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基于BIM的铁路工程单元虚拟建造关键技术研究

朱一

朱一. 基于BIM的铁路工程单元虚拟建造关键技术研究[J]. 铁路计算机应用, 2023, 32(10): 32-35. DOI: 10.3969/j.issn.1005-8451.2023.10.07
引用本文: 朱一. 基于BIM的铁路工程单元虚拟建造关键技术研究[J]. 铁路计算机应用, 2023, 32(10): 32-35. DOI: 10.3969/j.issn.1005-8451.2023.10.07
ZHU Yi. Key technologies for virtual construction of railway engineeringunit based on BIM[J]. Railway Computer Application, 2023, 32(10): 32-35. DOI: 10.3969/j.issn.1005-8451.2023.10.07
Citation: ZHU Yi. Key technologies for virtual construction of railway engineeringunit based on BIM[J]. Railway Computer Application, 2023, 32(10): 32-35. DOI: 10.3969/j.issn.1005-8451.2023.10.07

基于BIM的铁路工程单元虚拟建造关键技术研究

基金项目: 中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划(K2018G055)
详细信息
    作者简介:

    朱 一,助理研究员

  • 中图分类号: U21 : TP39

Key technologies for virtual construction of railway engineeringunit based on BIM

  • 摘要: 为提高传统建筑设计和管理的效率,降低工程建造成本,研究基于BIM(Building Information Modeling)的铁路工程单元虚拟建造技术。将铁路工程单元按功能、专业、工项、构件等进行单元划分,通过文档流程引擎、电子沙盘、仿真模拟等关键技术,模拟重点单元施工过程,改进并优化施工流程。研究结果可有效提高实际工程建设效率,为BIM在铁路工程的全面应用提供技术支撑。
    Abstract: In order to improve the efficiency of traditional architectural design and management, and reduce engineering construction costs, this paper studied the virtual construction technology of railway engineering units based on BIM (Building Information Modeling). The paper divided railway engineering units into functional units, specialties, work items, components, etc., and simulated to improve and optimize the construction process through key technologies such as document process engine, electronic sand table, and simulation simulation, the construction process of key units to improve and optimize the construction process. The research results can effectively improve the efficiency of actual engineering construction and provide technical support for the comprehensive application of BIM in railway engineering.
  • 近年来,中国铁路昆明局集团有限公司(简称:昆明局集团公司)加大力度推进软件研发工作,围绕运输组织、客货运服务、安全生产、建设管理和综合管理等各领域工作目标开展软件研发工作,取得了一定成果,包括“昆铁+融媒体服务平台”“基于实货制的货运工作计划精准化研究”“高铁调度应急指挥辅助决策系统”等,在昆明局集团公司的各项业务中发挥了重要支撑作用。但仍然长期处于分散建设阶段[1],在业务应用系统软件研发工作中还存在不足,比如:对信息化、智能化建设方面的研究不够充分;存在信息孤岛,数据壁垒问题;业务与信息系统融合度不高;缺乏信息安全防护手段;信息系统开发成果转化效果不明显;软件开发与网络安全的统筹考虑有待加强等。本文深入分析当前软件开发存在的问题,提出改进建议。

    (1)业务部门、单位片面地站在各自立场规划信息化建设,缺乏全盘考虑。重复软件开发和类似软件开发现象严重,开发资源力量分散,导致大型开发项目难以开展,数据资源不能充分共享,跨专业跨系统存在壁垒;

    (2)对信息技术研究和信息化重点工作没有统筹安排,缺乏对信息技术的科研攻关,以及对信息化重点项目建设的统筹、统一规划;

    (3)没有科学合理地解决信息系统开发与信息安全风险防范协同推进的问题;

    (4)信息化新技术应用还有待提高,大数据技术辅助铁路运输生产、货运营销、客货运服务还存在差距;

    (5)信息系统中的软硬件投资和信息化资产的合理、有效利用不够,需要提升顶层设计能力[2]

    (1)许多领域信息化应用软件开发依赖铁路外公司,委外开发的软件在运维和网络安全方面存在风险,突出表现在委外软件后续的适应性调整、完善性开发受制于委外公司,很多有价值的应用软件因支持不够而停用,给企业造成巨大浪费,也不利于自身队伍的培养和锻炼;

    (2)云平台和大数据技术应用运行环境的信息安全保护能力还需加强,信息设备利用率和可靠性还需进一步提升,还有大量财务人员忙于财务报表制作;

    (3)开发的软件安全防护能力较为薄弱。突出表现在软件程序开发设计阶段缺乏网络安全防护设计,软件开发测试阶段缺少必要的隔离措施,软件应用上线运行前等级保护测评环节把关不够,上线运行阶段未对发现的问题进行及时系统性补强,即软件应用全生命周期管控力度有待加强。

