BIM在地铁供电系统中的应用研究

青岛地铁集团有限公司 陈苏南 李国玉 曲延璐

1 引言

城市轨道交通迎来了高速的发展，2021年国家发展和改革委员会批复青岛市三期城市轨道交通建设规划，规划建设2号线二期、5号线、6号线二期、7号线二期、8号线支线、9号线一期、15号线一期等7个项目，线路规模139km，估算总投资980.7亿元。项目建成后，形成共10条线路、总里程370.7km 的城市轨道交通网络。我国城市轨道交通行业发展趋势呈现良好态势，城市轨道交通的快速发展为BIM 技术的产业化应用带来了极大的机遇和应用基础。

2 BIM 技术的发展简介

图1 2005—2001年国家发展和改革委员会批复里程对比图

BIM 技术自从2003年正式进入我国以来，受到了国家的重视，各行业协会也在大力推广BIM 技术的产业化应用，中国图学学会和国家相关机构也在大力组织BIM 等级证书考试。正是基于BIM 产业的大力发展，在各大业主单位、政府部门的高度关注下，都对BIM 设计提出了一定的要求，也产生了大量的需求，带来了BIM 的春天。目前，市面上主要以美国的公司为主，如PIC 公司的Pro/ENGINEER 软件、WGS 公司的UNGRAPHICS 软件、SPRC 公司的IDEAS 软件、Bentely 公司的Micro station 软件等。

BIM（建筑信息化模型），该技术具有信息可视化的功能，将原有的二维信息转化成立体的三维信息，可以将原来二维信息无法读取的信息变成可视图形；模拟性和优化性对数字信息进行三维建模，从模型中选出最优解，找到最好的解决方案，能够将建筑以三维空间模型的方式呈现出来，该系统可以使信息的展示更完整、更立体、更直接[1]。BIM技术已经在全球范围内得到业界的广泛认可，被全世界工程领域高度的重视，视为一种革命性的力量，将为带动整个产业的发展，创造需求解决问题。虽然BIM 在轨道交通领域仍然处于探索阶段，但是得到了相关产业协会和国家的大力支持，也得到了各大地铁公司的高度重视，将会为城市轨道交通领域带来巨大变革。

3 BIM 在城市轨道交通领域的技术应用

3.1 BIM 设计分析工作

BIM 作为一种新的技术和传统的CAD 制图有着较大的区别，从目前的整个城市轨道交通的产业发展来看，BIM 技术的应用主要还是集中在施工图设计阶段，可以替代原有的CAD 技术，从二维信息的展示到三维立体图形展示的较大飞跃。BIM 技术在我国虽然相较于国外较晚，但是从应用层面来说却有着其他国家无法比拟的巨大潜力，尤其对于大型工程的应用来说意义非凡。BIM 这项新技术的推广与应用涉及多方面的共同努力，业主方、设计单位、建设单位以及后期的运营维保，可以说是贯穿始终[2]。

BIM 的应用可以为城市轨道交通供电系统带来较大的便利，例如该技术可以检查接触轨布置各专业接口之间的安装合理性，及时对发现有安装冲突的部位提前做出设计优化。检查合格后可以出具施工图，利用BIM 模型提前出具各类图纸，可以直观、准确、发现前期设计当中的问题，为后期的施工带来便利。也可以在BIM 模型软件中绘出接触轨的施工布置图，在发现有问题时可以及时更改和调整，极大地提高了接触轨绘图的工作效率，提高了绘图质量，带来施工便利。在生成三维立体化图纸后，使用相关的程序对BIM 进行持续的优化和调整，需要业主单位在用户需求阶段对于厂家提出提供图纸的相关要求，要求厂家针对最小可更换元器件出具BIM 模型。

3.2 基于BIM 技术在工程领域的应用

根据近年来的整个行业的发展程度来看，BIM总结出了以下几方面应用场景，可以有效地提高施工质量、加快施工效率。

3.2.1 管线排布碰撞检测技术

BIM 技术带来的较大优势是将原有的二维信息转化为三维信息，在城市轨道交通系统设备当中，相关专业较多，接口也较多，有供电、电扶梯、站台门、通信、信号、车辆、综合监控等，各专业之间的接口密集，程序复杂。BIM 技术的应用可以有效降低施工单位人员的二次施工成本，提高工作效率，提前对各专业之间的管线有可能出现的碰撞进行模拟排布，大幅提高整体工程的安装质量，提高业主对工程的满意度和整体评价。

3.2.2 三维立体图像渲染技术

三维立体图像渲染技术通过虚拟现实建立现实与虚拟世界的映射，对现实场景进行模拟，让人们得到更加直观、精确、立体的信息。BIM 作为三维立体信息技术的集成与应用，为二维到三维的转化提供了一项解决方案，重要的启发意义在于，其实现了现实物理系统向赛博空间数字化模型的反馈。这是一次工业领域中逆向思维的壮举。人们试图将物理世界发生的一切，塞回到数字空间中，只有带有回路反馈的全生命跟踪，才是真正的全生命周期概念。这样，就可以真正在全生命周期范围内，保证数字与物理世界的协调一致。各种基于数字化模型进行的各类仿真、分析、数据积累、挖掘，甚至人工智能的应用，都能确保其与现实物理系统的适用性。这就是BIM 对智能制造的意义所在，BIM技术在工程领域当中的应用于推广，推动了新技术的发展。

3.2.3 模拟施工

可以利用BIM 建模进行模拟施工，提前预判施工过程当中可能出现的具体问题，例如设备排布、管线敷设等，使业主、设计、施工、监理等相关工作人员对现场施工有一个直观地掌握。可以优化施工工艺和施工流程，为后期的设计与施工配合提供了便利。

