BIM技术在铁路信号设计与施工中的应用分析

陈红霞 邓丽敏

摘 要：采用传统二维图形软件设计的铁路信号图纸在实际应用中容易出现“漏、错、交叉、碰”等问题，给施工安全带来隐患、影响工程进度、浪费人力资源。因此，文中首先阐述目前传统铁路信号设计存在的问题和BIM技术的优势，然后分析BIM技术在铁路信号设计与施工中的应用，得出BIM技术的应用可解决传统铁路信号设计和施工中的“错、漏、交叉”等问题，其利用三维技术建模，优化了设计、避免了施工中不必要的争议，降低了安全隐患、提高了工作效率。

关键词：BIM技术;铁路信号;二维图形软件;应用设计;施工;三维立体

中图分类号：TP14文献标识码：A文章编号：2095-1302（2020）10-00-02

0 引 言

我国从20世纪末开始逐渐研究BIM理论和技术，经过十几年的发展，BIM技术在国内得到了广泛的认识，并逐渐应用到各行各业中。2018年，我国推广BIM技术在交通类工程中的应用，并发布了《城市轨道交通工程BIM应用指南》。目前，北京、上海、广州、深圳等城市軌道交通项目已开始应用BIM技术，但从应用上来看，主要集中在利用BIM技术进行可视化效果展示、管线综合设计等方面，还没有形成整体化的应用。因此BIM技术在轨道交通行业的应用还处于起步阶段。在铁路信号设计与施工中的应用领域几乎处于空白，随着计算机的快速发展，BIM技术在铁路信号专业的工程设计和施工必将成为一种趋势。

1 传统的铁路信号设计与施工存在的问题

目前，铁路信号工程设计普遍采用二维设计的CAD和Visio绘图软件，设计成果主要以平面图纸和相关的说明文件为主。这种形式的铁路信号工程设计图纸中没有体现出铁路信号设备限界问题，铁路信号设计是否存在设备侵限的问题，这在二维图纸中是无法进行体现，只有在施工过程中发现，一旦发现就必须重新调整导致设计返工。

铁路信号设备之间主要通过电缆、光缆等连接，车站和区间有大量的电缆、光缆铺设，工作量非常大，同时也要兼顾隧道和桥梁的电缆管线和站内电缆设计原则、其他专业电缆等的隔离保护等，这些无法通过二维图纸来进行解决，需要工作人员现场协调和调整，影响工程进度。

2 BIM技术应用于铁路信号中的优势

BIM技术是一种建筑信息仿真模型技术。采用BIM技术在布置信号设备时直观看到模型与线路的关系，避免了设备的侵限问题。在设计的时候可以会同多专业协同设计，及时发现设计过程中的碰撞、遮挡问题。信号设备之间的碰撞也就是专业内部的问题，专业内部的问题主要考虑信号设备之间是否存在重叠、因尺寸问题导致的空间不足等;但专业之间的碰撞问题主要考虑信号设备与其他专业设备之间是否发生碰撞。上海铁路局集团公司利用BIM技术对施工作业进行模拟计算，提前发现了100多处碰撞点，有效地避免了事故的发生。BIM的技术优势具体体现在以下几个方面。

2.1 设计成果可视化

现有铁路信号工程设计交付成果主要是二维的信号平面布置图和双线图等，在设计初期误差不明显，由于信号设备室内布置比较繁琐、室外电缆敷设强弱电交叉点多，在施工阶段就会发现设计结果误差较多。BIM技术可以有效地解决传统设计带来的一些问题，有效解决施工中的“交叉、错、漏”等问题，将设计以可视化的三维立体模型呈现给施工人员，既可以保证设计图的美观，施工的时候可以直观地看到模型与线路的位置、角度等之间的关系，避免了设备侵限的问题、优化了设计，又可以通过三维处理把施工完成后的整体效果呈现出来。

