BIM技術(shù)在鐵路通信信息設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

張延明

摘要：BIM技術(shù)現(xiàn)已廣泛地應(yīng)用到工程的全生命周期中。利用BIM技術(shù)可以為鐵路通信信息設(shè)計(jì)提供諸多好處。文章介紹了鐵路通信信息設(shè)計(jì)基于BIM的模型建立、3D可視化、碰撞檢查、工程量統(tǒng)計(jì)、仿真模擬等具體應(yīng)用，并提出采用統(tǒng)一鐵路IFC數(shù)據(jù)存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)解決鐵路通信信息BIM設(shè)計(jì)面臨的問題。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);鐵路通信信息設(shè)計(jì);IFC標(biāo)準(zhǔn)

引言

當(dāng)今鐵路處于大發(fā)展階段，以調(diào)度指揮智能化、客貨營(yíng)銷社會(huì)化、經(jīng)營(yíng)管理現(xiàn)代化為重點(diǎn)的信息系統(tǒng)和行車自動(dòng)化等高新科學(xué)技術(shù)的需求越來越高。隨著高速和準(zhǔn)高速客運(yùn)專線修建，以及電氣化改造力度加大，使得各種“弱電”設(shè)備處于一個(gè)高度不確定性甚至是十分惡劣的應(yīng)用環(huán)境中。各種電子設(shè)備要在鐵路上生存和發(fā)展，必須重視與環(huán)境互動(dòng)，與其所處的環(huán)境進(jìn)行全方位的信息交換，才能隨時(shí)把握環(huán)境變化的信息，建立一種與周圍環(huán)境融洽的關(guān)系。任何一種實(shí)用技術(shù)與環(huán)境之間是相互聯(lián)系、相互作用的，環(huán)境不僅是通信信息系統(tǒng)建立的基礎(chǔ)，而且是它生存和發(fā)展乃至創(chuàng)新的必要條件，否則便面臨落后淘汰的命運(yùn)。

1BIM技術(shù)的含義及其應(yīng)用

建筑信息模型（BuildingInformationModeling，BIM）以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型基礎(chǔ)，通過數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息，是一種應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)、建設(shè)、管理的數(shù)據(jù)化工具。BIM可為設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)以及包括施工、運(yùn)營(yíng)單位在內(nèi)的各方建設(shè)主體提供協(xié)同工作的基礎(chǔ)，在提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本和縮短工期等方面發(fā)揮重要作用。二維技術(shù)制作的通信信號(hào)室內(nèi)施工圖紙主要是由線段、線條、圖形、符號(hào)等元素組成，對(duì)于施工中線纜橋架的尺寸、安裝位置、線纜路徑的貫通情況、室內(nèi)布線的碰撞情況都難以詳細(xì)明確，施工過程中主要依靠專業(yè)技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)室內(nèi)綜合布線施工。由于施工環(huán)境或技術(shù)人員人為因素，線纜布線經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)“錯(cuò)、漏、交叉”等問題，造成大量返工和電纜材料的浪費(fèi)，影響了整體的工藝美觀效果，不合理的布線也給后續(xù)的運(yùn)營(yíng)維護(hù)埋下隱患。

2BIM技術(shù)在鐵路通信信息設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1模型的建立

BIM模型是由各式各樣的族組成的。族庫類似于二維施工圖中的塊，但是相對(duì)于塊來說，族庫更加真實(shí)的反映了設(shè)備實(shí)體的外觀。族庫的成熟度及豐富化程度直接影響后期模型設(shè)計(jì)的效率和完整性，因此建立完整的通信信息系統(tǒng)族庫模型是完成BIM設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。BIM技術(shù)不僅僅是三維立體模型設(shè)計(jì)，更重要的是在模型建設(shè)的同時(shí)賦予模型不同的參數(shù)信息，例如設(shè)備基本信息、幾何信息、技術(shù)信息、位置信息、環(huán)境要求信息、項(xiàng)目信息、生產(chǎn)信息、資產(chǎn)信息、運(yùn)維信息等，這些信息構(gòu)建了BIM模型的智慧實(shí)體。在鐵路通信信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，參數(shù)化設(shè)計(jì)大大提高了設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確率和效率。由于鐵路通信信息專業(yè)族庫較多，各設(shè)計(jì)階段所用的到的族庫精度各不相同，我們可以建立族庫管理平臺(tái)對(duì)族庫進(jìn)行管理，并對(duì)族庫進(jìn)行完善和標(biāo)準(zhǔn)化。族庫管理平臺(tái)有效的解決了族文件的集中存儲(chǔ)、共享與調(diào)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)族庫文件的規(guī)范化管理。

