基于BIM的电缆管理系统及方法研究

西 穷

(中国铁建电气化局集团有限公司 北京 100043)

1 引言

铁路四电工程具有规模大、施工标准高、建设速度快、建设周期长、管理协调复杂等特点[1]。现阶段的铁路四电工程电缆资料是以大量的文档、图表、图纸等纸质资料为主要形式来管理电缆信息，在施工过程中很容易造成信息分散、不易查找和不便管理等问题，同时导致工作效率低、信息追溯繁琐以及信息不直观的问题。我们希望相关信息能在一个平台中与每根电缆模型进行绑定，信息可以是文本、图表、图纸等。这样就能做到施工过程中随时对电缆信息查漏补缺，相关信息一目了然，避免归档时出现资料补填现象。

建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)是基于三维数字技术的信息化发展技术，具有强大的三维模拟、协同性和信息集成的特点[2]。目前，BIM技术在铁路行业的应用主要集中于站前专业的路基、桥梁、隧道等设计[3-5]，站后专业的房建、暖通、给排水等设计[6]，以及高铁建设、施工管理方面[7]。数据的集成管理是BIM技术最大的特点，进而可以改变生产组织模式和施工管理方式，使BIM技术从一种技术手段上升为施工管理行为[8]。

本文提出一种新的铁路四电工程电缆管理系统及方法，用来改善目前电缆管理方式上存在的各种缺陷。

2 基于BIM的电缆管理系统的应用价值

BIM技术自诞生以来，在建筑领域应用较早，目前在建筑行业成功的应用案例也有很多，并且有比较成熟的软件支持[9-11]。我们借鉴了成熟案例的经验，利用BIM技术的三维形象化、可视化、信息集成度高等优势为电缆管理系统找到了新的思路和应用方法。下面对该系统的应用价值进行具体分析。

形象化展示:进行三维模拟展示时，以形象的三维模型作为项目的电缆信息载体，施工人员可更加直观地了解施工作业部位和对象，进而提高施工质量、工作效率和施工精细化程度[12]。

信息集成化:BIM模型所含有的信息进行协同工作，实现各阶段信息的有效传递[13]，使施工人员通过BIM就能查找到相关信息，提高信息的全面性和准确率，减少信息流失，使得信息追溯方便快捷。

优化功能:该系统既可以在网页端进行电缆数据信息查询、填报也可以通过智能手机终端进行操作，大大提高了电缆数据信息的管理效率。

3 基于BIM的电缆管理系统技术方案

3.1 系统整体结构设计(见图1)

图1 系统整体架构

基于施工图纸完成BIM模型的建立，以电缆清册为依据，为各类电缆规划详尽的走向，对垂直、水平不同状况下的电缆布置提供合理优化的转弯方向及半径，结合房建模型特点以及线路走向确定支吊架的安装位置及形式，并对支吊架方案进行优化处理。建模完成后进行碰撞检测，最终形成可指导施工的电缆敷设模型。通过该模型可进行工程量统计，生成电缆敷设施工图、电缆清册、电缆配盘表、电缆路径及电缆排布图等施工图纸，图纸校审通过后对模型及图纸进行编码导入平台进行管理。

现场施工人员施工前可登陆平台查询需要敷设的电缆。通过可视化查询可以直观地看到电缆径路和敷设情况，为施工人员提供查询、下载相关图纸、图表的功能，作为现场施工的依据。施工结束后，可根据配置好的信息模板填报相应的电缆信息。

3.2 系统硬件架构设计

本系统硬件主要包含工作站和后台服务器。工作站可以是电脑或智能手机终端，用于进入系统进行电缆数据信息管理工作。两台后台服务器分别为Web服务器和数据库服务器。其中，Web服务器用于电缆管理的Web发布。数据库服务器用于配置文件、中心数据库管理以及BIM模型系统和电缆管理系统的存储。硬件架构如图2所示。

图2 系统硬件架构

3.3 软件结构设计

系统软件结构设计如图3所示。

图3 系统软件结构设计

(1)数据层:由该系统的数据库和配置文件组成。

(2)服务层:主要由DAL数据访问层和Web-Service构成。其中，DAL数据访问层是应用层B/S数据处理程序的基础。为用户提供增加、删减、更改、查找数据库中的电缆数据，以及读取配置文件内容等基本操作；WebService为应用层的B/S页面提供RESTful Web API接口服务。

(3)应用层:在服务层和数据层的支持下实现系统操作与应用，也就是Web页面。其功能主要有模型信息管理、模型编码管理、资料管理、数据导入、基础数据及业务数据维护、二维码管理、数据查询等。

