BIM技術(shù)在京張高鐵電力和電氣化工程施工中的應(yīng)用

劉義勤，郭戈，劉賀江，吳松，孫春暉

（中鐵電氣化局集團(tuán)有限公司，北京 100036）

北京—張家口高速鐵路（簡稱京張高鐵）地處華北地區(qū)的北京市和河北省，線路全長173.96 km，設(shè)計(jì)最高速度350 km/h。在京張高鐵電力和電氣化工程施工中，開展了建筑信息模型（BIM）技術(shù)應(yīng)用，取得了一定成果。

1 BIM模型構(gòu)建

1.1 BIM數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)確定

結(jié)合京張高鐵電力和電氣化工程特點(diǎn)，制定了《京張高鐵電力、電氣化BIM 技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》。項(xiàng)目遵循統(tǒng)一的建模原則與應(yīng)用規(guī)范，確保BIM 模型顆粒度、模型信息、模型命名以及施工BIM 技術(shù)應(yīng)用的完整性和一致性［1-4］。

1.2 BIM幾何模型建立

根據(jù)項(xiàng)目深化設(shè)計(jì)需要，建立電力、電氣化專業(yè)構(gòu)件庫。將構(gòu)件庫與工程設(shè)計(jì)信息進(jìn)行參數(shù)化結(jié)合，形成了程序化、自動(dòng)化的快速建模方法，提高了建模效率和精度，做到全部模型中無重復(fù)、無命名雜亂的構(gòu)件。電力、變電和接觸網(wǎng)專業(yè)的BIM模型見圖1。

1.3 BIM屬性信息完善

以后期運(yùn)維為目標(biāo)，將設(shè)備的廠商信息錄入模型，以模型為載體實(shí)現(xiàn)信息的可追溯式管理。通過以運(yùn)維為目標(biāo)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，在整個(gè)施工過程中將數(shù)據(jù)分為施工應(yīng)用數(shù)據(jù)、施工過程數(shù)據(jù)、運(yùn)維數(shù)據(jù)3類。

2 BIM技術(shù)應(yīng)用

基于BIM 技術(shù)開展設(shè)計(jì)深化、優(yōu)化電纜排布、優(yōu)化大型設(shè)備施工方案、解決接口問題、指導(dǎo)工廠化預(yù)制、驅(qū)動(dòng)自動(dòng)化生產(chǎn)線、輔助施工管理等方面的應(yīng)用實(shí)踐［5-8］。

圖1 BIM模型

2.1 設(shè)計(jì)深化

將新保安牽引變電所4組主變門型架構(gòu)優(yōu)化為支柱絕緣子架構(gòu)（見圖2），連接固定點(diǎn)由40 處減少至12 處，提高了供電可靠性。將變壓器低壓側(cè)電纜支架多排形式優(yōu)化為單排三連桿形式（見圖3），有效控制了電纜進(jìn)出溝的彎曲半徑。

圖2 主變門型架構(gòu)優(yōu)化為支柱絕緣子架構(gòu)

2.2 優(yōu)化電纜排布

圖3 電纜支架多排形式優(yōu)化為單排三連桿形式

京張高鐵全線包含AT所亭、直供所亭等10種不同布置型式，電纜徑路較多。通過BIM 模型進(jìn)行電纜預(yù)敷設(shè)（見圖4），從深化后的模型中導(dǎo)出電纜長度清單，精準(zhǔn)提報(bào)生產(chǎn)計(jì)劃，減少了電纜工藝余量50%。在優(yōu)化電纜路由和敷設(shè)順序后，通過三維模型生成圖紙，在有限空間內(nèi)，一次達(dá)到布放整齊、平順無交叉，提高了施工效率和工藝水平。

2.3 優(yōu)化大型設(shè)備施工方案

黃土店?duì)恳冸娝捎米儭⑴潆姾辖?，面臨室內(nèi)大型設(shè)備安裝空間受限的問題。通過BIM 模型分析凈高及模擬有限空間的設(shè)備布置（見圖5），模擬主變、組合電器大型設(shè)備安裝，制定了最優(yōu)運(yùn)輸、安裝方案，較原方案提高施工效率10%，同時(shí)保障了施工安全和質(zhì)量。

2.4 指導(dǎo)工廠化預(yù)制

圖4 BIM模擬電纜敷設(shè)

圖5 BIM模擬主變壓器進(jìn)所亭大門

通過建立參數(shù)化BIM 模型，指導(dǎo)走線架、電纜防護(hù)管、接地母線、硬母線、軟母線工廠化精準(zhǔn)加工，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場一次安裝到位，工藝整體美觀統(tǒng)一。接地母線、硬母線、軟母線的BIM模型見圖6。

