關(guān)的不同類型數(shù)據(jù)能夠在運維管理過程中實現(xiàn)無障礙顯示?；贐IM的平臺不僅可以查看BIM模型，而且能夠顯示模型所依據(jù)的圖紙信息，實現(xiàn)了模型文件、圖紙文件等不同格式的數(shù)據(jù)集中存儲與管理（見圖5），便于后期運維管理人員查看與調(diào)用。

圖5 BIM模型與圖紙信息的集中存儲與查看

5.4 彌補傳統(tǒng)二維信息管理的不足

通過BIM模型，不僅能夠?qū)⒍S圖紙信息轉(zhuǎn)化為三維數(shù)據(jù)信息，而且能夠?qū)⒍S圖紙中表達的信息在三維模型中真實展示，彌補了二維圖紙信息在空間定位方面的欠缺，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的三維直觀可視化效果，進而為虛擬建造與運維提供信息化的產(chǎn)品與服務(wù)。

6 結(jié)束語

美國國家建筑科學(xué)研究所（National Institute of Building Sciences）把BIM定義為：展示設(shè)備物理參數(shù)、功能特征的數(shù)字化信息，創(chuàng)造一種信息共享的資源，提供設(shè)備全生命周期決策的基礎(chǔ)。BIM技術(shù)在站房運維管理應(yīng)用中，已經(jīng)取得了一定的進展與突破。然而，站房全生命周期管理不僅涉及實際維修檢修工作的開展，而且需要信息化技術(shù)的支撐。BIM技術(shù)作為重要的信息化技術(shù)之一，需要參與到設(shè)施設(shè)備全生命周期的管理過程中。因此，下一步計劃是如何實現(xiàn)基于BIM技術(shù)的運維管理，保證實際維修檢修狀況能夠在三維BIM模型中實時展示，并指導(dǎo)運維單位及時發(fā)現(xiàn)和處理問題。