徐奂
中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 浙江杭州 311100
1.引言
近年来，城市轨道交通领域BIM（Building Information Modeling，即建筑信息模型）技术应用得到了快速发展，轨道交通项目BIM应用屡见不鲜。但是目前多数只是局部使用，仅为“翻模”得到用于申报奖项或者满足政策需求的“模型”，无法发挥BIM价值。成都地铁18号线工程BIM设计引入“全生命周期管理”理念，旨在运用BIM技术进行轨道交通工程项目建设的全生命周期管理，研究建立一套系统完整、协调一致的轨道交通工程数字化技术和管理标准体系，推进工程数字化技术在项目设计、施工、运维等各个阶段的应用。
城市轨道交通运维管理包含设备监控、资产管理、维修管理、档案管理、安全管理等内容，涉及车辆、信号、供电、通信、自动售检票系统、通风空调、给排水、环境与设备监控系统、站台门系统等40多个专业，具有管理难度大、需求复杂的特点。所以一直以来，BIM技术在城轨交通运维管理中的应用都是一大难点，目前大多还停留在理论阶段。本次成都地铁18号线工程BIM运维管理平台的研究以BIM平台与城市轨道交通既有的运维系统（以综合监控系统为主）融合应用为切入点，来推进BIM技术在运维中的发展。本文通过分析城市轨道交通综合监控系统的应用现状和运维需求，研究BIM运管平台设计以及与ISCS的融合应用，以探索可以真正满足运维需求的BIM技术路线。
2.ISCS系统发展现状
城市轨道交通综合监控系统（Integrated Supervisory and Control System，简称ISCS）是以现代计算机、网络、自动化和信息技术为基础的大型计算机集成系统，它如同轨道交通的大脑，汇集了地铁自身及地铁周边环境的各种信息，并在对信息进行综合处理后将所得结果通过人机交互界面（HMI）告知调度和值班人员，同时通过预设程序或人工处理方式完成对设备的远程控制，辅助线路的指挥运营。
国内ISCS技术应用开始在2000年左右，经过20年的发展已成为城市轨道交通工程中常用系统之一。ISCS集成/互联了环境与设备监控系统、火灾自动报警系统、供电系统、车辆系统、信号系统、通信系统、自动售检票系统、站台门系统、门禁系统等专业子系统，实现了在统一的集成平台支持下对轨道交通各专业进行监视、控制和管理，并实现各专业系统的信息共享及系统之间的联动控制功能。对保障地铁的正常运行、提高对事件的反应能力和处理速度，保证列车、乘客和工作人员的安全，提升轨道交通的服务质量和综合运营效率都起到了关键作用。
2.1.ISCS系统架构及功能
轨道交通综合监控系统一般按照两级管理、三级控制的管理模式按分层分布式架构设计，包括中央级管理、车站级（含车站、车辆段、停车场）、设备现场就地级三级控制，以及中央级ISCS、车站级ISCS（含车站、车辆段、停车场ISCS）两级ISCS管理模式。综合监控系统由控制中心综合监控系统（CISCS）、车站综合监控系统（SISCS）、车辆基地综合监控系统（DISCS）以及网络管理系统（NMS）、综合维修管理系统（DMS）、培训仿真测试系统（TMS）等组成。这些系统通过综合监控骨干网（MBN）连接，构成全线综合监控系统。
综合监控系统功能可划分为平台通用功能、专业接口功能以及平台子系统功能（包含网络管理系统、综合维修管理系统、培训仿真测试系统）。
1）平台通用功能，包括数据库管理、人机界面（HMI）、状态及告警、控制及优先级、报警管理、趋势、时间表、模式表、联动、用户管理、打印、备份及恢复、筛选及查找、辅助决策、报表等。
2）专业接口功能是指实现ISCS集成/互联各专业子系统，实现对各专业子系统的调度管理、设备监视控制，以及车站/隧道内的环境、灾害、乘客、突发事件等进行远程监视和管理。集成/互联的专业子系统包括：环境与设备监控系统、火灾自动报警系统、供电系统、车辆系统、信号系统、通信系统、自动售检票系统、站台门系统、门禁系统。
3）子系统功能
ISCS通常含有NMS、DMS、TMS三个子系统。网络管理系统（NMS）对ISCS网络设备进行状态进行监控和管理，如网络交换机、服务器、工作站、前置处理器（FEP）等，监视内容包括运行参数（CPU负荷、内存使用、硬盘使用、主机温度等）、网络端口连接状态、主机上运行的进程和服务状态等；综合维修告警系统（DMS）可对综合监控系统的主要监控设备进行集中告警，帮助运营维护人员更方便、更高效地完成维修工作。综合维修管理系统功能主要包括：设备管理，设备报警，设备预警，工单处理和日志管理等；培训仿真测试系统（TMS）利用仿真模拟器模拟对控制操作的响应（如遥控、顺控、联动等操作）和外部子系统的状态变化，达到辅助操作培训的目的。同时，也可用于软件上线前的实验室功能测试。
2.2.ISCS在运维中运用现状
随着我国各城市轨道交通线网规模的扩大，城市轨道交通网络的形成，轨道交通对城市交通的重要性也逐步上升，而轨道交通运维的要求也相应提高，不仅表现在运营时间的延长（停运维保作业时间相应缩短），还对事故、故障、突发事件的应急响应提出了非常高的要求。
目前大多数轨道交通综合监控系统都从SCADA（数据采集与监控系统）发展而来，重在保证远程监控功能的实时性、可靠性，但在应对网络化运营需求方面就差强人意了，例如：
