随着我国高速铁路由大规模设计建设阶段逐渐进入运营维护阶段，其对基础设施的安全运营管理及高效养护维修提出更高要求。BIM技术的可视、模拟、协同、连续、集成等特性使其成为实现铁路基础设施智能运维的核心技术之一，因此基于BIM技术的铁路基础设施运维管理平台应运而生。本文将 介绍该平台的总体架构、数据架构、典型应用，以及BIM技术在铁路基础设施运维中的应用前景。

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基于BIM技术的铁路基础设施运维管理平台

        1.1 平台概述

       为实现对铁路工程设计、建设、运营的全生命周期管理，原中国铁路总公司（2018年更名为中国国家铁路集团有限公司，以下统一简称“国铁集团”）研究制定了“以BIM技术为核心，建立统一开放的工程信息化平台和应用”的目标，并构建铁路工程管理平台，在集中+分散的统一云计算、大数据平台上，基于BIM技术标准体系，建立以“一门户、三平台、四维度”为核心的应用体系。目前，该平台已覆盖国铁集团所有在建的近100个铁路项目（如数字郑万、智能京张、绿色京雄、数字福厦、数字牧佳等项目），同时延伸至地方铁路及城市轨道交通领域。

       随着铁路工程管理平台在全路的推广应用，其积累了大量铁路工程建设期的数据。为实现数据从建设期向运营期的无缝传递，以及解决目前铁路运维管理的单专业管理、集成性差、应用单一等问题，中国铁道科学研究院集团有限公司建立了基于BIM技术的铁路基础设施运维管理平台（以下简称“运维平台”），以实现BIM模型静态数据与运维动态数据的交互闭环、多参与方的协同作业，以及设施设备的智能可视化运维、智能数据分析、故障预测和全生命周期管理，提高铁路基础设施运维的服务水平、信息化水平和效率，提升企业的竞争力。

       运维平台在铁路基础设施运维信息模型数据标准及基于BIM技术的铁路运维保障策略支撑下，将建设阶段的各类竣工交付资料及BIM模型移交至运维平台数据中心，实现建设期信息与运营期信息的无缝集成；数据管理中心通过企业服务总线（ESB）数据总线发布各类数据；基于BIM技术的综合维修、工务、电务、供电、房建等专业运维管理系统从数据中心获取设计、建设等阶段的各类信息。其总体架构如下图所示。

运维平台总体架构图

 

       运维平台的数据包括基础数据和业务数据。基础数据是运维平台范围内的共享数据，包含人员、组织机构、工务设备台账、电务设备台账、供电设备台账、房建设备台账，以及已竣工交付的设计期、建设期、联调联试期的静动态数据；业务数据包括检测、监测、生产、运行、原材料、工器具、应急、分析等数据。运维平台数据架构如下图所示。

运维平台数据架构

       1.2 基于BIM技术的综合维修管理系统

       基于BIM 技术的综合维修管理系统以工务、电务、供电设备资产管理为核心，安全生产为主线，对基础设施维修生产流程进行优化，在综合利用动静态检测、监测数据的基础上，通过量化分析，找出设备质量变化趋势，从而辅助编制生产计划，落实“统一天窗安排、统一作业组织、统一机具使用、统一防护管理”的管理要求，实现从检测监测、数据分析、生产调度、现场作业到质量评价的生产信息化闭环管理。基于BIM技术的综合维修管理系统可在三维场景下实现以下功能。

     （1）设备全生命周期管理。该系统可融合BIM+GIS数据、工程建设期数据、联调联试数据，实现工务、电务、供电等设备资产数据从建设期向运营期的平滑过渡，如下图所示。