    “数据是企业重要资产,是企业的宝贵财富”的观念已是普遍的共识。软件应用开发依赖高质量数据,数据质量影响着所开发软件的价值。经过多年信息化建设,昆明局集团公司已建成、投产了大量的信息系统,对铁路的生产、运营、营销和辅助决策发挥了重要的支撑作用。伴随着系统的运行,也产生了大量的数据,由于历史原因,各个业务系统的数据由所属部门掌握,甚至有的系统数据由建设厂商掌握,给数据收集工作带来很大困难。此外,为了确保日常系统运行的效率和稳定,许多系统数据保存时长仅为6个月,造成大量的数据丢失。数据收集还遇到系统众多、系统技术和数据格式多样等困难。有些部门对数据保护和数据集中的重要性认识不足,也缺乏相应的数据应用、数据挖掘的意识及经验。

    (1)软件开发项目中,委外开发的软件有些没有办理软件资产移交手续,无法立足自身对委外开发的软件进行完善性二次开发,软件风险管控难;

    (2)组织软件开发的单位缺乏软件开发代码著作权保护的基本常识,尚未建立软件源代码开发标准和相应管理机制;

    (3)因没有软件代码,无法评估网络安全风险。对相关系统产生的数据没有管控,软件部署和施工不易监管,有些一机两网、违规外联的发生就与铁路外公司施工有关。因此,必须提升自主开发能力,实现自主可控。

    以中国铁路集团有限公司(简称:国铁集团)发展战略为指导[1],及时掌握国铁集团的规划和制度,在国铁集团业务管理规范和标准的指导下,信息部门统筹规划,制定统一的系统架构和技术方案,建设符合国铁集团的规范和标准、数据集中管理、统一进行安全防护、满足各业务需求的统一数据服务平台。

    对数据资产和软件应用进行管理和规划,重视大数据服务平台建设和人工智能的研究。基础数据的管理(治理)是实施大数据平台重要且基础的工作[3]。需要各专业部门牵头研究本专业的大数据应用需求,提出业务解决方案。信息部门牵头组织业务部门完成各部门业务数据的汇总、数据集成、数据清洗、数据字典生成、业务数据库建设等工作。

    (1)通过制定相应制度,将各单位的信息开发、设备采购、信息建设、信息安全统筹考虑,统一规划,加强监管[4]

    (2)统筹规划信息化科研课题与信息系统开发项目,将科题研究与上线运行区分开。信息系统设计阶段要重点研究安全防护,开发测试阶段要区分测试环境与生产环境,信息系统上线前要对其进行等级保护测评;

    (3)信息系统所用到的数据,需经数据所属部门审批同意,数据调用接口及标准等技术方案要经信息部门审查,建议除特殊用途以外的新建信息系统尽量上昆明局集团公司云平台(铁信云平台标准的),由信息部门统一解决信息系统运行环境安全问题;

    (4)建立配套管理制度。结合昆明局集团公司自身业务系统管理制度,信息部门牵头制定大数据管理办法,合理规范数据采集、管理、发布、共享等技术规范,明确各业务部门的职责和权限,借助相应的管理软件,完善软件开发代码的管理;

    (5)制定网络安全应急、风险管理、安全测评、运行维护、安全监控等办法和制度,不断优化信息系统应急处理流程,尽可能减少运营损失[5]

    为保障铁路信息系统运行安全和长远发展,使信息体系适应铁路专业化发展,进一步强化打造一流创新型信息化企业的基础,建议加强以下几方面的工作:

    (1)加强基础性研究,既要开展开源基础软件的研究,也要尽量使用国产化软件和信息设备,从信息应用层面做到自主可控。这不仅能降低采购成本,还能解决系统安全性和功能扩展的持续性问题;

    (2)提升信息技术支持和服务能力,组建一支面向各层级、跨专业的信息技术专家服务团队,为各项业务的信息化工作推进提供全方位支持,有效提升信息化的整体水平;

    (3)加强昆明局集团公司云平台和大数据服务平台建设,改善信息资源缺乏统筹利用、分散建设的局面。制定信息系统服务器更新改造计划,完成昆明局集团公司云计算数据中心建设,充分利用大数据、云计算技术优势,满足铁路业务快速发展需要,做到资源按需灵活扩容和回收,实现快速部署,提升信息设备利用率和软件应用的稳定性,提高信息系统的安全性和运维保障能力。

    (1)建立昆明局集团公司大数据平台[6]。信息部门依据国铁集团大数据的实施方案和昆明局集团公司各业务需求,制定昆明局集团公司大数据应用的工作清单与计划,成立专门的大数据应用研发、实施团队。在各业务部门的指导下,信息部门提供技术支持,联合社会专业技术资源,建立起昆明局集团公司大数据服务平台;

    (2)针对各专业实际需求,成立专题研究小组。开展各专业专题大数据应用研究、技术攻关工作。通过实践锻炼,培养大数据、人工智能等方面的人才,建立人才储备。培养既懂铁路业务又懂大数据技术的复合型人才,鼓励各业务部门积极学习和掌握大数据的基础知识,增强对新技术的理解和认知,促进大数据技术在实际工作中广泛应用;

    (3)重点开展大数据和算法研究。信息部门要联合其它部门培养面向各专业的大数据架构师、数据分析师及算法专业人才,成立昆明局集团公司大数据分析专业队伍,鼓励职工积极投身科技创新,促进昆明局集团公司大数据应用落到实处,见到实效。