2.5 驅(qū)動(dòng)自動(dòng)化生產(chǎn)線

研發(fā)“腕臂計(jì)算+BIM 三維驗(yàn)證+預(yù)配生產(chǎn)線+工程進(jìn)度三維顯示”的系統(tǒng)管理平臺(tái)，通過建立參數(shù)化接觸網(wǎng)BIM 模型，進(jìn)行腕臂計(jì)算三維模擬驗(yàn)證、驅(qū)動(dòng)預(yù)配自動(dòng)化生產(chǎn)線、存儲(chǔ)預(yù)配和安裝信息。運(yùn)用BIM 技術(shù)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)化生產(chǎn)線工作過程見圖7。整個(gè)生產(chǎn)過程分為3個(gè)步驟：（1）軟件計(jì)算。將現(xiàn)場測量的支柱斜率、側(cè)面限界相關(guān)數(shù)據(jù)，導(dǎo)入腕臂計(jì)算軟件，生成腕臂長度零配件位置等18個(gè)預(yù)配數(shù)據(jù)。（2）模型校核。將預(yù)配數(shù)據(jù)與BIM 模型進(jìn)行空間驗(yàn)證，校核無誤后，將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程發(fā)布至裝配線。（3）遠(yuǎn)程監(jiān)控生產(chǎn)加工。裝配線啟動(dòng)加工，加工完成后預(yù)配數(shù)據(jù)上傳至管理平臺(tái)歸檔存儲(chǔ)，具有可追溯性。腕臂裝配線生產(chǎn)過程可通過遠(yuǎn)程進(jìn)行監(jiān)控，方便應(yīng)急故障處理。

2.6 輔助施工管理

圖6 接地母線、硬母線、軟母線的BIM模型

圖7 運(yùn)用BIM技術(shù)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)化生產(chǎn)線工作過程

運(yùn)用BIM 四電系統(tǒng)集成管理平臺(tái)（見圖8），將采集的各類信息與BIM 模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)掛接，直觀形象展示施工進(jìn)度，指導(dǎo)施工組織，并有快速、實(shí)時(shí)查詢設(shè)備信息功能，實(shí)現(xiàn)了精細(xì)化工程管理［5-7］。BIM四電系統(tǒng)集成管理平臺(tái)主要包括5個(gè)模塊：一是BIM 技術(shù)應(yīng)用，將采集的各類信息與BIM 模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)掛接，直觀展示施工進(jìn)度，快速、實(shí)時(shí)查詢設(shè)備信息功能，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化裝配線與BIM 技術(shù)相結(jié)合；二是應(yīng)用四電設(shè)備系統(tǒng)，通過二維碼采集信息，實(shí)現(xiàn)設(shè)備從出廠—入庫—檢驗(yàn)—出庫—安裝過程的信息化管理，提高了物資管理效率；三是隱蔽工程影像系統(tǒng)，采集工程影像圖片6 400 余張，對隱蔽工程進(jìn)行監(jiān)督管理；四是接觸網(wǎng)“一桿一檔”系統(tǒng)，采集設(shè)備基礎(chǔ)信息，為建維一體化奠定基礎(chǔ)；五是電子工程日志，記錄達(dá)18 000多條，實(shí)現(xiàn)施工過程可追溯。

圖8 四電系統(tǒng)集成BIM管理平臺(tái)主頁面

3 BIM應(yīng)用創(chuàng)新點(diǎn)

3.1 升級(jí)腕臂自動(dòng)化裝配線

依托BIM 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了腕臂裝配技術(shù)的2 次升級(jí)。第1次是從傳統(tǒng)依靠人工裝配腕臂，升級(jí)到依靠機(jī)械來裝配腕臂，實(shí)現(xiàn)了腕臂裝配的自動(dòng)化，第2次是從自動(dòng)化的腕臂裝配技術(shù)，升級(jí)到數(shù)字化、信息化的腕臂裝配技術(shù)。2 次升級(jí)體現(xiàn)了鐵路建設(shè)從手工業(yè)到機(jī)械化、工業(yè)化，再到數(shù)字化、信息化的發(fā)展歷程。

3.2 提升施工管理信息化水平

傳統(tǒng)的施工管理信息化技術(shù)主要是工作表單化、表單電子化，即MIS 技術(shù)；其特征是數(shù)據(jù)庫和表單應(yīng)用?；贐IM+GIS 技術(shù)的四電集成BIM 管理平臺(tái)將電子化的表單與可視化的三維圖形相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)工程信息的所見即所得；其特征是數(shù)字化和虛擬現(xiàn)實(shí)。依托BIM的三維圖形和屬性信息，實(shí)現(xiàn)了施工管理信息化從MIS到GIS、從圖表到虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)提升。

4 結(jié)束語

在京張高鐵電力和電氣化工程施工中，主要實(shí)現(xiàn)BIM 技術(shù)的6 類應(yīng)用和2個(gè)創(chuàng)新。6類應(yīng)用包括設(shè)計(jì)深化、優(yōu)化電纜排布、優(yōu)化大型設(shè)備施工方案、指導(dǎo)工廠化預(yù)制、驅(qū)動(dòng)自動(dòng)化生產(chǎn)線和輔助施工管理；2項(xiàng)創(chuàng)新包括升級(jí)腕臂自動(dòng)化裝配線和提升施工管理信息化水平。通過深入應(yīng)用BIM 技術(shù)，促進(jìn)工程管理創(chuàng)新，助力精品工程實(shí)施，為智能京張的工程建設(shè)提供了有力的技術(shù)支撐。