BIM在接触网工程施工深化设计中的应用研究

2015-02-11李凯

铁路技术创新 2015年6期

■ 李凯

■ 李凯

铁路接触网设计及施工可以归纳为广义的建筑工程，因此有必要借鉴BIM技术在建筑行业内设计与施工过程的成功应用，以提升接触网设计及施工水平。通过对BIM应用的技术、方法、标准和软件进行深入研究，结合我国接触网工程施工特点和实际需求，提出BIM在接触网工程施工深化设计中的应用特点及优势。

接触网；BIM；深化设计；施工

0 引言

当前，BIM技术已成为建设领域信息技术研究和应用的热点，BIM的应用价值已得到政府的高度关注和行业的普遍认可。我国铁路行业在BIM技术的研究和应用上起步较晚，已明显落后于国外发达国家和国内工业与民用建筑行业。推广应用BIM技术是建设数字铁路的必然选择。目前接触网设计采用的传统二维设计方式，容易造成“错、漏、碰、缺”等问题，因此将设计阶段的输出成果结合施工现场的实际情况进行深化设计，将接触网施工精细化到每一个分部、分项工程，甚至具体到每一颗螺钉，真正实现与现场技术、安全、质量管理的紧密衔接，对于强化人、机、料、法、环各要素的控制，提升现场管控水平和确保工程质量、安全，均具有十分现实的意义。

1 传统二维接触网设计存在的不足

接触网系统是一个集成电气、机械和结构等专业的复杂多元混合系统。虽然现阶段已经采用了计算机辅助设计软件来提高设计效率，但是在设计过程中以及最终交付的设计成果均以二维CAD图纸为载体，主要以颜色、图层和线型等抽象信息来表达，用于设计人员之间、设计方和业主方之间、设计方和施工方之间、施工方和业主方之间的交流。然而使用二维手段来表达复杂的系统工程信息并不符合人类的认知和思维习惯，不能充分表达设计意图，容易导致各方人员之间的理解偏差，造成“错、漏、碰、缺”等问题。具体表现在以下几方面：

（1）目前接触网设计未能详细表达出接触网设施安装的外部环境情况。由于二维设计方式本身的局限，很多设计内容采用点、线等图形元素表示较为抽象，没有充分表达出完整的信息。如接触网平面布置的设计是先将站前信息进行放图操作，即把线路、桥梁、涵洞等采用线条或符号进行表示，不能清晰表达出站前设施的详细特征，在接触网施工中可能会出现接触网设施与站前设施碰撞的情况。

（2）零件和设备参数与最终供应商的产品信息不符。接触网设计使用的零部件尺寸和参数均是采用规范中的尺寸或形式，设备则通常采用示例图形进行表达，与施工单位最终的供应商产品信息不一致，会对最终的施工安装造成影响。

（3）接触网设计图纸的设计参数未能涵盖所有的线路情况。比如接触网安装图仅使用了常规的外部线路参数，未能完全涵盖线路的实际情况。仅区分直线和部分曲线半径的情况，侧面限界也仅考虑了标准的侧面限界值等。对于线路情况较复杂，尤其是车站咽喉岔群区，线路条件困难时，可能出现安装图不适用的情况。

2 BIM技术在深化设计中的优势

对于接触网工程施工项目，采用BIM技术进行施工深化设计有着明显的优势及意义。BIM模型是对整个接触网系统设计的一次“预演”，建模的过程同时也是一次全面的“三维校审”过程。在此过程中可发现大量隐藏在设计中的问题，这些问题往往不涉及规范，但跟专业配合紧密相关，或者属于空间上的冲突，在传统的单专业校审过程中很难被发现。与传统二维深化设计对比，BIM技术在深化设计中的优势主要体现在以下几方面。

