BIM技术在京张高铁电力和电气化工程施工中的应用

刘义勤，郭戈，刘贺江，吴松，孙春晖

（中铁电气化局集团有限公司，北京 100036）

北京—张家口高速铁路（简称京张高铁）地处华北地区的北京市和河北省，线路全长173.96 km，设计最高速度350 km/h。在京张高铁电力和电气化工程施工中，开展了建筑信息模型（BIM）技术应用，取得了一定成果。

1 BIM模型构建

1.1 BIM数据标准确定

结合京张高铁电力和电气化工程特点，制定了《京张高铁电力、电气化BIM 技术应用标准》。项目遵循统一的建模原则与应用规范，确保BIM 模型颗粒度、模型信息、模型命名以及施工BIM 技术应用的完整性和一致性［1-4］。

1.2 BIM几何模型建立

根据项目深化设计需要，建立电力、电气化专业构件库。将构件库与工程设计信息进行参数化结合，形成了程序化、自动化的快速建模方法，提高了建模效率和精度，做到全部模型中无重复、无命名杂乱的构件。电力、变电和接触网专业的BIM模型见图1。

1.3 BIM属性信息完善

以后期运维为目标，将设备的厂商信息录入模型，以模型为载体实现信息的可追溯式管理。通过以运维为目标的数据标准，在整个施工过程中将数据分为施工应用数据、施工过程数据、运维数据3类。

2 BIM技术应用

基于BIM 技术开展设计深化、优化电缆排布、优化大型设备施工方案、解决接口问题、指导工厂化预制、驱动自动化生产线、辅助施工管理等方面的应用实践［5-8］。

图1 BIM模型

2.1 设计深化

将新保安牵引变电所4组主变门型架构优化为支柱绝缘子架构（见图2），连接固定点由40 处减少至12 处，提高了供电可靠性。将变压器低压侧电缆支架多排形式优化为单排三连杆形式（见图3），有效控制了电缆进出沟的弯曲半径。

图2 主变门型架构优化为支柱绝缘子架构

2.2 优化电缆排布

图3 电缆支架多排形式优化为单排三连杆形式

京张高铁全线包含AT所亭、直供所亭等10种不同布置型式，电缆径路较多。通过BIM 模型进行电缆预敷设（见图4），从深化后的模型中导出电缆长度清单，精准提报生产计划，减少了电缆工艺余量50%。在优化电缆路由和敷设顺序后，通过三维模型生成图纸，在有限空间内，一次达到布放整齐、平顺无交叉，提高了施工效率和工艺水平。

2.3 优化大型设备施工方案

黄土店牵引变电所采用变、配电合建，面临室内大型设备安装空间受限的问题。通过BIM 模型分析净高及模拟有限空间的设备布置（见图5），模拟主变、组合电器大型设备安装，制定了最优运输、安装方案，较原方案提高施工效率10%，同时保障了施工安全和质量。

2.4 指导工厂化预制

图4 BIM模拟电缆敷设

图5 BIM模拟主变压器进所亭大门

通过建立参数化BIM 模型，指导走线架、电缆防护管、接地母线、硬母线、软母线工厂化精准加工，实现现场一次安装到位，工艺整体美观统一。接地母线、硬母线、软母线的BIM模型见图6。

2.5 驱动自动化生产线

研发“腕臂计算+BIM 三维验证+预配生产线+工程进度三维显示”的系统管理平台，通过建立参数化接触网BIM 模型，进行腕臂计算三维模拟验证、驱动预配自动化生产线、存储预配和安装信息。运用BIM 技术驱动自动化生产线工作过程见图7。整个生产过程分为3个步骤：（1）软件计算。将现场测量的支柱斜率、侧面限界相关数据，导入腕臂计算软件，生成腕臂长度零配件位置等18个预配数据。（2）模型校核。将预配数据与BIM 模型进行空间验证，校核无误后，将数据远程发布至装配线。（3）远程监控生产加工。装配线启动加工，加工完成后预配数据上传至管理平台归档存储，具有可追溯性。腕臂装配线生产过程可通过远程进行监控，方便应急故障处理。

2.6 辅助施工管理

图6 接地母线、硬母线、软母线的BIM模型

图7 运用BIM技术驱动自动化生产线工作过程

运用BIM 四电系统集成管理平台（见图8），将采集的各类信息与BIM 模型进行关联挂接，直观形象展示施工进度，指导施工组织，并有快速、实时查询设备信息功能，实现了精细化工程管理［5-7］。BIM四电系统集成管理平台主要包括5个模块：一是BIM 技术应用，将采集的各类信息与BIM 模型进行关联挂接，直观展示施工进度，快速、实时查询设备信息功能，实现了自动化装配线与BIM 技术相结合；二是应用四电设备系统，通过二维码采集信息，实现设备从出厂—入库—检验—出库—安装过程的信息化管理，提高了物资管理效率；三是隐蔽工程影像系统，采集工程影像图片6 400 余张，对隐蔽工程进行监督管理；四是接触网“一杆一档”系统，采集设备基础信息，为建维一体化奠定基础；五是电子工程日志，记录达18 000多条，实现施工过程可追溯。

图8 四电系统集成BIM管理平台主页面

3 BIM应用创新点

3.1 升级腕臂自动化装配线

依托BIM 技术，实现了腕臂装配技术的2 次升级。第1次是从传统依靠人工装配腕臂，升级到依靠机械来装配腕臂，实现了腕臂装配的自动化，第2次是从自动化的腕臂装配技术，升级到数字化、信息化的腕臂装配技术。2 次升级体现了铁路建设从手工业到机械化、工业化，再到数字化、信息化的发展历程。

3.2 提升施工管理信息化水平

传统的施工管理信息化技术主要是工作表单化、表单电子化，即MIS 技术；其特征是数据库和表单应用。基于BIM+GIS 技术的四电集成BIM 管理平台将电子化的表单与可视化的三维图形相结合，实现工程信息的所见即所得；其特征是数字化和虚拟现实。依托BIM的三维图形和属性信息，实现了施工管理信息化从MIS到GIS、从图表到虚拟现实的技术提升。

4 结束语

在京张高铁电力和电气化工程施工中，主要实现BIM 技术的6 类应用和2个创新。6类应用包括设计深化、优化电缆排布、优化大型设备施工方案、指导工厂化预制、驱动自动化生产线和辅助施工管理；2项创新包括升级腕臂自动化装配线和提升施工管理信息化水平。通过深入应用BIM 技术，促进工程管理创新，助力精品工程实施，为智能京张的工程建设提供了有力的技术支撑。