2.2通信設(shè)備布置BIM設(shè)計(jì)流程

通信專業(yè)充分發(fā)揮出了BIM技術(shù)的多種特性，廣泛涉及到了幾何學(xué)、地理信息等多層面內(nèi)容，基于可視化的方式向工程人員以直觀的形態(tài)展現(xiàn)出來。在整個(gè)通信專業(yè)的構(gòu)成中，諸如室內(nèi)外的通信設(shè)備都可以做出相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，正好滿足了BIM設(shè)計(jì)與出圖的基本要求。尋找到特定的族文件，將其引入到項(xiàng)目文件庫中，便能以直觀化的方式將布置效果展現(xiàn)出來，并且操作人員可以將二維與三維進(jìn)行切換，更便捷地尋找到相關(guān)效果圖，做到真正意義上的所見即所得。在展開通信設(shè)備BIM設(shè)計(jì)時(shí)，所涉及到的環(huán)節(jié)較多，其彼此間需要依據(jù)特定的流程而進(jìn)行，具體為：選擇族樣板→定義原點(diǎn)及參照平面→設(shè)置族類型和基本族參數(shù)→檢查所建族是否合格（名稱、類型、參數(shù)等）→關(guān)聯(lián)材質(zhì)→創(chuàng)建幾何形體→載入通信機(jī)房平面布置的項(xiàng)目文件→調(diào)整通信機(jī)柜在機(jī)房?jī)?nèi)的布置，確認(rèn)布置合理→添加尺寸標(biāo)注及必要的文字標(biāo)注→創(chuàng)建圖紙、布置視圖→制作設(shè)備明細(xì)表。

2.3電磁環(huán)境

隨著鐵路電氣化里程逐年增長(zhǎng)，沿線的電磁環(huán)境也不斷地惡化，各種干擾應(yīng)運(yùn)而生，常見的有：1.接觸網(wǎng)打火。本質(zhì)上是一種高壓脈沖干擾（離散型），其特點(diǎn)是瞬間能量較大，足以擾亂敷設(shè)在鐵路沿線的通信信息系統(tǒng)中的編碼信號(hào)脈沖（約3V），對(duì)本屬于開放電磁場(chǎng)的無線列調(diào)系統(tǒng)，更是不能幸免。2.地電位升高。這在電氣化區(qū)段是一種比較常見且危害較大的干擾，輕則誤碼，重則燒壞設(shè)備（以集成電路和電源模塊居多），甚至經(jīng)常被誤判為雷擊損害或外接電源故障。存在2種情況：①相鄰設(shè)備所接的地線電阻值不相等，當(dāng)機(jī)車通過對(duì)地泄流時(shí)，將直接抬高機(jī)房地排的地電位，使得與此地排相連的設(shè)備地電位升高，導(dǎo)致兩設(shè)備的電氣零點(diǎn)電位不相等，通過設(shè)備構(gòu)成回路放電，形成干擾或損壞設(shè)備;②相鄰機(jī)房設(shè)備的地線間隔一段距離，由機(jī)車運(yùn)行泄流時(shí)差引起的地電位不相等，即所謂的跨步電壓造成的干擾。3.感應(yīng)縱電動(dòng)勢(shì)（危險(xiǎn)電壓）。由于感性耦合和容性耦合作用，使得沿線敷設(shè)的與接觸網(wǎng)平行接近的通信電纜芯線與地之間存在一定的電位差，其特點(diǎn)是沿著通信線長(zhǎng)度縱向分布，并且當(dāng)接觸網(wǎng)中流過的電流越大、通信線與接觸網(wǎng)的平行接近距離越小、接近長(zhǎng)度越長(zhǎng)、且當(dāng)?shù)氐拇蟮貙?dǎo)電率越差，則感應(yīng)縱電動(dòng)勢(shì)越大，并隨電纜長(zhǎng)度的增加和牽引電流的增大而增大，故稱為感應(yīng)縱電動(dòng)勢(shì)。