基于BIM 技术的综合维修管理系统界面

       （2）检测监测数据集成。该系统可共享移动检测、固定监测、静态检查数据，提升对设备缺陷的判识与处理能力。

      （3）专业设备精细化管理。该系统可实现对工务、电务、供电设备单元的量化、可视化分析，提高设备质量状态评估能力。

      （4）生产流程再造与优化。该系统可实现工务、电务、供电专业的联合生产调度，利用三维可视化场景开展应急处置，提高生产管理的效率与安全性。

        1.3 综合检测车车载集成平台

       综合检测车车载集成平台（以下简称“车载平台”） 基于“协同联动、融合分析、一体化集成、多维可视化”的设计原则，围绕综合检测车22个专业的测试和检测数据，采用BIM+GIS数字孪生虚实互动、BIM多源数据匹配传递及升维赋能、时空同步的多图协同联动、基于主题规划的人机交互及三维可视化、多源异构信息的实时或准实时无缝对接等技术，实现组织间（横向）、专业间（纵向）、数据间（端到端）的信息一体化集成，以及跨平台数据的开放共享和互联互通，为实施基于BIM技术的工程建设全生命周期管理奠定基础。车载平台可在三维场景下实现以下功能。

     （1）将铁路工程管理平台中的建设期数据信息（设计和施工日志、检验批、沉降观测、围岩量测、隐蔽工程、一杆一档、一台一档等数据）加载到车载平台的BIM模型中，实现跨平台数据的互联互通。

     （2）通过获取综合检测车的实时运行速度和运行里程，实现BIM模型与综合检测车的实时同步，即“车-模”联动，如下图所示。

“车- 模”联动

      （3）将BIM 模型与各专业的地面测点、超限值、结构物等有机关联，实现线路周边环境的动态展示、重点构筑物的仿真漫游、各专业检测数据及超限值的显示和报警。

        1.4 基于BIM技术的房建运维管理系统

       基于BIM 技术的房建运维管理系统包含BIM应用、生产管理、技术资料、专项管理、安全管理、规章制度等功能模块，以科学管理、安全生产、节能环保、信息共享为主要目的，运用大数据、云计算、BIM、GIS、物联网等技术手段，实现对房建设备检查、维修、大修、更新改造等生产活动在安全、环保、节能、成本等方面的全方位、全过程精细化管理，全面推进房建部门生产作业的标准化、信息化、智能化。基于BIM技术的房建运维管理系统可在三维场景下发挥以下作用。

      （1）提升灾害预警应急水平，辅助运维管理，提高作业效率，从而实现动态管理、故障应急、减员增效、辅助决策的目标。

      （2）实现房建设备的专业管理、信息共享、协同作业、仿真漫游，如下图所示。

基于BIM技术的房建运维管理系统界面

        （3）完善应急响应机制，节能降耗，保障设备正常运行，实现实时监测、系统联动、预警报警的目标。

 

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BIM 技术在运维阶段的应用前景分析

 

       国铁集团组织开展的BIM试点项目主要涉及BIM技术在设计阶段的应用，虽然取得了一定的成果，但并没有把BIM技术的价值完全发挥出来。BIM 技术的最大价值实际是在运维阶段体现出来的。参考BIM技术在建筑领域及城市轨道交通运维阶段的主要应用，即空间管理、资产管理、隐蔽工程管理、应急管理、节能减排管理等，本文对BIM技术在铁路基础设施运维阶段的应用前景分析如下。 

         2.1 基于BIM+GIS技术的全生命周期管理

       通过对设计、建造阶段的数据信息进行分类组织，BIM模型集成了各专业多维度、多层次、多时相的数据资源，形成基于BIM 技术的数据资源库，实现基于BIM技术的数字化竣工交付。同时，BIM模型集成了运维阶段的生产管理、运行检修、物资管理、问题库等数据，整合了铁路基础设施的全生命周期信息。GIS系统为BIM技术的应用提供了宏观地理环境显示、查询分析、位置服务、空间分析等功能。通过将BIM技术与GIS系统深度集成和融合应用，可实现对设施设备的科学化维护及可预见性管理，从而达到对铁路基础设施进行全生命周期管理的目标。

