BIM技術(shù)在鐵路信號(hào)工程中的應(yīng)用

文思揚(yáng)

（中鐵第五勘查設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 北京 102600）

1 引言

鐵路信號(hào)工程中，最終交付的設(shè)計(jì)成果是以圖紙的方式，按二維圖像的形式呈現(xiàn)出來的。即通過符號(hào)、線條、圖標(biāo)等形態(tài)來描述工程設(shè)計(jì)內(nèi)容。這種方法雖然能在直觀感受上使工作人員明白工程的重點(diǎn)，但因?yàn)橛枚S畫面描述三維工程實(shí)際情況的特點(diǎn)，會(huì)使細(xì)節(jié)出現(xiàn)一定的偏差。

隨著科技水平的提高，工程設(shè)計(jì)的方式及采用的工具已經(jīng)有了很大的提升。目前一般使用CAD軟件計(jì)算機(jī)輔助繪圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)人員不用手工繪圖。但因?yàn)槎S畫面描述三維工程實(shí)際情況的缺點(diǎn)始終存在，設(shè)計(jì)圖紙與工程實(shí)際在某些細(xì)節(jié)方面無法相互對(duì)應(yīng)，對(duì)鐵路工程建設(shè)的施工過程造成了一定影響。

例如在鐵路信號(hào)工程建設(shè)中，室外信號(hào)電纜的敷設(shè)就會(huì)存在很多問題。施工人員根據(jù)設(shè)計(jì)人員繪制的電纜徑路圖紙敷設(shè)室外信號(hào)電纜時(shí)，由于圖紙是只標(biāo)注有坐標(biāo)、設(shè)備、電纜的示意圖，無法反映現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)設(shè)備與其他專業(yè)設(shè)備之間的位置關(guān)系和與之相適應(yīng)的線纜徑路，難免會(huì)對(duì)工程數(shù)量的估計(jì)和設(shè)備材料的準(zhǔn)備不足，影響工程建設(shè)周期[1]。

2 BIM 技術(shù)在鐵路信號(hào)工程中的優(yōu)勢(shì)

2.1 模型立體可視化

2.1.1 三維立體模型建立

BIM（Building Information Modeling）建筑信息模型是在建設(shè)工程及設(shè)施生命周期內(nèi)，對(duì)其物理和功能特性進(jìn)行數(shù)字化表達(dá)，并以此設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營的過程和結(jié)果的總稱。此項(xiàng)技術(shù)起源于美國，在建筑領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，其具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性等特點(diǎn)，在鐵路工程領(lǐng)域有著非常廣闊的應(yīng)用前景。

應(yīng)用BIM技術(shù)，首先要建立符合工程應(yīng)用的三維立體模型。鐵路工程涉及專業(yè)眾多，除建筑專業(yè)已具備完備的模型和設(shè)計(jì)平臺(tái)外，其余專業(yè)都需要在設(shè)計(jì)階段重新建模。信號(hào)專業(yè)需要根據(jù)本專業(yè)工程的特點(diǎn)制作模型，涉及種類繁多的設(shè)備材料。室外設(shè)備包括：各類信號(hào)機(jī)、各類轉(zhuǎn)轍機(jī)、各類方向盒、各類終端盒、各類應(yīng)答器、鋼軌絕緣節(jié)、空心線圈、調(diào)諧匹配單元、補(bǔ)償電容、各類設(shè)備基礎(chǔ)和平臺(tái)、各類連接線纜等；室內(nèi)設(shè)備包括：聯(lián)鎖機(jī)柜、監(jiān)測(cè)機(jī)柜、電源屏、三相電源防雷箱、外電網(wǎng)監(jiān)測(cè)箱、移頻柜、綜合柜、組合柜、接口柜、防雷分線柜、軌道柜、各類繼電器、隔離變壓器、各類斷路器、移頻發(fā)送器、移頻檢測(cè)器、采集處理器、各類連接線纜等。

模型需要具備信息完備性，不僅包含廠家、型號(hào)、生產(chǎn)日期、使用說明、重量、體積、壽命等基本信息；還應(yīng)包含如相別、端口號(hào)、端口類型（光、電）、帶寬等端子邏輯信息。

模型具備可視化，滿足幾何尺寸相對(duì)誤差小于1%，同時(shí)滿足《鐵路工程信息模型交付標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)不同工程階段的詳細(xì)要求。

建模時(shí)采集的幾何數(shù)據(jù)，應(yīng)滿足繪制圖紙的精度要求；應(yīng)全面反映零件、設(shè)備、設(shè)施的幾何特性（包括形狀、尺寸、結(jié)構(gòu)等），確保無遺漏、無缺失；最小單元應(yīng)為不可分割的構(gòu)件或零件、材料。幾何數(shù)據(jù)采集的方式，在條件允許時(shí)應(yīng)從設(shè)計(jì)圖紙中采集幾何數(shù)據(jù)；無圖紙時(shí)可采用三維激光掃描技術(shù)，根據(jù)被測(cè)物體的距離遠(yuǎn)近，獲取米級(jí)、厘米級(jí)、毫米級(jí)精度的幾何數(shù)據(jù)。

建模時(shí)示意紋理采用對(duì)象的材質(zhì)、顏色信息。材質(zhì)信息應(yīng)表達(dá)出與采集對(duì)象實(shí)體相同或類似的材質(zhì)。紋理數(shù)據(jù)采集的方式，包括攝影和計(jì)算機(jī)模擬制作。攝影是三維模型中紋理數(shù)據(jù)獲取的主要方式，可為后期模型制作提供真實(shí)有效的紋理；而計(jì)算機(jī)模擬制作紋理可方便、快捷地獲取簡單紋理。

