BIM技術(shù)在鐵路信號設(shè)計與施工中的應(yīng)用分析

陳紅霞 鄧麗敏

摘 要：采用傳統(tǒng)二維圖形軟件設(shè)計的鐵路信號圖紙在實際應(yīng)用中容易出現(xiàn)“漏、錯、交叉、碰”等問題，給施工安全帶來隱患、影響工程進度、浪費人力資源。因此，文中首先闡述目前傳統(tǒng)鐵路信號設(shè)計存在的問題和BIM技術(shù)的優(yōu)勢，然后分析BIM技術(shù)在鐵路信號設(shè)計與施工中的應(yīng)用，得出BIM技術(shù)的應(yīng)用可解決傳統(tǒng)鐵路信號設(shè)計和施工中的“錯、漏、交叉”等問題，其利用三維技術(shù)建模，優(yōu)化了設(shè)計、避免了施工中不必要的爭議，降低了安全隱患、提高了工作效率。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);鐵路信號;二維圖形軟件;應(yīng)用設(shè)計;施工;三維立體

中圖分類號：TP14文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2020）10-00-02

0 引 言

我國從20世紀末開始逐漸研究BIM理論和技術(shù)，經(jīng)過十幾年的發(fā)展，BIM技術(shù)在國內(nèi)得到了廣泛的認識，并逐漸應(yīng)用到各行各業(yè)中。2018年，我國推廣BIM技術(shù)在交通類工程中的應(yīng)用，并發(fā)布了《城市軌道交通工程BIM應(yīng)用指南》。目前，北京、上海、廣州、深圳等城市軌道交通項目已開始應(yīng)用BIM技術(shù)，但從應(yīng)用上來看，主要集中在利用BIM技術(shù)進行可視化效果展示、管線綜合設(shè)計等方面，還沒有形成整體化的應(yīng)用。因此BIM技術(shù)在軌道交通行業(yè)的應(yīng)用還處于起步階段。在鐵路信號設(shè)計與施工中的應(yīng)用領(lǐng)域幾乎處于空白，隨著計算機的快速發(fā)展，BIM技術(shù)在鐵路信號專業(yè)的工程設(shè)計和施工必將成為一種趨勢。

1 傳統(tǒng)的鐵路信號設(shè)計與施工存在的問題

目前，鐵路信號工程設(shè)計普遍采用二維設(shè)計的CAD和Visio繪圖軟件，設(shè)計成果主要以平面圖紙和相關(guān)的說明文件為主。這種形式的鐵路信號工程設(shè)計圖紙中沒有體現(xiàn)出鐵路信號設(shè)備限界問題，鐵路信號設(shè)計是否存在設(shè)備侵限的問題，這在二維圖紙中是無法進行體現(xiàn)，只有在施工過程中發(fā)現(xiàn)，一旦發(fā)現(xiàn)就必須重新調(diào)整導致設(shè)計返工。

鐵路信號設(shè)備之間主要通過電纜、光纜等連接，車站和區(qū)間有大量的電纜、光纜鋪設(shè)，工作量非常大，同時也要兼顧隧道和橋梁的電纜管線和站內(nèi)電纜設(shè)計原則、其他專業(yè)電纜等的隔離保護等，這些無法通過二維圖紙來進行解決，需要工作人員現(xiàn)場協(xié)調(diào)和調(diào)整，影響工程進度。

2 BIM技術(shù)應(yīng)用于鐵路信號中的優(yōu)勢

BIM技術(shù)是一種建筑信息仿真模型技術(shù)。采用BIM技術(shù)在布置信號設(shè)備時直觀看到模型與線路的關(guān)系，避免了設(shè)備的侵限問題。在設(shè)計的時候可以會同多專業(yè)協(xié)同設(shè)計，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計過程中的碰撞、遮擋問題。信號設(shè)備之間的碰撞也就是專業(yè)內(nèi)部的問題，專業(yè)內(nèi)部的問題主要考慮信號設(shè)備之間是否存在重疊、因尺寸問題導致的空間不足等;但專業(yè)之間的碰撞問題主要考慮信號設(shè)備與其他專業(yè)設(shè)備之間是否發(fā)生碰撞。上海鐵路局集團公司利用BIM技術(shù)對施工作業(yè)進行模擬計算，提前發(fā)現(xiàn)了100多處碰撞點，有效地避免了事故的發(fā)生。BIM的技術(shù)優(yōu)勢具體體現(xiàn)在以下幾個方面。

2.1 設(shè)計成果可視化

現(xiàn)有鐵路信號工程設(shè)計交付成果主要是二維的信號平面布置圖和雙線圖等，在設(shè)計初期誤差不明顯，由于信號設(shè)備室內(nèi)布置比較繁瑣、室外電纜敷設(shè)強弱電交叉點多，在施工階段就會發(fā)現(xiàn)設(shè)計結(jié)果誤差較多。BIM技術(shù)可以有效地解決傳統(tǒng)設(shè)計帶來的一些問題，有效解決施工中的“交叉、錯、漏”等問題，將設(shè)計以可視化的三維立體模型呈現(xiàn)給施工人員，既可以保證設(shè)計圖的美觀，施工的時候可以直觀地看到模型與線路的位置、角度等之間的關(guān)系，避免了設(shè)備侵限的問題、優(yōu)化了設(shè)計，又可以通過三維處理把施工完成后的整體效果呈現(xiàn)出來。

