用于铁路信号的BIM：激光扫描到3D模型和游戏化

介绍

欧洲列车控制系统（ETCS）铁路信号系统的设计和安装是西门子交通有限公司的一个重要职责领域。作为整体数字化计划的一部分，西门子交通设定了为其主要工作流程开发新解决方案的目标。

本文概述了西门子开发的一个工作流程，从使用激光扫描捕获数字轨迹到创建包含所有相关信号资产的基础设施 3D 模型。该解决方案展示了自动化数据准备流程和界面如何帮助组合不同的数据集，以帮助跨项目团队更轻松、更快速地理解和利用信息。我们还将研究支持不同所需用例的流程：数字轨道捕获、包含所有资产的铁轨 3D 可视化、文档和火车司机模拟。这些流程利用了AutoCAD Civil 3D，InfraWorks，BIM 360 Field，BIM 360文档管理，Forge，Maya和Unity。

欧洲列车控制系统

为了运行高度安全可靠的信号系统，如具有自动列车运行（ATO）的ETCS，需要精确的设计。绝对有必要以非常小的安装公差安装所有资产。

传统工作方式

在项目开始时，已经确定了两个主要的重点领域：铁路轨道的地理表示与信号设计和沿轨道的现场工作。在铁路行业中，有关铁路网络设计的计划通常基于示意图计划，并使用里程。信令设计基于明确的规则;例如，约束定义每个对象需要放置的最大距离。

在示意图平面图上进行设计非常准确，但在现场建造之前需要进行验证，以确保所需的位置允许将对象精确地安装在设计位置。

对于沿铁轨的安装任务，根据法规和指南有明确定义的流程。传统上，其中许多任务都是基于纸张的 - 填写电子表格和表单 - 因此需要后续任务将输入数据传输到另一个系统。

沿着轨道，安装和维护人员在执行工作时依赖于手头的正确信息。将数据存储在许多不同的系统中需要高水平的组织，以确保收集有效执行所需的所有相关数据。将信息存储在不同的系统中使得收集所有相关信息成为一项更耗时的任务。

由于办公室和工作地点之间的距离很远，并且在没有“网络连接”的地区工作，信息传递困难且缓慢。

对于报告，经典方法是在现场工作一周，并在每个团队回到办公室的一周后开始正式报告。因此，几天后，设计办公室就可以获得结果，也许还有某些资产由于冲突而无法安装的信息。之后，下一个设计、工程和安装周期开始。

新征程的开始

新旅程的开始看起来相当整洁，有两个明确的目标：

1） 创建现有铁轨的 3D 模型。
2） 用数字工作流程取代现有的现场活动纸质工作流程。

当我们开始研究这两个工作包时，很明显它还有更多的东西——这在一开始并不明显。

在开发和处理新工作流程时，我们必须解决的一些新主题与应用新工作方式时出现的不可预见的挑战有关。此外，一旦第一个原型变得具体，很明显，其他领域从一开始就应该成为整个解决方案的一部分。

欧特克基础设施

Autodesk InfraWorks 作为可视化 3D 设计和通信平台已被选为 3D 轨道模型创建。它能够以近乎逼真的可视化方式构建覆盖铁路轨道大面积的大型模型。

InfraWorks 模型是通过加载不同的数据集（地形、空中、道路、铁路网络、土地利用等）生成的，以构建现有条件模型作为第一步。接下来，将实际项目或设计数据导入到模型中，以便在上下文中查看它。

模型与导入数据的质量一样好，这是一个简单但重要的事实。

出现的问题和后续任务包括：

• 从哪里获得现有条件模型创建（尤其是地形和天线）的更高质量的数据？
• 如何放置信号数据和铁轨，以及真实世界的坐标？
• 如何创建内容以使用其他项目相关数据（信号箱、站建等）来丰富模型？

BIM 360 现场

对于纸质现场活动的数字化，我们决定实施BIM 360现场。可以创建自定义清单，以包括沿铁轨安装时需要执行的所有相关问题和任务，这有助于以标准化的方式捕获所有信息。一大优点是可以拍照用于文档，用于信息以及校对任务。

在使用BIM 360平台时，BIM 360文档管理解决了为现场执行提供所有必要文档和指南的问题。设置文件夹结构，使其仅允许相关团队成员访问正确的信息，有助于现场团队在需要时获得准确的必要信息。

