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摘  要：铁路通信是铁路工程的重要基础设施，是保障铁路运输安全、提高效率的重要工具。为方便通信维护人员全面掌握设备运维状况，通过直观、多维度的数据信息辅助维护决策，本文以BIM和数字孪生技术为核心，采用RESTful架构风格和组件化设计模式，提出铁路通信实景维护系统总体架构。系统基于iTwin服务，探讨了通信专业运维期模型的构建、模型格式的转换及轻量化展示等问题，构建了BIM实景架构，最终实现铁路通信实体的数字化应用。设计了BIM实景展示、维护管理、应急查询、智能分析等功能模块，将可视化实景、多源数据采集融合与通信专业维护工作相结合，提升铁路通信维护工作的数字化、智能化程度，提高维护效率和维护质量。

关键词：铁路通信；数字孪生；BIM；维护管理；iTwin服务

中图分类号：U282            文献标识码：A          文章编号：

Abstract: Railway Communication is an essential infrastructure of railway, which is an important tool to ensure the safety and improve efficiency of railway transportation. In order to facilitate the communication maintenance personnel to fully be aware of the equipment operation and maintenance status, through intuitive and multi-dimensional information to assist maintenance decision-making, this paper took BIM and digital twin as the core technology, adopted RESTful architecture style and component design mode, and put forward the overall architecture of Railway Communication real scene maintenance system. Based on iTwin service, the system discussed some issues of the operation and maintenance period, about the model construction, conversion and lightweight display, constructed the BIM live architecture, and finally realized the digital application of Railway Communication entity. Additionally, this system designed BIM live display, maintenance management, emergency query, intelligent analysis and other functional modules, and combined visual real scene, multi-source data acquisition and fusion with the professional maintenance of communication, so as to improve the digitalization and intelligence of Railway Communication maintenance, improve the maintenance efficiency and quality.

Key words: railway communication; digital twin; BIM; maintenance management; iTwin service

0 引 言

2013年，中国铁路总公司明确将BIM技术作为铁路工程建设信息化的主要技术发展方向[1]，并为此主导成立了铁路BIM联盟，强调“加快BIM技术的推广和应用，切实抓好建设模型向运维模型的移交和运用[2]，是构建数字铁路的必然选择”。数字孪生（Digital Twin）作为一种充分利用模型、数据、智能算法等多学科的集成技术[3]，可以在虚拟空间再现通信维护工区场景，并通过采集设施设备的实时数据，连接物理世界和数字世界[4]，从而实现对物理实体的理解、分析和优化。

铁路通信维护工作主要包含对通信基础设施、线路、各类通信设备的运用、检修和管理。传统的维护管理模式维护成本高、效率低，已逐渐无法适应随着我国铁路运营里程逐年增长所带来的通信维护需求。加之铁路通信专业系统复杂、集成度高、专业接口众多、与行车安全密切相关，这就对维护质量、维护效率、应急响应速度及职工技能等各个方面都提出了更加严格的要求。

1  现状

我国铁路通信维护管理手段尚处于“信息化”技术应用的发展阶段，数字化、可视化、大数据等技术仍处于探索阶段。铁路通信维护仍然采用定期检修和故障维修的模式，根据铁路通信设备维护规范，按计划、周期性地进行设备检修工作，缺少对设备信息的跟踪和应用，无法实现状态评估、预警等功能，容易出现设备过修、欠修等状况。此外，设备维护质量受作业人员技术水平的影响，易发生漏检、错检等情况。目前，业内使用的通信维护系统只解决了通信维护管理的局部问题，功能较为单一，数字化、智能化程度不高，与用户需求切合不够紧密。

2011年3月，美国空军研究实验室做了题目为“Condition-based Maintenance Plus Structural Integrity (CBM+SI) & the Airframe Digital Twin（基于状态的维护、结构完整性及机身的数字孪生）”的演讲[5]，首次明确提出了数字孪生（Digital Twin）的概念，希望构建战斗机数字孪生体，实现战斗机维护的数字化。紧接着，美国通用电气公司（美国先进制造战略的主要推手），以及德国西门子公司（德国工业4.0的代表企业）将数字孪生技术视为战略级技术储备并开展了相关的课题研究，文献[6]~[8]分别从产品的设计、制造、运维等多个方面，探索和分析了数字孪生技术，将它用作连接物理世界和数字世界的桥梁。随后，中国也开始了对数字孪生技术的研究及应用。文献[4]、[9]分别对数字孪生技术在铁路动车组运维管理、车站运营管理中的需求进行了分析，确定了数字孪生技术在铁路运维工作中应用的可行性及优势。