4 基于BIM的电缆管理系统功能应用

4.1 具体应用

该系统提供统一的电缆模型信息模板及电缆数据导入的功能，数据配置责任人进行数据管理及维护，实现电缆数据的导入和共享的规范化管理。所有电缆数据信息在施工现场将以二维码为载体展现，通过扫描二维码，可以将设计、施工、运维各阶段的数据动态接入系统。最后形成以模型为载体，二维码为信息扩展入口，集成每条电缆的数据信息，实现了电缆数据管理的动态扩展。既可以在三维场景中通过模型交互查看电缆信息，也可以通过扫描电缆上的二维码快速查询相关信息。真正实现设计、施工、运维三个阶段所有相关数据的存档管理。

例如:某个区间工点需要进行电缆管理。首先要基于铁路BIM联盟相关标准对本项目工程实体制定一套完整、可行的编码规则。然后通过建模软件创建该工点的电缆模型并按本项目的编码规则对相关模型进行分类编码。再将三维模型导入至BIM平台中作为电缆数据的三维可视化载体进行统一管理。通过在平台中对电缆按编码进行分类配置，导入对应的电缆图纸资料、数据绑定到模型上进行信息集成化管理。

在平台中生成二维码，现场施工时打印安装在电缆上。将二维码作为现场人员信息交互的快速入口，通过扫描二维码可快速查询相关的设计、施工、运维数据信息，也可以将相关的施工、运维记录作为档案扩展到电缆属性中。

通过BIM平台中的电缆查询功能，快速查询该工点的相关电缆，查询相关的关联数据。

具体操作流程如下:

(1)打开平台网站，登录个人账户进入平台。

(2)左侧菜单栏找到【项目管理】，并在项目配置中配置相关的编码规则。

(3)左侧菜单栏找到【模型管理】，上传BIM模型。

(4)进入模块后点击【数据导入】，根据BIM联盟的信息交换模板，填相关数据，导入平台，将相关基础信息挂载到模型上。数据导入界面如图4所示。

图4 数据导入界面

(5)进入模块后点击【电缆管理】，根据电缆类型配置电缆信息，用于电缆查询。电缆类型新增如图5所示。

图5 电缆类型新增

(6)通过选择工点、专业、电缆编号进行查询，可以快速定位到电缆位置，还可以点击漫游，查看电缆路径。电缆查询界面如图6所示。

(7)经过查询界面的操作后，系统会自动过滤无关的模型，形象地展示电缆始末端连接的设备以及经过的支吊架等，如图7所示。点击右侧信息栏可查看电缆的数据信息，如图8所示。

图6 电缆查询界面

图7 电缆径路

(8)进入模块后点击【二维码管理】，根据工点、专业生成相关电缆的二维码，施工结束后，安装在对应电缆上。现场通过智能手机终端对二维码进行识别操作，根据系统配置的用户权限可直接查询相关电缆数据信息或动态扩展。

4.2 系统特点

综合目前高速铁路四电工程电缆管理的特点，再结合京雄城际铁路四电工程电缆管理需求，研发了基于BIM电缆管理系统。该系统具备功能齐全、操作简单、数据实时共享、应用性强等优点，为施工人员提供了一个多方位、多功能、全过程的信息共享、信息交流、信息管理精度高的铁路四电工程电缆管理平台。为京雄城际铁路四电工程电缆管理提供了高效、高水平的信息化管理平台。

图8 电缆数据信息

利用BIM技术对四电工程的电缆进行路径优化，通过三维可视化的效果，更加快捷地规划布局，完善电缆的走向和层次。依据制定的编码规则及电缆命名规则，对每一条电缆编码及命名，有利于实现电缆相关属性的挂接。

通过应用层B/S页面的架构设计，实现了对铁路四电工程的电缆管理。其中，三维可视化的电缆径路可以指导现场施工，电缆数据管理可以提高施工管理的精细化程度。从而使得该系统在电缆管理方面实现全面的三维模型高精度、全方位的展示，具有数据信息管理精细度高、可追溯性好等特点。

5 结束语

本文设计的基于BIM的电缆管理系统中由BIM来承载电缆信息数据库，实现电缆的三维可视化展示和数据信息的高度集成。直观的三维模型以及数据集成能够将施工人员从复杂而抽象的二维图形、纸质表格和文档中解放出来。所涉及到的人员可通过Web端BIM平台或智能手机终端进行查询、填报等操作，方便相关人员的沟通与交流，在一定程度上避免了信息不全面、不准确的问题。通过该系统实现电缆信息共享及协同管理，提高信息应用的价值，从而提高我们的工作效率。