图2 基于BIM 的虚拟施工体系流程图

3.3 基于BIM 技术的电缆敷设及安装工艺

近年来，随着城市轨道交通领域的快速发展和新增运营里程的不断增多，现场的施工管理和各专业之间的协调配合成为越发重要的一项课题，需要解决的实际问题相较以往难度增加，范围扩大。另外，BIM 技术在建筑行业多年来取得的明显效果，无疑使引进BIM 技术成为解决工程领域当中设计与施工问题的最优解。因此，对其在具体施工时现场管理的难度也提出了更高的要求。需要在初步设计阶段工程开始之前，就要对设计整体方案有所规划、施工方案需要提前明确，提前发现问题，提前解决问题。BIM 技术在城市轨道交通领域的推广和应用，可以使工程施工的各个单位的配合更加快速、简单、明了。

此外，利用BIM 技术，统计工程当中的相关数据，可以对进度管理进一步的优化，可以和实际设计方案提前对比，在发现问题之初迅速解决，根据实际工程当中所出现的问题进行及时的调整，达到最好的管理效果。除此之外，利用该技术可以在开工之前利用数字化三维技术手段了解该工程项目中的重难点问题，实现建筑材料的高效利用、有效降低工程成本，获得更好的经济效益指标。

城市轨道交通供电系统中，交直流电缆是城市轨道交通当中重要的设备，在地铁中主要有35kV 交流电缆、直流1500V 电缆和二次电缆。电缆的敷设是一项十分重要且复杂的工作，一般在隧道区间内敷设于电缆支架之上，在地铁变电所内则沿着电缆桥架进行敷设，不仅用量大，而且敷设路径错综复杂。电缆敷设工艺的好坏不仅影响其美观，更重要的是影响供电系统运行。BIM 技术的应用可以利用计算机三维模型结合现场实际的施工情况进行模拟敷设演练，进一步评估工程量和提高施工效率，避免出现返工的情况，造成大量的时间和金钱的浪费。

3.4 基于BIM 设计质量管理

BIM 的应用在提高设计质量方面有着很好的效果，一般情况下在施工图设计阶段应用较多，现在全国各大设计院对此也十分的重视，组织设计院的相关人员进行了BIM 的取证学习，在设计应用中也是逐步得到了推广。在设计质量控制方面可以提前建好设计模型，录入具体信息。BIM 软件可以进行施工图的深化，提供剖析三维轴侧图等图纸，部分设计院已经开始采用BIM 软件进行施工图的出图工作尝试。可以说BIM 技术的应用和推广可以保障设计工作效率，提高工程质量，对已出现的质量问题和风险点进行跟踪，优化设计质量管理流程。

3.5 BIM 可视化技术在研究施工工艺工法中的应用

BIM 技术的可视化是在建立空间3D 模型的技术之上的具体应用。在城市轨道交通的实际应用当中，很多的业主单位将BIM 模型的相关要求在合同谈判阶段就提前提出，确保各参与厂家能够提供设备的基础数据，但是数据的公开对于厂家来说，相当于核心机密的公开，会遇到一定的阻力[3]。但是BIM 技术的应用和推广已经成为大势所趋，对地铁施工过程的优化和提升起到了较大的推动作用，在提高员工实践技能的同时，也在一定程度上提升了城市轨道交通的施工质量，促进城市轨道交通供电系统设计从二维到三维，从数据化到立体图像化的转变，不仅可以提高地铁施工的精度，也可以节约很多的不必要的损耗，对提高企业的核心竞争力也有着极为重要的意义。

3.6 BIM 技术与供电智能运维技术的结合

近年来，随着城市轨道交通供电系统的快速发展，各大地铁公司已经开展供电智能运维系统的研究，地铁供电智能运维系统已经成为城市轨道交通智能化、数字化、网络化转型升级，以及实现轨道交通产业的高质量发展建设的重要课题。

供电智能运维系统通过集成和分析设备运行状态，以及管理过程中的各类复杂的数据，融合供电设备智能管理、智能诊断、智能决策、智能巡视系统构建的统一智能化运维系统。系统基于数据模型集成的相关技术标准，整合各系统模型和数据；以设备为主线，将各子系统信息进行融合，实现设备的全景运维；同时，基于运维实际需求，构建全周期管控、风险预警、故障联合诊断、应急处理场景。将被动的事后运维转化为积极的主动运维，降低供电设备全寿命周期成本，提高系统可靠性。系统采用模块化、服务化设计，构建供电运维业务融合一体化平台，实现供电设备的智能巡视、智能管理、智能诊断、智能决策四大功能，达到供电系统运维系统的规范化和智能化，强化对供电设备的全过程控制和优化，并为企业决策提供支持是城市轨道交通行业供电智能运维系统行业发展的整体方向。

BIM 技术作为供电智能运维技术的底层应用软件，可以为供电智能运维系统提供底层的数据支撑，使供电设备实现数字化智能化。

4 结语

地铁供电系统的建设受施工工艺流程和专业协调配合的约束，城市轨道交通设计施工流程较为复杂，各专业接口多，各种设备系统数量庞杂，BIM的应用和推广将极大地优化和提升城市轨道交通的设计流程和施工流程，虽然目前对于我国来说BIM工作启动相对较晚，但是发展后劲十足，尤其是作为底层的应用软件，BIM 技术与供电智能运维技术的有机结合将会加快数字化转型的进程，国家对于该技术十分重视，这也是未来的发展方向。