        2.2基于BIM+物联网技术的设备监测和预警

       智能运维的3个阶段是设施设备检测监测、故障诊断和预警、状态评估和寿命预测。其中，设施设备监测检测是基础和前提。将BIM技术与物联网技术结合，通过对铁路基础设施进行全方位检测监测，并完成对监测数据的自动采集、分析、集成管理和三维展示，可实现对设施设备状态的实时远程监控和预警，确保运维现场人、机、设施与模型数据的实时同步，为实现设施设备的状态评估和寿命预测提供基础。BIM 和物联网技术在智能运维中缺一不可，二者的综合应用不仅可实现设施设备的三维可视化管理，而且可赋予其感知力和生命力，将传统的运维方式提升到智能运维的新高度。

        2.3 基于BIM+VR技术的维修作业模拟

       BIM与虚拟现实（VR）技术的结合使用可通过VR技术的三维沉浸式体验弥补BIM模型展现方式的不足，实现从界面到空间的可视化表达效果。维修作业模拟是BIM+VR技术在设施设备维修中的应用，通过将VR技术创建的虚拟维修环境与包含设施设备技术资料和状态参数等数据的BIM 模型相结合，可进行维修设计、维修训练、维修评估、辅助维修、维修指导等的全流程仿真模拟，使运维管理人员可以在一个安全、逼真的环境下学习和操作，突破了传统维修工作在空间和时间上的限制。 

        2.4 BIM+5G技术实现铁路基础设施智能运维

       作为新一代通信技术，5G技术已被各国纳入国家数字化战略优先发展领域。随着核心技术日益成熟、标准体系逐步建立，5G技术正呈现产业链加速布局、应用勃发的态势。5G技术具有高速率、大容量、高可靠性、低时延等优点，可满足多设备连接、快速反应和大流量传输的要求，是建设数字化、智慧铁路的重要技术支撑。2020年7月3日，国铁集团党组召开会议，指出“加快推进新一代信息技术特别是5G、大数据技术在铁路的应用，提高铁路信息化、智能化水平，促进传统产业提质升级”。推进BIM+5G技术在铁路基础设施运维领域的应用，对于抢占新一轮科技制高点、实施中国铁路“走出去”战略具有重要作用。

         2.5 基于BIM技术的铁路基础设施PHM

        故障预测与健康管理（PHM）技术是为满足设施设备自主保障、自主诊断的要求而发展起来的技术，其强调资产设备管理中的状态感知，以及对设施设备健康状况、故障频发区域与周期的监控，通过数据监控与分析，预测故障的发生，从而大幅提高运维效率。目前，该技术已运用于铁路基础设施的运维管理。例如，将PHM管理理念应用于接触网全生命周期管理，可延长设备的使用寿命，降低成本，减少故障的发生；基于BIM技术的大跨度桥梁PHM运维管养系统可实现对设计、施工和运维阶段多源数据信息的采集、上传、关联、存储和分析，为桥梁运营部门提供日常管理和决策服务。而BIM技术与PHM技术的结合将为铁路基础设施的智能运维提供新思路：BIM技术为PHM技术提供可视化手段，为其进行寿命预测及智能决策提供信息支撑；而PHM技术可丰富完善运维阶段的BIM模型信息，发挥BIM模型的价值优势，深化BIM技术应用。

 

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结 语

 

       以BIM技术为核心，利用其集成性特点，对铁路工程项目设计、施工、运维阶段的信息进行全生命周期的集成，便于跨专业、多参与方的协同联动，可突破各专业独立统计分析的局限性，进行跨专业、跨行业的大数据分析，真正挖掘数据价值和生命力，实现对铁路基础设施的主动运维和全生命周期管理。同时，将BIM技术与GIS、物联网、VR、5G、PHM等多种先进技术相结合，形成“BIM+”的集成应用，可实现信息快速查询、设备动态监控、数据智能分析、设备故障预警、健康状态评估等功能，从本质上改变传统的运维模式，为实现铁路基础设施智能运维奠定基础。

 

 

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