房建設備運維監管信息系統

站臺、雨棚等的使用狀態直接影響鐵路的運輸安全，站房、附屬物的使用狀態也不同程度的影響鐵路運輸生產和服務質量。因此，對房建設備管理技術要求越來越高，涉及專業也很廣泛。現有管理存在一些問題。鑑於此，房建設備管理迫切需要信息化的手段來提供技術支撐，可以利用GIS-BIM為施工管理提供可視化、信息化的手段。

針對當前車站房建設備類型多、數量龐大、系統複雜、專業互相交叉，傳統的運維管理多以人工方式為主，缺乏系統化、信息化的管理手段的情況，開展基於建築信息模型（BIM）與三維地理信息模型（GIS）的房建設備運維監管信息系統研究。採用快速建模方法構建鐵路車站三維模型，通過基於數據轉換的GIS與BIM融合技術，針對車站進行快速三維建模，並實現模型與臺賬圖紙運維等數據的電子化管理和設備運維的全過程管理。目前，以天津南站、丹陽北站作為試驗車站進行研究，為房建設備信息化、可視化管理提供了參考。

需求分析與設計

需求分析

房建設備運維監管信息系統是以房建設備為管理對象，針對房建設備使用、檢查、維修等業務作業流程，研發適用於現場管理實際的應用功能，主要包括管理信息集成展示、網格可視化、設備檢查、設備維修、大修改造等功能。系統實現了臺賬圖紙等信息的統一集成，並對設備巡視檢查中發現的問題做管理，根據問題是否危及旅客和行車安全、費用等因素來區分是否納入檢修、綜合維修或大修更改。針對綜合維修和大修更改，根據春秋檢的情況，房建段向鐵路局土房處提出申請，待上級批覆同意後進行施工，在施工結束由車間自驗，房建段及鐵路局土房處進行驗收，通過後形成紀要和竣工文件存檔，從而實現閉環管理。

總體架構

數據組織

• 數據範圍。系統所需要的數據包括基礎數據（房建專業和其他專業數據）、非結構化數據（圖紙、圖片、視頻等）、接口數據（外部接入）。
• 建模範圍。三維建模包括車站範圍內所有專業的相關設備設施，主要為房建和其他專業。具體房建專業設備設施數據包括：建築物、構築物、排水設備、電照設備、消防系統、暖通系統等。
• 準備工作。需要準備車站竣工圖紙、其他專業竣工圖紙、建模區域DEM 地形圖、建模區域遙感圖等。

系統總體架構

數據集成與共享

• 數據集成。將收集的臺賬數據通過抽取、轉換、形成規範化的模板數據導入數據庫，並且將圖紙、圖片數據進行編碼等規範化操作錄入數據庫，與臺賬數據進行關聯，實現數據集成。
• 數據共享。通過Oracle數據庫與ArcSDE，利用空間數據庫與屬性數據庫中相同的字段進行關聯，實現空間數據和屬性數據的無縫集成。同時其他系統也可以通過服務調用的形式使用該模型，並獲取車站及附屬設備的空間信息，實現數據共享。

三維建模

• BIM 建模。將竣工圖紙按照建築竣工圖、結構竣工圖、給排水竣工圖、電氣竣工圖、暖通竣工圖、消防竣工圖和其他專業圖紙分類，以這些圖紙為基礎採用主流的BIM 建模軟件，如Revit 繪製標高和軸網，分別按照類別建立車站建築模型、結構模型、構築物、機電設備等模型，建模完成後檢查，有問題返回重新建模，待模型無誤後，貼紋理渲染最後導出模型。
• BIM與GIS轉換。IFC和CityGML分別作為BIM和3D GIS領域通用的數據模型標準。BIM與GIS轉換是將BIM的rvt格式通過一系列操作生成ArcgisPro所要求的格式。

支撐技術

為實現車站設備直觀可視化展示、過程化管理以及業務信息集成共享，需要一些關鍵技術支持，包括設備三維建模技術、多源信息集成技術、網格化管理技術和可視化技術。其中，在三維建模技術中，主要研究解決三維場景搭建、GIS建模、BIM建模等關鍵問題；多源信息集成技術中，主要研究解決設備原始數據採集、數據格式轉換以及設備臺賬、資料參數、病害維修信息的統一、集成展示問題；網格化管理技術中，主要研究解決車站網格劃分規則、網格單元管理流程、運用方式問題；可視化信息系統中，主要研究解決三維場景融合、BIM融合、模型輕量化以及系統功能研製等問題。

