BIM技术在铁路通信信息设计中的应用

张延明

摘要：BIM技术现已广泛地应用到工程的全生命周期中。利用BIM技术可以为铁路通信信息设计提供诸多好处。文章介绍了铁路通信信息设计基于BIM的模型建立、3D可视化、碰撞检查、工程量统计、仿真模拟等具体应用，并提出采用统一铁路IFC数据存储标准解决铁路通信信息BIM设计面临的问题。

关键词：BIM技术;铁路通信信息设计;IFC标准

引言

当今铁路处于大发展阶段，以调度指挥智能化、客货营销社会化、经营管理现代化为重点的信息系统和行车自动化等高新科学技术的需求越来越高。随着高速和准高速客运专线修建，以及电气化改造力度加大，使得各种“弱电”设备处于一个高度不确定性甚至是十分恶劣的应用环境中。各种电子设备要在铁路上生存和发展，必须重视与环境互动，与其所处的环境进行全方位的信息交换，才能随时把握环境变化的信息，建立一种与周围环境融洽的关系。任何一种实用技术与环境之间是相互联系、相互作用的，环境不仅是通信信息系统建立的基础，而且是它生存和发展乃至创新的必要条件，否则便面临落后淘汰的命运。

1BIM技术的含义及其应用

建筑信息模型（BuildingInformationModeling，BIM）以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型基础，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息，是一种应用于工程设计、建设、管理的数据化工具。BIM可为设计团队以及包括施工、运营单位在内的各方建设主体提供协同工作的基础，在提高生产效率、节约成本和缩短工期等方面发挥重要作用。二维技术制作的通信信号室内施工图纸主要是由线段、线条、图形、符号等元素组成，对于施工中线缆桥架的尺寸、安装位置、线缆路径的贯通情况、室内布线的碰撞情况都难以详细明确，施工过程中主要依靠专业技术人员的经验指导室内综合布线施工。由于施工环境或技术人员人为因素，线缆布线经常会出现“错、漏、交叉”等问题，造成大量返工和电缆材料的浪费，影响了整体的工艺美观效果，不合理的布线也给后续的运营维护埋下隐患。

2BIM技术在铁路通信信息设计中的应用

2.1模型的建立

BIM模型是由各式各样的族组成的。族库类似于二维施工图中的块，但是相对于块来说，族库更加真实的反映了设备实体的外观。族库的成熟度及丰富化程度直接影响后期模型设计的效率和完整性，因此建立完整的通信信息系统族库模型是完成BIM设计的基础。BIM技术不仅仅是三维立体模型设计，更重要的是在模型建设的同时赋予模型不同的参数信息，例如设备基本信息、几何信息、技术信息、位置信息、环境要求信息、项目信息、生产信息、资产信息、运维信息等，这些信息构建了BIM模型的智慧实体。在铁路通信信息系统设计中，参数化设计大大提高了设计的准确率和效率。由于铁路通信信息专业族库较多，各设计階段所用的到的族库精度各不相同，我们可以建立族库管理平台对族库进行管理，并对族库进行完善和标准化。族库管理平台有效的解决了族文件的集中存储、共享与调用，实现对族库文件的规范化管理。

2.2通信设备布置BIM设计流程

通信专业充分发挥出了BIM技术的多种特性，广泛涉及到了几何学、地理信息等多层面内容，基于可视化的方式向工程人员以直观的形态展现出来。在整个通信专业的构成中，诸如室内外的通信设备都可以做出相应的转换，正好满足了BIM设计与出图的基本要求。寻找到特定的族文件，将其引入到项目文件库中，便能以直观化的方式将布置效果展现出来，并且操作人员可以将二维与三维进行切换，更便捷地寻找到相关效果图，做到真正意义上的所见即所得。在展开通信设备BIM设计时，所涉及到的环节较多，其彼此间需要依据特定的流程而进行，具体为：选择族样板→定义原点及参照平面→设置族类型和基本族参数→检查所建族是否合格（名称、类型、参数等）→关联材质→创建几何形体→载入通信机房平面布置的项目文件→调整通信机柜在机房内的布置，确认布置合理→添加尺寸标注及必要的文字标注→创建图纸、布置视图→制作设备明细表。