2.2 布局協(xié)調(diào)合理化

目前，我國鐵路各專業(yè)間協(xié)調(diào)的工作模式還屬于傳統(tǒng)的模式，專業(yè)間的協(xié)同設(shè)計并沒有明確的集成圖紙，專業(yè)間的協(xié)調(diào)仍然是在施工設(shè)計圖紙制作完成之后才開始的。這樣施工階段經(jīng)常會出現(xiàn)專業(yè)之間、系統(tǒng)之間的碰撞和遮擋。比如信號和通信、供電、工務(wù)等多專業(yè)都可能有碰撞和遮擋。利用BIM技術(shù)對施工設(shè)計圖紙建立三維模型，讓各專業(yè)來共同協(xié)作、判斷、發(fā)現(xiàn)設(shè)計過程中的碰撞、遮擋問題。如果圖紙缺乏合理性則可以立即進行修改，保證了最后交付的成果設(shè)計合理性和準確性，確保施工安全和順利進行，減少了設(shè)計返工、降低設(shè)計成本、節(jié)約設(shè)計人員工作量和時間，提高設(shè)計效率，有效避免了施工工期的延誤。

2.3 信息歸檔高效化

鐵路信號設(shè)備雖然結(jié)構(gòu)、尺寸與其他電氣、機電設(shè)備有很多相似的地方，但也有自身的特殊性，同時隨著鐵路信號技術(shù)的快速發(fā)展，鐵路信號工程項目也變得日益復雜，施工標準也越來越高，工程量也不斷增大。如果用傳統(tǒng)的方式進行計算，對人力資源構(gòu)成浪費，效率也會降低，利用BIM技術(shù)進行三維設(shè)計建模，建模導入模型庫，對鐵路信號設(shè)備模型進行參數(shù)化配置，有效地方便了日后的施工和運維管理。同時BIM技術(shù)可以通過信息模型快速構(gòu)建明細表，對工程造價進行準確的預(yù)估，還可以對設(shè)計資料和明細表進行及時的更新，以此提高工作人員的效率，杜絕了人力資源的浪費。

利用BIM技術(shù)制作施工圖紙的應(yīng)用如圖1所示。

3 BIM技術(shù)在鐵路信號的應(yīng)用

鐵路信號系統(tǒng)采用BIM技術(shù)設(shè)計，3D建模是基礎(chǔ)。鐵路信號主要是在土建的基礎(chǔ)上進行各種設(shè)備的安裝和線纜的布置，空間立體結(jié)構(gòu)不是特別明顯，所以鐵路信號主要采用系統(tǒng)分解和實體構(gòu)建相結(jié)合的方式建模。具體分解和建模流程如圖2所示。

3.1 鐵路信號BIM數(shù)據(jù)獲取

鐵路沿線、站場和鐵路信號設(shè)備可視化系統(tǒng)的構(gòu)建需要鐵路沿線建筑物、地形圖數(shù)據(jù)及地面信號設(shè)備的數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)和空間信息數(shù)據(jù)。這些信息數(shù)據(jù)因形態(tài)和屬性等不同獲取方式也不同，一般建筑物數(shù)據(jù)利用激光掃描、影響數(shù)據(jù)和二維數(shù)據(jù)獲取，二維數(shù)據(jù)通過傳統(tǒng)的施工圖紙和數(shù)字地圖獲取精準的信息，可以直接利用二維圖建立三維信息模型。鐵路線路、站場和鐵路信號設(shè)備處于三維空間中，可以通過影像、地形圖和精密測量獲得信息數(shù)據(jù)。為了增強鐵路信號設(shè)備表面的真實感，使得BIM模型更加逼真采用紋理數(shù)據(jù)建模。紋理數(shù)據(jù)的獲取主要通過網(wǎng)絡(luò)圖片、遙感影像、相機拍攝和計算機模擬繪制得到。

3.2 BIM模型構(gòu)建

在進行鐵路信號設(shè)備BIM模型構(gòu)建時，可以利用基于Autodesk公司開發(fā)的Revit建模軟件。Revit軟件是目前使用最廣泛的BIM軟件之一，利用Revit軟件構(gòu)建模型庫，如信號機、表示器、標志牌、應(yīng)答器、轉(zhuǎn)轍機、計軸設(shè)備等常見信號設(shè)備，從而減輕建模工作量，提高建模效率。

Revit軟件建模包括加載建筑模型，布置受力構(gòu)建，選擇有限元分析軟件對模型進行檢查三個步驟，Revit軟件中的數(shù)據(jù)是可以共享的，可以使多個設(shè)計人員在相同的網(wǎng)絡(luò)中共享同一個模型，為設(shè)計人員在結(jié)構(gòu)設(shè)計中提供技術(shù)支撐，具體建模過程如圖3所示。

利用Revit軟件構(gòu)建的結(jié)構(gòu)模型，設(shè)計人員可以通過結(jié)構(gòu)模型對工程項目進行簡單分析，在結(jié)構(gòu)模型中也可以對工程中的數(shù)據(jù)進行修正，根據(jù)設(shè)計的三維模型得到施工用的剖面圖、立體圖和平面圖，自動更新生成視圖和圖紙，完成三維工程圖的制作。

4 結(jié) 語

綜上所述，BIM技術(shù)的應(yīng)用解決了傳統(tǒng)鐵路信號設(shè)計和施工中的“錯、漏、交叉”等問題，利用三維技術(shù)建模，優(yōu)化了設(shè)計、避免了施工中不必要的爭議，降低了安全隱患、提高了工作效率。但現(xiàn)階段BIM技術(shù)主要運用于建筑行業(yè)，適用范圍較小，同時需要獲得從業(yè)資格證書的BIM技術(shù)人員較少，而且還需要相關(guān)軟件的支持。為了促進BIM技術(shù)在鐵路信號設(shè)計與施工中的應(yīng)用，需要從軟件性能提高、從業(yè)人員的素質(zhì)等方面發(fā)展。BIM技術(shù)的在鐵路信號的發(fā)展處于起步階段，還需一定時期的發(fā)展壯大。

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