BIM技术在地铁牵引供电系统设计中的应用

罗青龙

引言

近年来，随着我国城市化进程的推进，城市轨道交通建设进入快速发展阶段。BIM（Building Information Modeling建筑信息模型）作为建筑行业的革命性技术，在建筑工程项目中有较为广泛和成熟的应用，但在城市轨道交通方面应用较少。目前，大部分城市地铁BIM技术的应用主要集中在三维模型的效果展示和综合管线设计等。尤其是在地铁牵引供电系统设计中，仍处于初级阶段，在信息整合、参数化建模和专业协同等方面存在欠缺。因此，亟需建立地铁牵引供电系统三维数字化设计平台和设计方案，全方位实现BIM技术的开发与应用。

1 牵引供电系统的BIM设计平台

1.1 BIM设计平台架构

基于BIM技术的三维数字化设计平台架构如图1所示。

图1 牵引供电系统的BIM设计平台架构

1.2 软件平台

Autodesk公司生产的Revit是当前主流的设计工具之一，在参数化建模方面有着诸多优势。而该公司开发的AutoCAD作为传统的二维设计软件，仍有着其无法替代的功能需要。基于两者建立牵引供电BIM设计平台，通过可视化和参数化建模，形成一套面向牵引供电设计的解决方案。

1.3 设计管理平台

设计管理平台为BIM设计平台的核心部分。在该平台下完成二维、三维设计的建模和成果发布。设计管理平台与中心模型管理平台进行数据交互，通过中心模型管理平台提供的工程模型，对知识库进行调用，在本平台上完成项目设计。

1.4 知识库

基于标准化和规范化建立的电气设备族库、数据库和图库等，构成牵引供电BIM设计平台的知识库。在该设计平台中，通过对知识库的有效管理和信息调用，不仅能实现对电气设备的几何参数进行描述，而且能够对电气设备的属性信息、工程参数、设计约束等方面根据一定的设计规则进行匹配和封装，从而更有效地解决参数驱动和模型驱动的机制问题。

2 BIM设计方案

2.1 电气设计

2.1.1 主接线设计

电气主接线图设计是牵引供电系统设计的基础工作。在AutoCAD软件平台上建立主接线模型，模型中元器件参数从知识库中调用并赋值。主接线元件及参数应尽量全面、丰富，直观反映电气设备之间的联系。

2.1.2 电气设备布置

在电气主接线图的基础上进行电气设备的三维布置，采用Revit平台完成布置工作。电气设备模型通过工艺编码与系统主接线自动关联，实现系统和模型之间逻辑表达和物理表达的一致性，完成二维与三维的联动设计。

电气设备的布置，在满足设计要求的同时，能够进行碰撞检测，避免设备发生硬碰撞（设备与其他实体之间的交叉碰撞）和软碰撞（设备与其他对象之间的有效空间不满足要求）。此外，软件设计平台提供协同式的预埋件布置、孔洞设置方案，通过加载预制的通用图布置方案，使预埋件的布置及孔洞的设置与设备的布置相对应，实现三者空间上的协调统一。

2.1.3 电缆敷设

电缆敷设是电气设计中十分重要的一环。通过电缆联系表的逻辑信息，依托既定的电缆敷设规则，自动进行电缆优化敷设。在具体的实现方式上，根据实际的模型环境，进行电缆支/吊/桥架和电缆沟的自动布置，在此基础上通过电缆的拓扑连接，完成电缆敷设。同时，软件能够自动精确统计电缆长度，根据需要从多视角、多维度展示电缆敷设分布情况。需要说明的是，电缆敷设应与低压配电、通信信号等专业协同设计，特别是在变电所外的电缆敷设，须结合具体路径及管线碰撞检测，实现三维状态下的合理优化设计。

2.1.4 接地设计

通过接地设计工具，动态绘制综合接地网，同时能够自动计算接地电阻、跨步电压、接触电势等，并且能够对相关参数进行校验，完成车站综合接地系统设计。对于变电所接地，通过动态绘制接地干线、支线，以及布置接地母排等，实现供电系统接地设计。

2.2 数据管理与信息联动

2.2.1 数据管理

知识库主要包括设备库、族库、图库等，同时涵盖制图规程及规范样式等内容。对知识库的管理，主要体现在数据的结构分类、数据集成及参数匹配、模型及样式管理等，此外知识库提供对外开放的接口，方便数据的编辑及导入导出，支持个性化定义等。

2.2.2 信息联动

通过软件平台进行二维与三维的数据交互，以数据驱动为核心，实现主接线与电气设备模型之间的关联，保证二维与三维之间的一致性。真正意义达到“一图修改、多图联动”的效果，减少重复操作，提高设计效率和质量。

2.3 多专业间的协同设计

传统设计采用二维设计，各个专业通过在约定的节点互提资料完成配合。虽然这种方式较为成熟，但仍然存在着数据交换不充分、信息互通不健全等问题。对于信息量更大、表达方式更复杂的三维设计，专业间的配合要求也越高。因此，各专业不仅仅是配合，更要协同，即在设计中保持协调、同步，同时做到信息共享和精确配合。

BIM技术充分体现了协同设计的相关理念，包括建筑、结构以及设备等各个专业连接到同一平台中，各工种之间的设计数据得到可视化共享。通过分布式操作和设计权限的分配，不同专业的设计人员在各自的工作集内完成专业内的相关设计，并将数据同步更新到中心模型中，保证成果的实时性及唯一性。该方式避免传统设计中由于各个专业间互提资料、沟通问题造成的数据前后不一致，并实现正确的设计流程管理。

3 存在的问题

Revit作为目前主流的设计工具，有诸多先进的地方。但对于牵引供电系统设计，该软件还不够成熟，目前多集中在碰撞检查等局部的技术应用。在族库内容、绘图辅助、三维模型表达方式上存在一定的欠缺，对二次开发的要求较高。

此外，BIM技术的推广也面临一些自身的问题：①缺乏完整的轨道交通BIM技术标准；②BIM设计对硬件的要求很高；③不同专业软件平台的接口兼容性问题没有很好解决。

4 结束语

通过建立地铁牵引供电系统BIM设计平台，提出了地铁牵引供电系统的三维数字化设计方案。该方案能够实现供电系统设备参数化建模，以及设备与系统间的参数关联和参数驱动，解决了三维建模可视化与协同化的问题，丰富了设计手段和设计深度。随着BIM设计的深入，BIM技术将会在不断迭代中得以改进，未来在设计、施工和运营中将会有更加充分的应用。

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