基于BIM的无砟轨道智能建造维护技术及数据应用方法研究

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近年来,中国铁路在持续提升路网建设规模和建设质量的同时,深入贯彻新发展理念,勇于创新实践,将智能铁路列为重要的发展方向。目前高速铁路普遍采用精度要求高的无砟轨道铺设,由于铁路建造智能化程度不高,过程数据深化应用不够,管理模式以传统建造管理模式为主,在作业过程中存在较大的人工干预等因素造成难以消除的质量安全隐患,因此,需要将无砟轨道铺设与信息技术多领域跨学科结合,实现数据充分集成共享,有效指导施工建造,使其向智能化建造、智能化运维养护转型。本文提出一种基于BIM的无砟轨道智能建造维护技术及数据应用方法,基于BIM技术探索无砟轨道信息数据在不同阶段实时互动共享、建造过程智能管控,自动界定病害维修任务流程、明确重点精准计划维修,促进数据资源赋能铁路发展。本文的主要研究工作和结论如下:(1)研究了基于BIM的无砟轨道全生命周期管理模式与动态交互机制,制定了模型数据结构标准,建立了无砟轨道设计、制造与施工阶段的动态交互方法,在构建的BIM模型数据分类和编码原则下,检验模型信息的无损传递与接收。解析BIM全生命周期动态交互机制和管理模式,在铁路BIM标准基础上扩展了无砟轨道的数据存储(IFC)、编码及分类(IFD)、交付标准(IDM)涉及到的部分内容,与关联专业建立统一数据模型信息和编码的映射规则,实现了模型数据一体化;制定了统一的无砟轨道结构数据接口标准,以轨道信息为核心数据,减少因各专业接口冲突引起的重复工作,提升设计效率;利用轨道板制造检测等智能技术,形成轨道板制造流程、生产工艺的数字化及智能化管控;在扩展的无砟轨道模型数据分类和编码原则基础上,对模型信息的传递与接收应用过程进行检验验证。(2)分析了无砟轨道建造协同的目标要素与基于BIM的建造协同的特点,对无砟轨道BIM建造协同的管理方式与管理技术进行研究,提出基于BIM的无砟轨道在协同设计-建造管理-运营维护的全生命周期管理模式,支撑全过程应用。剖析建造管理的内涵,围绕质量、安全、环保、工期以及成本等管理目标,分析工程建设管理的要素和内容;BIM技术的引入加强了信息沟通的顺畅、真实、及时,保障了管理目标的协同量化;建造协同管理方式依靠标准规范、管理制度、科技创新等支撑工程技术、管理技术、信息技术的综合应用,促进组织协同、过程协同、资源协同,发挥协同管理效应;建立协作共享平台、构建协同流程机制、全生命周期协同作业,是保证无砟轨道稳定可靠、耐久适用、结构状态健康与旅客舒适的重要技术手段;探索从源头开展正向设计应用、针对不同目标要素建造管理应用、利用精准的数据信息制定计划指导线路维修等多方面的业务实践应用。(3)建立了三类无砟轨道维修基础标准字典库,以作业单元综合计分方式对采集且预处理后的动静态病害数据进行转译,考虑作业单元下多因素耦合的生产能力影响,研究基于病害库数据的无砟轨道维修计划制定方法。对无砟轨道的病害情况及对应量化评定分值数据、面向病害情况的维修作业项目、表征维修工作量的工时定额数据进行标准化与初始化的数据库建立,对划分作业单元下的实例病害情况采集传输与数据预处理、里程校正、干扰滤除等,同时将实际病害维修生产能力(天窗时间核算、作业人数核算、机具设备核算)等多因素耦合作为复核条件,对作业单元所包含的各类病害综合计分,在病害详情、对应作业项目、工时定额、作业机具、工程量等多因素综合考虑下,对病害维修优先级排产,制定维修方案,自动生成病害整治维修计划。工单作为维修计划的可视化产物实现流程派发,维修作业人员按病害整治流程执行工单任务;循环执行病害采集与预处理、维修计划自动制定与生成、整治病害闭环管理,直至超限病害状态消除。(4)对无砟轨道信息管理基础平台架构与底层服务能力设计,有序规范平台的基础配置、网络环境、技术逻辑、数据服务、业务能力等,组件化底层逻辑服务中心,应对频繁的数据接收存储和持久化处理,保障平台稳定安全流畅运行。以轨道信息为核心数据,制定保持数据一致性的更新同步规则,为不同阶段之间的数据流转和交互提供可靠支撑;构建多源信息融合的基础平台架构,将总体、逻辑、数据、技术架构进一步设计规划,使基础配置、网络环境、技术逻辑、数据服务、业务能力等有序规范;核心基础服务能力表征系统性能强度,考虑不同角色授权问题的情况下,数据在查阅检索获取等时服务资源共享,基于工作流引擎快速交互流程管理服务,利用消息推送引擎建立多消息并发渠道,减少信息反馈时间;日志统一存转储查用;统一集中的模糊与精准搜索服务提高效率;数据交换中心开放标准与接口;支持感知物联设备链接业务应用。
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