2.2 布局协调合理化

目前，我国铁路各专业间协调的工作模式还属于传统的模式，专业间的协同设计并没有明确的集成图纸，专业间的协调仍然是在施工设计图纸制作完成之后才开始的。这样施工阶段经常会出现专业之间、系统之间的碰撞和遮挡。比如信号和通信、供电、工务等多专业都可能有碰撞和遮挡。利用BIM技术对施工设计图纸建立三维模型，让各专业来共同协作、判断、发现设计过程中的碰撞、遮挡问题。如果图纸缺乏合理性则可以立即进行修改，保证了最后交付的成果设计合理性和准确性，确保施工安全和顺利进行，减少了设计返工、降低设计成本、节约设计人员工作量和时间，提高设计效率，有效避免了施工工期的延误。

2.3 信息归档高效化

铁路信号设备虽然结构、尺寸与其他电气、机电设备有很多相似的地方，但也有自身的特殊性，同时随着铁路信号技术的快速发展，铁路信号工程项目也变得日益复杂，施工标准也越来越高，工程量也不断增大。如果用传统的方式进行计算，对人力资源构成浪费，效率也会降低，利用BIM技术进行三维设计建模，建模导入模型库，对铁路信号设备模型进行参数化配置，有效地方便了日后的施工和运维管理。同时BIM技术可以通过信息模型快速构建明细表，对工程造价进行准确的预估，还可以对设计资料和明细表进行及时的更新，以此提高工作人员的效率，杜绝了人力资源的浪费。

利用BIM技术制作施工图纸的应用如图1所示。

3 BIM技术在铁路信号的应用

铁路信号系统采用BIM技术设计，3D建模是基础。铁路信号主要是在土建的基础上进行各种设备的安装和线缆的布置，空间立体结构不是特别明显，所以铁路信号主要采用系统分解和实体构建相结合的方式建模。具体分解和建模流程如图2所示。

3.1 铁路信号BIM数据获取

铁路沿线、站场和铁路信号设备可视化系统的构建需要铁路沿线建筑物、地形图数据及地面信号设备的数据等基础信息数据和空间信息数据。这些信息数据因形态和属性等不同获取方式也不同，一般建筑物数据利用激光扫描、影响数据和二维数据获取，二维数据通过传统的施工图纸和数字地图获取精准的信息，可以直接利用二维图建立三维信息模型。铁路线路、站场和铁路信号设备处于三维空间中，可以通过影像、地形图和精密测量获得信息数据。为了增强铁路信号设备表面的真实感，使得BIM模型更加逼真采用纹理数据建模。纹理数据的获取主要通过网络图片、遥感影像、相机拍摄和计算机模拟绘制得到。

3.2 BIM模型构建

在进行铁路信号设备BIM模型构建时，可以利用基于Autodesk公司开发的Revit建模软件。Revit软件是目前使用最广泛的BIM软件之一，利用Revit软件构建模型库，如信号机、表示器、标志牌、应答器、转辙机、计轴设备等常见信号设备，从而减轻建模工作量，提高建模效率。

Revit软件建模包括加载建筑模型，布置受力构建，选择有限元分析软件对模型进行检查三个步骤，Revit软件中的数据是可以共享的，可以使多个设计人員在相同的网络中共享同一个模型，为设计人员在结构设计中提供技术支撑，具体建模过程如图3所示。

利用Revit软件构建的结构模型，设计人员可以通过结构模型对工程项目进行简单分析，在结构模型中也可以对工程中的数据进行修正，根据设计的三维模型得到施工用的剖面图、立体图和平面图，自动更新生成视图和图纸，完成三维工程图的制作。

4 结 语

综上所述，BIM技术的应用解决了传统铁路信号设计和施工中的“错、漏、交叉”等问题，利用三维技术建模，优化了设计、避免了施工中不必要的争议，降低了安全隐患、提高了工作效率。但现阶段BIM技术主要运用于建筑行业，适用范围较小，同时需要获得从业资格证书的BIM技术人员较少，而且还需要相关软件的支持。为了促进BIM技术在铁路信号设计与施工中的应用，需要从软件性能提高、从业人员的素质等方面发展。BIM技术的在铁路信号的发展处于起步阶段，还需一定时期的发展壮大。

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