功能設計

系統功能設計

• 綜合展示。利用三維GIS和三維BIM技術，將房建設備臺賬、設備圖紙、設備圖片和設備巡檢記錄、設備維修記錄、設備大修記錄等數據進行關聯集成展示。並實現根據不同設備的基本信息以及其他參數實現不同的查詢功能。點擊列表具體的設備可在三維場景中實現定位功能。
• 設備巡檢。實現對設備巡檢的全過程管理，檢查分為日常檢查、定期檢查、春（秋）季檢查、應急檢查、健康監測統一管理，為車站房建巡檢人員提供日常檢查的線路規劃功能，各類設備的到期提醒功能，對檢查過程中發現的病害提供病害登記功能，並建立統一的病害庫。
• 設備維修。包括設備檢修和綜合維修。設備檢修管理是結合設備檢查和用戶報修，對房建設備進行的簡單修理產生的數據進行管理。綜合維修提供對維修計劃、施工管理、維修標準管理、驗收管理以及維修機具的管理等功能。
• 更新改造。提供對房建設備大修週期、大修計劃、大修設計、施工過程、驗收的全過程管理以及維修器具的管理等功能。

系統應用

房建設備運維監管信息系統通過三維建模，發佈車站三維服務。

三維車站預覽

下圖中，在列表中選擇閘機，點擊具體的設備可在三維場景中實現定位並且展示相關信息，包括基本臺賬、設備圖紙、設備圖片、巡檢記錄、維修記錄、大修記錄。

三維車站閘機定位信息預覽

房建設備巡檢是為了解和掌握房建設備使用功能、技術狀態、局部病害進行的現場查勘、檢驗等，通過巡檢人員進行日常檢查、定期檢查、春秋檢發現相關問題，做出記錄，為開展維修大修工作提供依據。設備巡檢依據巡檢週期制定巡檢計劃，同時根據巡檢週期可設置週期提醒功能。不同設備針對不同的檢查內容可設置不同週期。可按照設備、部位、週期等進行查詢。

巡檢週期管理

關鍵技術

BIM與三維GIS可視化融合技術

• 三維GIS技術。採用輕量的WebGL技術實現三維場景和模型的繪製、渲染，客戶端無需任何瀏覽器插件。CityEngine通過CGA規則建立模型的方法，能夠構建模型庫，實現快速調用，而且可以通過制定規則與數字地形圖緊密結合，實現大範圍的批量、高效建模，建出的三維模型優化後體量較小，在三維地圖環境中加載速度更快。GIS 建模適合批量建模、其建模效率高，適合大場景三維模型。
• BIM建模技術。BIM建模軟件建造過程比較精細，可以實現施工前建築物的可視化，可以模擬搭建檢驗模型衝突的地方，同時可以出工程圖，實現工程方案的檢驗和優化。但是建模過程相對複雜，而且不能進行批量建模，一次建模週期較長、效率低，不適合建立大範圍的三維場景。
• BIM+GIS融合技術將BIM的rvt格式通過Revit軟件中的插件轉換為中間格式RVZ，使用ArcGIS中的工具將其轉換為主要提供屬性信息存儲的FeatureClass，導入三維模型導出路線中生成的OBJ文件與屬性文件導出路線生成的屬性文件進行關聯，最終生成含有屬性信息的多面體（Multipatch）文件並儲存在相應數據庫中。這個過程基本由軟件完成，顏色和透明度會保存比較完整，整體效果比較理想。

房建設備系統化模塊建模技術

針對高速鐵路客運站實際特點，為滿足車站建築、空調系統、水暖系統等設備設施在複雜空間位置及其相互關聯關係的直觀展示要求，明確建模範圍，需要準備的資料有車站竣工圖紙、其他專業竣工圖紙、建模區域數字高程模型（DEM）地形圖、建模區域遙感圖等，採用模塊化系統建模，基於GIS+BIM 技術，對外部可見設備以及設備間隱蔽工程進行建模。研究高鐵房建設備的關聯關係，隱蔽工程各系統設備通路的建模方法和一般規律。

海量數據量條件下三維地理信息展示與模型優化技術

車站內設備類型多、數量龐大、系統複雜。針對大數據量模型實時可視化展示問題，本研究將採用與視點相關的適合大數據量三維模型實時繪製的簡單高效的算法，並根據模型的複雜度的不同對三維地理信息數據間隔提取然後渲染，採用抽殼技術和細節層析技術過濾冗餘信息，通過逐次簡化景物的表面細節來減少場景的幾何複雜性，從而提高繪製算法的效率，保留三維模型必要的結構和現實信息等，並對數據進行簡化和壓縮，減少模型瀏覽需要的工作量。保證模型在一定的精度條件下具有較高的壓縮比，從而顯著降低了車站三維地理信息模型的複雜度和計算量；同時有效地簡化三維模型的繪製，提高三維模型實時渲染效率。

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