出现的问题和后续任务包括：

• 如何自动创建清单？
• 如何将现场捕获的数据与其他内部系统连接起来？

解决方案

在开发解决方案时，提出了两个总体要求：

1）引入BIM以避免创建数据孤岛并减少现有数据和信息的返工。
2） 实施数据自动化流程，以避免手动和容易出错的步骤。

移动性管理中的 BIM

创建表示实际环境的现有条件模型的主要驱动因素是减少验证现场条件所需的现场行程次数。通过扫描铁轨，生成代表铁轨沿线当前情况的点云和图像。现在，不仅负责安装信号的团队，而且其他团队也从这些数据中受益，因为他们可以访问这些数据，并以同样的方式通过检查内部最重要的环境信息来减少现场旅行的次数。这是项目期间出现的众多示例之一，展示了共享数据如何帮助多个团队改进其工作流程。

从事大型基础设施项目

主线团队通常从事的项目类型是跨越部分甚至数千公里的整个铁路网络。这导致非常大的数据集需要良好的结构和组织。数据存储和带宽的重要性不容小觑。我们解决方案的一部分是创建点云数据，我们需要确保不仅涵盖数据存储，而且还涵盖扩展项目团队内的数据。

自动化

从一开始，所有任务都在自动化的规定下进行了调查。当然，总是需要手动步骤，但在可能且合理的情况下，已经创建了促进自动化流程的工具。

如上所述，生成3D InfraWorks模型的关键部分是具有良好的输入数据质量。这由基于 Autodesk Civil 3D 的自定义工具相结合，可确保以标准方式高效同步此数据。该工具利用来自不同来源的数据，包括工程数据库、铁轨扫描和其他输入数据，为 3D 模型创建创建标准化基础。

拥有现有轨道的3D模型，包括信号设计，立即提出了是否可以将其用于火车司机模拟过程的问题。由于用于可视化的 3D 模型和用于驾驶员模拟的 3D 模型基于有关模型生成的不同要求，因此已实现单独的工作流程。尽管如此，相同的源数据仍会输入到流程中。内容已使用 Autodesk Maya 建模，游戏化已使用 Unity 生成。

欧特克锻造

Autodesk Forge 是一组 Web 服务 API，可将 Autodesk 产品集成到您的工作流程中，以构建与其他系统的接口。Forge 从 Autodesk 强大的软件库中获取组件，并将其作为基于云的构建块交付，供公司创建自己的新解决方案。Forge 帮助实施自动化流程并构建组合应用程序，从不同系统收集数据。

为了更进一步，将所有数据放在一个平台上后，我们创建了一个应用程序 - 项目信息查看器 - 将来自3D InfraWorks模型的数据和现场现场数据（BIM 360 Field）合并到一个仪表板中。这使用户能够一目了然地看到最相关的信息。在Forge的帮助下，开发了一个查看器，允许在InfraWorks模型中根据BIM 360 Field状态突出显示信号对象，以便可以在上下文中查看。

这表明，共享和重用数据、连接多个系统以及创建由标准化数据自动化流程驱动的接口有助于以更有效的方式利用数据，并减少返工或信息收集流程所花费的时间。

这段旅程肯定还没有到达最终目的地。已经有新的领域可以成为整个解决方案的一部分。

 

Marc-Oliver Böckelken在德国布伦斯维希的Siemens Mobility GmbH担任BIM实施经理。他在铁路信号项目设计和工程工具和流程的实施方面拥有 19 年的经验。2016年底，他开始开发一个在铁路信号项目中使用建筑信息模型的流程。与此同时，他正在西门子交通的全球铁路信号项目中推广这一流程。

Claudia Zeh是德国Autodesk Consulting的高级实施顾问。她在地理空间领域拥有超过 15 年的工作经验，在与 AEC、建筑、铁路行业和公用事业领域的客户合作开发不同类型的基础设施项目方面拥有丰富的经验。凭借她在设计和开发解决方案、数据库管理和需求规范方面的广泛技术背景，她为客户提供有关 BIM 360 和 Autodesk 基础架构产品组合的咨询服务，涵盖工作流评估、自定义和解决方案实施。

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