BIM技术在房屋建筑工程领域应用效果良好，在桥梁、隧道、地铁等领域也有项目尝试，但铁路通信信号设备管理领域几乎处于空白状态。研究探索BIM技术在铁路信号设备数据管理中的应用，可实现铁路信号设备数据管理的可视化、智能化与高效化目标。

铁路信号设备是保证机车车辆行车与调车作业的重要设备，随着铁路信号技术的发展，铁路信号成为提高铁路区间和车站通过能力的重要技术。

信号是指挥火车的命令，也是告诫安全的警语

早期的铁路信号设备十分简陋。1825年，世界上第1列列车在英国运行时，由人持信号旗骑马引导列车前进。

1832年，美国纽卡斯尔—法兰西堂铁路线上开始使用球形固定信号装置。

建国后，我国陆续在各铁路线上配置自动闭塞、集中联锁、调度集中控制等设备。上世纪70年代，北京地铁成功地装设了行车自动指挥和列车自动控制系统。

北京地铁自动指挥中心

铁路信号设备存在的问题

• 专业间设计协同性差，沟通效率低
• 施工单位理解各专业二维设计难度大
• 维护检修管理制度执行有漏洞
• 信号设备维护新人学习途径不畅

BIM应用意义

设备显示可视化

系统化构建铁路信号设备BIM模型，可720°无死角查看设备细部构造，避免安装位置偏差。

系统化管理设备履历信息

全面布设设备的厂家、安装日期、更换频率等信息，维修人员扫描二维码即可获得历史信息。

检修计划制定自动化，维修信息发布智能化

提前优化自动安排检修计划，定向对工作人员发短信提醒。

动态跟踪记录反馈故障信息

发现故障迅速记录并上传，建立 “病历”，以便查询。

铁路信号设备资料管理信息化

设备资料与BIM模型关联存储，以便后期查看。

BIM系统开发需求

设计企业

• 设计缺陷问题的及时发现或预防
• 铁路设计项目的事情风险和效益评估
• 设计与业主之间沟通顺畅，扩大设计业务服务范围与深度

施工企业

• 运用BIM系统简单快捷理解设计意图
• 合理布置施工场地和设备
• 加强各专业之间的协调

铁路运营管理单位

电务段调度中心

• 快速浏览站场、轨枕结构、地形地貌、信号设备仪器
• 精确定位信号设备平面布置位置
• 快捷显示并合理选择现场抢修路径
• 及时调用查看详细安装图纸与施工方案资料

电务段技术科

• 可视化查看铁路信号设备信息
• 智能化下达、调整与批准计划
• 定时定向提醒计划执行
• 快捷调用、查看、修正与打印施工图与施工方案

检修车间

• 定向检查并统计工区已完工作量
• 定向向工人发布临时紧急检修任务信息
• 定向向设备负责人开放权限进行台账信息的查询

检修工区

• 指定检修工作任务单
• 进行设备的精确定位
• 快速准确浏览特定信号设备信息及其台账
• 记录、上传并统计已完与未完成的维修任务
• 及时上传维修过程照片与维修任务工单
• 快捷调用、查看、修正与打印施工图与施工方案等资料

可行性分析

社会可行性分析

• 相关设计、施工及运营管理单位有大量功能性需求
• 减轻管理压力，符合社会需要。

经济可行性分析

• 主要成本为智力成本及硬件投入，相对成本不高，经济上可行。

技术可行性分析

• 采用C#语言开发、SQL Server 2010为数据库来源、VS2010进行系统设计、C/S进行软件系统架构，技术上非常成熟。

数据获取

激光扫描数据

采用机载、车载及地面激光扫描系统。

这3种方式能很好获取室外数据，但对于室内或结构内部难以获取。

影像数据

获取途径有卫星、航测和航拍。通过遥感影像技术可以实现LOD粗模构建。

二维数据

从施工图纸和数字地图获取精准的信息。可直接翻模建立三维信息模型或结合影像数据粗模进一步细化。

BIM模型构建

地质BIM模型构建

地质模型构建时将处理完毕的不同层级地质模型及该区域所存在的断层信息整合为一体，形成地质模型。

不同层级地质BIM模型

整体地质BIM模型

铁路线路BIM模型构建

铁路信号设备一般安装在轨枕结构旁，铁路线路空间线形复杂，点位变化多。运用Catia构建异形轨枕结构BIM模型，采用“主线骨架加构件安装”的理念实现复杂线形铁路轨道结构的三维建模。

轨枕结构钢筋、轨道板及钢轨BIM模型

轨枕结构整体BIM模型

铁路信号设备BIM模型构建

Inventor软件可采用iPart 技术生成智能零件库，生动快速地表现铁路信号设备信息模型，极大提高建模效率。结合Inventor 软件的特点，在铁路信号设备BIM模型构建过程中采用Inventor是科学合理的选择，采用Inventor建立的铁路信号设备——应答器。

应答器BIM模型

功能模块开发

可视化管理平台功能模块

将不同BIM软件建立的地质模型、轨枕结构模型、信号设备模型整合在一个系统管理平台中，进行数据的存储、调用与查看。

信号数据可视化管理系统平台

距离测量功能模块

通过严格定位故障点，将点位坐标输入BIM软件管理系统平台，根据已经严格按空间位置关系建立的整体轨道线路BIM模型系统，快速定位各维修车间与故障检修之间的距离，及时向故障点调用检修材料、设备与人员。且可快速测量出抵达检修点的最短距离。

BIM系统的测距功能

计划与任务功能模块

实现计划制定与检修任务下达，包括：派工单管理、临时任务下达、维修项目管理、维修计划管理、完成计划管理。

台账管理功能模块

包括设备、器材字典以及设备器材台账。设备、器材字典是指对铁路信号设备进行标准化分类，通过添加、修改与删除命令进行设备的属性管理，并直接与车站安装的信号设备属性关联。

BIM系统计划及任务管理功能

BIM系统计划管理界面

统计查询功能模块

输入设备信息、工点信息、设备名称信息即可查出设备及故障查询，并进行统计。该功能模块具备关键词索引等快捷智能的查询功能。

BIM系统可以实现直接定位到所需查询应答器设备的精准位置，并可获取该设备的详细属性信息。

应答器设备详细属性信息展示界面

数据维护功能模块

数据维护功能模块由BIM模型关联、设备添加以及资料信息子功能模块构成。其中资料信息子功能模块可以实现资料浏览、上传与分类管理，也可输入关键字进行索引查询，以便快速精确查找所需资料。

施工图资料管理界面

开发基于BIM技术的铁路信号设备数据管理软件平台，实现立体、可视、协同、高效的信息化管理，可规范管理流程、提高工作效率、降低成本。

该铁路信号设备BIM系统平台研究成果已被成功运用到哈尔滨—大连高铁。下一步将进行铁路信号设备施工管理BIM系统与车载信号BIM系统开发，并考虑增加自动报警功能以及手持终端自动录入功能。