2.1 三维可视化、精确定位

传统的接触网平面设计成果为平面图，并不直观，接触网设施尤其是接触悬挂只能在工程完工后才能呈现出来；而采用三维可视化的BIM技术可以使工程完工后的状貌在施工前就呈现出来，表达上直观清楚（见图1）。模型均按真实尺度建模，传统表达予以省略的部分均得以展现，从而将一些容易忽略、而实际上却存在的深层次问题暴露出来。

2.2 碰撞检测、合理布局

传统的二维图纸往往不能全面反映个体、各专业、各系统之间的碰撞可能，同时由于二维设计的离散型为不可预见性，也将使设计人员疏漏掉一些安装碰撞的问题。而利用BIM技术可以创建站前专业设施和接触网设施详细模型，利用其碰撞检测的功能，将碰撞点尽早反馈给设计人员，与业主进行及时的协调沟通，在深化设计阶段尽量减少现场的安装冲突和返工现象。这不仅能及时排除项目施工环节中可以遇到的碰撞冲突，显著减少由此产生的施工变更，更大大提高了施工现场的生产效率，降低了由于施工协调造成的成本增长和工期延误的风险。

2.3 设施参数复核计算

由于站前专业的施工误差等因素，可能导致现场实际情况与设计时采用的参数不符，如果直接采用设计图进行订货或加工，可能导致安装尺寸不合适的情况。根据现场实际情况和测量数据创建相关模型，用于复核和优化设施尺寸和安装位置，有助于更准确订货和加工。传统深化设计过程中系统参数复核计算以二维接触网平面图为基础，接触网平面图与最终实际施工安装的现场情况可能存在较大差别，导致计算结果不准确。偏大则会造成建设成本增加，偏小则会造成设施不能正常安装。

3 BIM技术在接触网工程施工深化设计中的应用

接触网工程施工深化设计是指在工程实施过程中对招标图纸或原施工图的补充与完善，使之成为可以现场实施的施工图。接触网工程中安装工程占有较大的比重，安装精度要求高，对站前专业的设施依赖较大。接触网系统内部设施之间的也存在较大的依赖关系，安装误差容易叠加，导致最终的安装精度不满足设计要求。采用BIM技术对接触网系统进行深化设计，将很好地解决这些问题。

3.1 可视化交底

根据设计单位交付的施工图和结合现场实际情况及测量数据，使用BIM三维建模软件创建详细的设施、场地三维模型，将接触网二维图纸设计信息表达出来，同时还可以补齐原始设计中漏掉的设施信息，充分反映现场实际情况。同时一些零部件、设施和设备可以采用厂家提供的参数进行创建，能更准确地表达实际的安装情况。利用三维BIM模型，可以更直观地分析各个设施之间的关系，为后续工作提供基础。支柱位置变更及装配更新见图2。

3.2 精确订货和加工

三维BIM模型是基于现场的实际情况创建，施工单位可以更精确地进行安装尺寸校验。例如，站前单位施工误差导致基础面高程与设计不符，从而影响支柱高度及腕臂的安装精度。利用三维BIM模型，可以方便地分析支柱高度是否满足线材安装条件，对于不满足要求的支柱可以重新计算尺寸，对于需要预留孔的支柱可以计算出更满足实际情况的开孔位置和尺寸。同时BIM模型中的零部件、设施和设备与现场是一一对应的关系，施工单位可以更精确、更便捷地制定材料计划。

3.3 碰撞校验

对于接触网工程，既要避免设施和设备与其他站前设施相互之间的直接安装冲突，还要考虑如绝缘校验之类的“软碰撞”。利用BIM技术能够很方便地进行相关校验。例如，进行桥上补偿装置安装时，可检验补偿坠坨与桥梁防撞墙或声屏障是否有安装冲突。又如，附加导线安装需要进行跨越、跳线时，可以直接测量或利用其他软件校验绝缘距离是否满足。在BIM模型中可以提前发现安装冲突和绝缘距离不符合要求的情况，能够及时优化设计方案，减少调整和返工的情况。补偿坠砣与声屏障碰撞示例见图3。