    (1)通过大数据分析技术运用,提高调度日班计划编制的科学性、合理性和执行精准性;

    (2)为客户提供准确的装卸车时间等优质服务;

    (3)实现车站根据到达重车的品类、包装、车数、车型信息,合理调配卸车货位和装卸劳力机具等运力资源,解决车站卸车紧张问题;

    (4)通过信息技术手段,减少列车编组违编、欠轴、重车越站发生,提高列车调车作业效率,最终实现货运计划精准、高效运作,提升货运品质[7]

    依托铁路数据服务平台,实现旅客发送量分析、客票收入分析、客座能力分析、客票收入率分析、客运发送总量及旅客周转量和客票收入综合分析、节假日客运情况监控、订票方式分析、席别分析、运距分析等功能。最终真正实现客运调度一日一图,确保开车有效益[8]

    依托铁路数据服务平台,汇集铁路各专业固定设备与移动设备的关键质量参数、检修记录、故障记录及动态监测数据,开展专业内部、跨专业设备故障精准研判,做到用“数据说话”,辅助决策,精准维修。

    制定具有开放性、通用性、扩展性的标准,主要包括机房建设标准、信息系统架构和对外接口服务标准等。

    (1)建立软件开发标准体系[9],使软件研发既能充分利用外部的、现有的信息资源,又能运用当下主流技术资源;

    (2)要求参与软件开发的公司必须依照所要求的软件开发标准和架构进行开发,使开发的软件能更好地融入整个铁路体系;

    (3)要求各单位依照铁路软件接口标准开发适合本地区、本单位的应用软件,更好地调动昆明局集团公司各单位的积极性和主动性,整合昆明局集团公司的信息资源。

    调动各部门(单位)资源,发挥各方的积极性,形成合力,积极加强与国铁集团、其它铁路局集团公司之间的信息交流、协作,防止重复开发,借鉴吸收成功经验,积极推进同行业、跨行业、跨企业的外部技术交流与合作,引进外部人才,学习成熟经验技术,发挥各方的优势。与外部公司合作,要注重软件开发合同审查、项目验收、软件代码管理、软件应用上线管理等制度,维护铁路集团公司权益。

    文章深入分析昆明局集团公司软件研发工作的现状及存在的问题,结合个人日常工作经验,提出规划软件开发战略、统筹规划和管理网信安全及软件运维、加快信息系统研发基础性建设、加快推进大数据技术应用工作、加强合作与交流等改进建议,以期能够有助于提升昆明局集团公司软件工作研发能力,使开发的软件更好地满足铁路发展需要。

  • 图  1   铁路工程单元划分示例

    图  2   工程单元虚拟建造技术路线

    图  3   文档流程引擎技术架构

    图  4   研究应用成果展示

  • [1] 吴守荣,李 琪,孙槐园,等. BIM技术在城市轨道交通工程施工管理中的应用与研究[J]. 铁道标准设计,2016,60(11):115-119.
    [2] 王胜军. BIM 4D虚拟建造在施工进度管理中的应用[J]. 人民黄河,2019,41(3):145-149.
    [3] 王孟钧,廖 娜,秦 岭. 城市轨道交通项目BIM+GIS技术集成探索与思考[J]. 科技进步与对策,2018,35(24):102-106.
    [4] 曾 昊,曹 力,赵国强,等. 基于BIM的铁路隧道附属洞室设计研究与应用[J]. 铁路计算机应用,2022,31(12):47-51.
    [5] 彭 涛. 基于. NET6的铁路BIM可视化综合应用系统研究[J]. 铁路计算机应用,2023,32(2):53-57.
    [6] 刘北胜,李 慧,张敬涵,等. 基于铁路工程元数据的设计成果标准化管理与应用[J]. 铁路技术创新,2023,(4):54-62.
    [7] 戴 伟. 基于微服务架构的业务流程引擎设计与实现[D]. 上海:华东师范大学,2022.
    [8] 苏向明,彭贵旭,李民生,等. 三维电子沙盘交互展示应用设计与实现[J]. 地理空间信息,2023,21(4):123-125.
  • 期刊类型引用(4)

    1. 杨文韬,田中雨,张义川,李冰,江欣,赵元帅. 中欧班列运行监测方案研究及验证. 铁道运输与经济. 2024(11): 113-123+131 . 百度学术
    2. 李聪颖. 铁路货物计费径路调整影响探讨. 铁道货运. 2022(02): 46-51 . 百度学术
    3. 周利萍,张璐,刘志新,孙明,李少峰. 铁路重车到达预报与卸车预警系统研究与开发. 铁路计算机应用. 2022(03): 53-59 . 本站查看
    4. 杨文浩,邓桂星,张锐,刘耀宗,马海彬. 车流径路辅助决策系统优化与实践. 铁道货运. 2021(07): 1-8 . 百度学术

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  • 收稿日期:  2023-03-14
  • 刊出日期:  2023-10-30

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