2.3电磁环境

随着铁路电气化里程逐年增长，沿线的电磁环境也不断地恶化，各种干扰应运而生，常见的有：1.接触网打火。本质上是一种高压脉冲干扰（离散型），其特点是瞬间能量较大，足以扰乱敷设在铁路沿线的通信信息系统中的编码信号脉冲（约3V），对本属于开放电磁场的无线列调系统，更是不能幸免。2.地电位升高。这在电气化区段是一种比较常见且危害较大的干扰，轻则误码，重则烧坏设备（以集成电路和电源模块居多），甚至经常被误判为雷击损害或外接电源故障。存在2种情况：①相邻设备所接的地线电阻值不相等，当机车通过对地泄流时，将直接抬高机房地排的地电位，使得与此地排相连的设备地电位升高，导致两设备的电气零点电位不相等，通过设备构成回路放电，形成干扰或损坏设备;②相邻机房设备的地线间隔一段距离，由机车运行泄流时差引起的地电位不相等，即所谓的跨步电压造成的干扰。3.感应纵电动势（危险电压）。由于感性耦合和容性耦合作用，使得沿线敷设的与接触网平行接近的通信电缆芯线与地之间存在一定的电位差，其特点是沿着通信线长度纵向分布，并且当接触网中流过的电流越大、通信线与接触网的平行接近距离越小、接近长度越长、且当地的大地导电率越差，则感应纵电动势越大，并随电缆长度的增加和牵引电流的增大而增大，故称为感应纵电动势。

2.4碰撞检查

在以往的施工过程中，利用传统的二维施工图纸进行施工经常会出现大型设备布放空间不足，布放效果不美观，各专业之间设备或管线碰撞造成返工的案例。BIM设计的可视化、协调性在设计阶段很好的解决了这一类问题。利用BIM设计，设备均以接近实际尺寸按规定布放在站场、区间、站房内，相对于在平面布置图上布放设备可以避免现场布放的时候空间位置不足，设备的位置、尺寸可以根据周围的环境条件进行调整，保证了美观。站房内各专业系统管线种类多，材质各异，大量管线交叉。除了通信信息系统沟槽管洞外，还有给排水、暖通、电力等专业管槽，因此，利用二维施工图不容易找到碰撞点，造成施工过程中许多管线碰撞，需要返工。采用BIM技术进行管线综合，可以在设计阶段及时调整各专业管线的尺寸和位置，解决管线碰撞的问题，减少施工返工率。通过建立BIM模型，将设备机柜、走线架、线槽等布放在通信信息机房中，可以直观检查机房内空间关系，有效定位机房内设备布局，同时为建筑、结构专业提供准确的通信信息机房面积，避免机房面积过大或不足的情况发生。

结语

当前的铁路发展正在逐步摆脱二维设计的束缚，实现对三维设计的转变，铁路工作者也纷纷加大力度展开了对BIM技术的研究工作，旨在深化其在铁路工程中的应用水平。在围绕铁路试验段展开探讨时，重点围绕族库建设工作展开，经过不懈的努力也取得了一定的成果。但需要明确的是，BIM依然无法实现对通信系统的全方位设计，因此这是今后需要重点努力的方向。

参考文献

[1]林昌瑞.BIM技术在铁路信号施工中的应用[J].工程技术研究，2018（12）：53-54.

[2]朱超平，白雪，郑云水.BIM在铁路信号运维中的应用探讨[J].铁道通信信号，2017（11）：17-19.

[3]车爽.BIM技术在铁路信号工程设计中的应用[J].铁路技术创新，2017（1）：69-71.

[4]蔡寅.铁路信号专业室内设备布置图设计应用BIM技术的研究[J].城市建设理论研究，2018（18）：179.