2.1.2 三維成像模式運(yùn)用

信號(hào)專業(yè)在完成本專業(yè)設(shè)備材料建模的基礎(chǔ)上，結(jié)合紙質(zhì)二維施工圖紙的信息，協(xié)同各相關(guān)專業(yè)，在BIM軟件平臺(tái)共同呈現(xiàn)設(shè)計(jì)成果。

整個(gè)工程的設(shè)計(jì)工作需要由各專業(yè)按照科學(xué)的分工依次協(xié)同完成。在這個(gè)過程中，利用BIM技術(shù)的協(xié)調(diào)性，可以輕松解決各專業(yè)設(shè)計(jì)師之間、設(shè)計(jì)師與業(yè)主之間在二維圖紙基礎(chǔ)上難以溝通的問題。

在這個(gè)階段，信號(hào)專業(yè)布置室外信號(hào)設(shè)備和敷設(shè)電纜時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意和站場(chǎng)、路基、橋梁、隧道、軌道、接觸網(wǎng)等專業(yè)接口的細(xì)部設(shè)計(jì)；布置室內(nèi)信號(hào)設(shè)備和線纜時(shí)，應(yīng)注意和建筑、結(jié)構(gòu)、通信、電力等專業(yè)接口的細(xì)部設(shè)計(jì)。

2.2 BIM技術(shù)的應(yīng)用

2.2.1 線路布置設(shè)計(jì)

信號(hào)專業(yè)利用BIM技術(shù)，進(jìn)行室內(nèi)布線設(shè)計(jì)。先由信號(hào)設(shè)計(jì)人員根據(jù)本工程所使用的信號(hào)設(shè)備，向建筑專業(yè)提出本專業(yè)的房屋需求（例如：信號(hào)設(shè)備機(jī)房、繼電器室、電源室、防雷分線室和電纜引入室等信號(hào)設(shè)備房屋的面積、凈空和整體分布），然后由建筑專業(yè)提供滿足要求的信號(hào)設(shè)備房屋的BIM模型，再由信號(hào)設(shè)計(jì)人員根據(jù)《信號(hào)室內(nèi)設(shè)備布置圖》布置室內(nèi)機(jī)柜，并核對(duì)信號(hào)設(shè)備房屋的BIM設(shè)計(jì)模型是否滿足需求。根據(jù)《電源環(huán)線圖》《組合側(cè)面配線圖》和機(jī)柜的擺放位置，以線纜路徑最短為原則，確定各機(jī)柜間電纜走向、電纜槽安裝位置；最后利用各型電纜、各種設(shè)備端子的BIM模型完成布線設(shè)計(jì)。如圖1所示。

圖1 利用BIM技術(shù)繪制信號(hào)室內(nèi)布線

2.2.2 碰撞檢查

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)以二維圖紙為主，由各專業(yè)獨(dú)立開展設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)過程中僅以互提資料的方式進(jìn)行溝通，難以避免各系統(tǒng)、各專業(yè)之間的設(shè)備相互重疊。利用BIM技術(shù)的可視性、可協(xié)調(diào)性有效解決以上碰撞問題，使得各個(gè)設(shè)備之間因?yàn)槎S圖紙的缺點(diǎn)而產(chǎn)生的碰撞、覆蓋現(xiàn)象大大減少，各種設(shè)備之間的穿插設(shè)計(jì)更加直觀簡潔，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量[2]。

信號(hào)專業(yè)做好和各專業(yè)之間接口細(xì)部設(shè)計(jì)的同時(shí)，在以下幾個(gè)方面進(jìn)行碰撞檢查和設(shè)備布置優(yōu)化：

（1）設(shè)備模型之間是否出現(xiàn)重疊的情況；

（2）設(shè)備模型之間的空間是否滿足各專業(yè)規(guī)范要求；

（3）設(shè)備布置是否存在優(yōu)化設(shè)計(jì)的空間，便于之后的施工和運(yùn)營維護(hù)。

2.3 輔助施工

在施工前，施工人員拿到傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)圖紙，再輔助以BIM技術(shù)制作的三維圖紙，能更直觀地了解工程的各個(gè)方面，制定有針對(duì)性的施工方案，從而保證了最終施工成果的質(zhì)量[3]。

利用BIM技術(shù)，根據(jù)工程的規(guī)模、需要采用的工藝，可以進(jìn)行合理的資源配置。在施工前期，對(duì)多方面因素的統(tǒng)籌考慮，大大提升了施工管理水平并有力地控制了施工成本。

BIM技術(shù)的使用，可以在工程建造初期進(jìn)行模擬施工，對(duì)施工工藝達(dá)不到或現(xiàn)場(chǎng)施工困難的情況，預(yù)先與設(shè)計(jì)人員溝通，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，使最終的施工圖紙更加周密。這大大減少了由于設(shè)計(jì)不合理產(chǎn)生的工作量，有效地節(jié)約了工程資源，加快了工程進(jìn)度，使工程的經(jīng)濟(jì)效益得到提高。

3 結(jié)論

時(shí)代繼續(xù)發(fā)展，技術(shù)不斷進(jìn)步。在這樣的背景下，我國對(duì)民生工程的建設(shè)也有了更高的要求，這促使鐵路工程建設(shè)人員需打造出更加高品質(zhì)的鐵路工程。BIM技術(shù)在鐵路信號(hào)工程中的應(yīng)用，可以有效地解決許多傳統(tǒng)技術(shù)無法解決的難題，使鐵路信號(hào)工程擁有更高的建造質(zhì)量?，F(xiàn)階段BIM技術(shù)在鐵路工程中的應(yīng)用還處在起步階段，它的后續(xù)開發(fā)和應(yīng)用還需要鐵路建設(shè)者們不斷努力。只要我們不斷探索耕耘，BIM技術(shù)一定會(huì)促進(jìn)鐵路事業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展。