2.4碰撞檢查

在以往的施工過程中，利用傳統(tǒng)的二維施工圖紙進(jìn)行施工經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)大型設(shè)備布放空間不足，布放效果不美觀，各專業(yè)之間設(shè)備或管線碰撞造成返工的案例。BIM設(shè)計(jì)的可視化、協(xié)調(diào)性在設(shè)計(jì)階段很好的解決了這一類問題。利用BIM設(shè)計(jì)，設(shè)備均以接近實(shí)際尺寸按規(guī)定布放在站場(chǎng)、區(qū)間、站房?jī)?nèi)，相對(duì)于在平面布置圖上布放設(shè)備可以避免現(xiàn)場(chǎng)布放的時(shí)候空間位置不足，設(shè)備的位置、尺寸可以根據(jù)周圍的環(huán)境條件進(jìn)行調(diào)整，保證了美觀。站房?jī)?nèi)各專業(yè)系統(tǒng)管線種類多，材質(zhì)各異，大量管線交叉。除了通信信息系統(tǒng)溝槽管洞外，還有給排水、暖通、電力等專業(yè)管槽，因此，利用二維施工圖不容易找到碰撞點(diǎn)，造成施工過程中許多管線碰撞，需要返工。采用BIM技術(shù)進(jìn)行管線綜合，可以在設(shè)計(jì)階段及時(shí)調(diào)整各專業(yè)管線的尺寸和位置，解決管線碰撞的問題，減少施工返工率。通過建立BIM模型，將設(shè)備機(jī)柜、走線架、線槽等布放在通信信息機(jī)房中，可以直觀檢查機(jī)房?jī)?nèi)空間關(guān)系，有效定位機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備布局，同時(shí)為建筑、結(jié)構(gòu)專業(yè)提供準(zhǔn)確的通信信息機(jī)房面積，避免機(jī)房面積過大或不足的情況發(fā)生。

結(jié)語

當(dāng)前的鐵路發(fā)展正在逐步擺脫二維設(shè)計(jì)的束縛，實(shí)現(xiàn)對(duì)三維設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)變，鐵路工作者也紛紛加大力度展開了對(duì)BIM技術(shù)的研究工作，旨在深化其在鐵路工程中的應(yīng)用水平。在圍繞鐵路試驗(yàn)段展開探討時(shí)，重點(diǎn)圍繞族庫建設(shè)工作展開，經(jīng)過不懈的努力也取得了一定的成果。但需要明確的是，BIM依然無法實(shí)現(xiàn)對(duì)通信系統(tǒng)的全方位設(shè)計(jì)，因此這是今后需要重點(diǎn)努力的方向。

參考文獻(xiàn)

[1]林昌瑞.BIM技術(shù)在鐵路信號(hào)施工中的應(yīng)用[J].工程技術(shù)研究，2018（12）：53-54.

[2]朱超平，白雪，鄭云水.BIM在鐵路信號(hào)運(yùn)維中的應(yīng)用探討[J].鐵道通信信號(hào)，2017（11）：17-19.

[3]車爽.BIM技術(shù)在鐵路信號(hào)工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].鐵路技術(shù)創(chuàng)新，2017（1）：69-71.

[4]蔡寅.鐵路信號(hào)專業(yè)室內(nèi)設(shè)備布置圖設(shè)計(jì)應(yīng)用BIM技術(shù)的研究[J].城市建設(shè)理論研究，2018（18）：179.