BIM技术在铁路信号工程中的应用

文思扬

（中铁第五勘查设计院集团有限公司 北京 102600）

1 引言

铁路信号工程中，最终交付的设计成果是以图纸的方式，按二维图像的形式呈现出来的。即通过符号、线条、图标等形态来描述工程设计内容。这种方法虽然能在直观感受上使工作人员明白工程的重点，但因为用二维画面描述三维工程实际情况的特点，会使细节出现一定的偏差。

随着科技水平的提高，工程设计的方式及采用的工具已经有了很大的提升。目前一般使用CAD软件计算机辅助绘图进行设计，使设计人员不用手工绘图。但因为二维画面描述三维工程实际情况的缺点始终存在，设计图纸与工程实际在某些细节方面无法相互对应，对铁路工程建设的施工过程造成了一定影响。

例如在铁路信号工程建设中，室外信号电缆的敷设就会存在很多问题。施工人员根据设计人员绘制的电缆径路图纸敷设室外信号电缆时，由于图纸是只标注有坐标、设备、电缆的示意图，无法反映现场信号设备与其他专业设备之间的位置关系和与之相适应的线缆径路，难免会对工程数量的估计和设备材料的准备不足，影响工程建设周期[1]。

2 BIM 技术在铁路信号工程中的优势

2.1 模型立体可视化

2.1.1 三维立体模型建立

BIM（Building Information Modeling）建筑信息模型是在建设工程及设施生命周期内，对其物理和功能特性进行数字化表达，并以此设计、施工、运营的过程和结果的总称。此项技术起源于美国，在建筑领域广泛应用，其具有可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图性等特点，在铁路工程领域有着非常广阔的应用前景。

应用BIM技术，首先要建立符合工程应用的三维立体模型。铁路工程涉及专业众多，除建筑专业已具备完备的模型和设计平台外，其余专业都需要在设计阶段重新建模。信号专业需要根据本专业工程的特点制作模型，涉及种类繁多的设备材料。室外设备包括：各类信号机、各类转辙机、各类方向盒、各类终端盒、各类应答器、钢轨绝缘节、空心线圈、调谐匹配单元、补偿电容、各类设备基础和平台、各类连接线缆等；室内设备包括：联锁机柜、监测机柜、电源屏、三相电源防雷箱、外电网监测箱、移频柜、综合柜、组合柜、接口柜、防雷分线柜、轨道柜、各类继电器、隔离变压器、各类断路器、移频发送器、移频检测器、采集处理器、各类连接线缆等。

模型需要具备信息完备性，不仅包含厂家、型号、生产日期、使用说明、重量、体积、寿命等基本信息；还应包含如相别、端口号、端口类型（光、电）、带宽等端子逻辑信息。

模型具备可视化，满足几何尺寸相对误差小于1%，同时满足《铁路工程信息模型交付标准》对不同工程阶段的详细要求。

建模时采集的几何数据，应满足绘制图纸的精度要求；应全面反映零件、设备、设施的几何特性（包括形状、尺寸、结构等），确保无遗漏、无缺失；最小单元应为不可分割的构件或零件、材料。几何数据采集的方式，在条件允许时应从设计图纸中采集几何数据；无图纸时可采用三维激光扫描技术，根据被测物体的距离远近，获取米级、厘米级、毫米级精度的几何数据。

建模时示意纹理采用对象的材质、颜色信息。材质信息应表达出与采集对象实体相同或类似的材质。纹理数据采集的方式，包括摄影和计算机模拟制作。摄影是三维模型中纹理数据获取的主要方式，可为后期模型制作提供真实有效的纹理；而计算机模拟制作纹理可方便、快捷地获取简单纹理。

2.1.2 三维成像模式运用

信号专业在完成本专业设备材料建模的基础上，结合纸质二维施工图纸的信息，协同各相关专业，在BIM软件平台共同呈现设计成果。

整个工程的设计工作需要由各专业按照科学的分工依次协同完成。在这个过程中，利用BIM技术的协调性，可以轻松解决各专业设计师之间、设计师与业主之间在二维图纸基础上难以沟通的问题。

在这个阶段，信号专业布置室外信号设备和敷设电缆时，应当注意和站场、路基、桥梁、隧道、轨道、接触网等专业接口的细部设计；布置室内信号设备和线缆时，应注意和建筑、结构、通信、电力等专业接口的细部设计。

2.2 BIM技术的应用

2.2.1 线路布置设计

信号专业利用BIM技术，进行室内布线设计。先由信号设计人员根据本工程所使用的信号设备，向建筑专业提出本专业的房屋需求（例如：信号设备机房、继电器室、电源室、防雷分线室和电缆引入室等信号设备房屋的面积、净空和整体分布），然后由建筑专业提供满足要求的信号设备房屋的BIM模型，再由信号设计人员根据《信号室内设备布置图》布置室内机柜，并核对信号设备房屋的BIM设计模型是否满足需求。根据《电源环线图》《组合侧面配线图》和机柜的摆放位置，以线缆路径最短为原则，确定各机柜间电缆走向、电缆槽安装位置；最后利用各型电缆、各种设备端子的BIM模型完成布线设计。如图1所示。

图1 利用BIM技术绘制信号室内布线

2.2.2 碰撞检查

传统设计以二维图纸为主，由各专业独立开展设计。设计过程中仅以互提资料的方式进行沟通，难以避免各系统、各专业之间的设备相互重叠。利用BIM技术的可视性、可协调性有效解决以上碰撞问题，使得各个设备之间因为二维图纸的缺点而产生的碰撞、覆盖现象大大减少，各种设备之间的穿插设计更加直观简洁，提高了设计质量[2]。

信号专业做好和各专业之间接口细部设计的同时，在以下几个方面进行碰撞检查和设备布置优化：

（1）设备模型之间是否出现重叠的情况；

（2）设备模型之间的空间是否满足各专业规范要求；

（3）设备布置是否存在优化设计的空间，便于之后的施工和运营维护。

2.3 辅助施工

在施工前，施工人员拿到传统的二维设计图纸，再辅助以BIM技术制作的三维图纸，能更直观地了解工程的各个方面，制定有针对性的施工方案，从而保证了最终施工成果的质量[3]。

利用BIM技术，根据工程的规模、需要采用的工艺，可以进行合理的资源配置。在施工前期，对多方面因素的统筹考虑，大大提升了施工管理水平并有力地控制了施工成本。

BIM技术的使用，可以在工程建造初期进行模拟施工，对施工工艺达不到或现场施工困难的情况，预先与设计人员沟通，对设计进行优化，使最终的施工图纸更加周密。这大大减少了由于设计不合理产生的工作量，有效地节约了工程资源，加快了工程进度，使工程的经济效益得到提高。

3 结论

时代继续发展，技术不断进步。在这样的背景下，我国对民生工程的建设也有了更高的要求，这促使铁路工程建设人员需打造出更加高品质的铁路工程。BIM技术在铁路信号工程中的应用，可以有效地解决许多传统技术无法解决的难题，使铁路信号工程拥有更高的建造质量。现阶段BIM技术在铁路工程中的应用还处在起步阶段，它的后续开发和应用还需要铁路建设者们不断努力。只要我们不断探索耕耘，BIM技术一定会促进铁路事业长远发展。