1）ISCS一般采用平面绘图，重在展示设备在车站的大致位置和设备状态，但无法精准定位或在车站建筑三维空间中定位。因而在遇到隐蔽工程、设备管线空间位置、突发事件定位和疏散/救援路线等场景，ISCS往往无法满足数字化运维的需求。
2）ISCS虽然有综合维修告警子系统（DMS），但ISCS设备管理是基于与各子系统的通信点表，缺少对于非智能接口设备或物资的管理工具，缺少关键的设备类资产信息（如设备生产日期、设备说明书、历史维修记录等），无法满足数字化资产管理的运维需求。
3）ISCS主要为线路级应用程序，定位在线路的车站/区间，重在反应地铁车站和线路上设备状态，缺少对沿线周边建筑位置信息、救援力量、救援物资的表达，无法协调或参与周边突发事件的处置，不能融入片区/城市级交通网络的管理中。
3.BIM与ISCS在运维管理中融合应用
BIM技术在轨道交谈中虽经过多年发展应用，但限于目前BIM架构模式、图形引擎性能、模型轻量化研究深度等因素，在轨道交通的设备监控功能、接口功能以及操作的实时性上都有所欠缺。因而本次成都地铁18号线工程BIM运维管理平台研究以BIM运维模型为基础，与地铁现有运营维护系统相融合，通过接口既有的综合监控系统、资产及运营生产管理系统（PMS）获取运维所需数据，实现工程安全监测、工程枢纽建筑物、设备资产、设备运行状态的远程实时在线管理，展示工程三维面貌、台账管理、实现对象的空间定位管理、对象的关系管理、档案的关系管理、移动应用等功能。
3.1.BIM运维管理平台架构
BIM运维管理是“全生命周期管理”中至关重要的部分，本次BIM运管平台便是以实现“全生命周期管理”为目标，在平台架构设计上首先对数据资源进行了整合，包括：
1）BIM建管平台数据
BIM建管平台是基于BIM的轨道交通建设管理平台，采用与BIM运管平台相同的数字化技术和管理标准体系设计，因而BIM运管平台可以继承BIM建管平台建设期移交的数字化文件、档案、图纸、模型、数据等，极大减少了建设期与运维期交接过程中的信息损失。
2）ISCS平台数据
BIM运管平台通过接口综合监控系统（ISCS）、资产及运营生产管理系统（PMS）获取运维所需数据，包括：车站内供电、通风、照明、消防、给排水等设备的运行状态和设备故障信息，站内客流、环境、能耗等信息，站内的视频监控画面等。
3）PMS平台数据
BIM运管平台从资产及运营生产管理系统（PMS）获取资产相关的运维数据进行整合，包括：线路、站点信息，设备、物资信息，巡检及检修管理信息等。
除以上数据外，运管平台集成了地铁保护系统模块，对地铁保护区域进行监测及管理。同时，平台增加了BIM、GIS等原生的业务数据，将平台业务整合为数字化移交系统、档案管理系统、工程应急管理系统、资产管理系统、工程监护管理系统五个子系统模块功能，提供给用户使用。
图1 BIM运管平台架构
3.2.BIM运管平台融合应用
BIM运管平台在完成数据整合后，构建了一套模型精准、信息丰富、平台统一的运管系统，与ISCS的融合开拓了BIM在轨道交通运维管理中的应用场景，并实现了部分ISCS无法完成的功能，例如：
1）设备物资的可视化展示和资产管理
设备、物资等位置以BIM模型为基础精确定位，将设备以图形化方式展现给用户，并可同步查询设备的资产信息（如资产编号、生产日期、生产厂家、相关图纸等）、设备状态信息（可通过图形或设备属性框显示），将设备监控与资产管理融合到一个统一的平台。此外，BIM运管平台还提供了基于可视化模型的虚拟巡检、巡更管理、维保管理、档案管理等功能模块。
2）紧急事件的可视化展示和应急管理
BIM运管平台可对发生的紧急事件位置进行精确展示，并以报警动画的形式反映事件类型和影响范围。同时，平台还提供路径规划、应急资源展示等功能辅助调度值班管理人员完成决策，开展疏散、救援、事件上报等。
图2 火灾报警和疏散路径规划
3）地铁保护巡查管理
结合GIS和倾斜摄影技术，在进行高精度定位和坐标转换后，展示车站、区间及附属结构等标注结构及保护区范围红线图和巡查路线，并标记受控项目、主控（违规）项目、已签订安全协议项目的项目位置，同时支持将项目信息、监督日志、现场图片等录入系统并保存，方便用户进行查询使用。
图3 地铁保护巡查倾斜摄影和GIS地图
4）移动终端电子巡检管理
BIM运管平台同时支持移动客户端的BIM模型展示，巡检人员持移动端通过RFID、二维码扫描等技术，获取BIM系统定位，将巡检信息及设备故障位置信息录入系统，并可在系统中创建检修工单，帮助用户方便快捷地完成巡检、检修任务。
4.结语
本次成都地铁18号线工程BIM运管平台研究中，通过将BIM技术与ISCS、PMS等地铁现有运营维护系统相融合，在一个集成的平台上实现资产管理、设备工作状态、备件库存状态、视频监控和周边工程监护管理等功能，尝试了在三维平台上实现轨道交通工程运营期间静态和动态的信息管理的智能化，并取得了较大的进展。BIM技术在运维管理中的应用具有极大的优势，BIM技术在城市轨道交通运维管理中应用的不断推广和深入是必然的发展趋势，但因目前技术水平和研究深度限制，无法完全取代轨道交通中既有的运维管理系统，与ISCS及其他运维系统融合发展、功能互补，不断突破新场景的应用、满足运维发展需求，则是BIM技术在轨道交通运维领域推广应用的一条有效途径。