BIM在接觸網工程施工深化設計中的應用研究

■ 李凱

BIM在接觸網工程施工深化設計中的應用研究

■ 李凱

鐵路接觸網設計及施工可以歸納為廣義的建筑工程，因此有必要借鑒BIM技術在建筑行業內設計與施工過程的成功應用，以提升接觸網設計及施工水平。通過對BIM應用的技術、方法、標準和軟件進行深入研究，結合我國接觸網工程施工特點和實際需求，提出BIM在接觸網工程施工深化設計中的應用特點及優勢。

接觸網；BIM；深化設計；施工

0 引言

當前，BIM技術已成為建設領域信息技術研究和應用的熱點，BIM的應用價值已得到政府的高度關注和行業的普遍認可。我國鐵路行業在BIM技術的研究和應用上起步較晚，已明顯落后于國外發達國家和國內工業與民用建筑行業。推廣應用BIM技術是建設數字鐵路的必然選擇。目前接觸網設計采用的傳統二維設計方式，容易造成“錯、漏、碰、缺”等問題，因此將設計階段的輸出成果結合施工現場的實際情況進行深化設計，將接觸網施工精細化到每一個分部、分項工程，甚至具體到每一顆螺釘，真正實現與現場技術、安全、質量管理的緊密銜接，對于強化人、機、料、法、環各要素的控制，提升現場管控水平和確保工程質量、安全，均具有十分現實的意義。

1 傳統二維接觸網設計存在的不足

接觸網系統是一個集成電氣、機械和結構等專業的復雜多元混合系統。雖然現階段已經采用了計算機輔助設計軟件來提高設計效率，但是在設計過程中以及最終交付的設計成果均以二維CAD圖紙為載體，主要以顏色、圖層和線型等抽象信息來表達，用于設計人員之間、設計方和業主方之間、設計方和施工方之間、施工方和業主方之間的交流。然而使用二維手段來表達復雜的系統工程信息并不符合人類的認知和思維習慣，不能充分表達設計意圖，容易導致各方人員之間的理解偏差，造成“錯、漏、碰、缺”等問題。具體表現在以下幾方面：

（1）目前接觸網設計未能詳細表達出接觸網設施安裝的外部環境情況。由于二維設計方式本身的局限，很多設計內容采用點、線等圖形元素表示較為抽象，沒有充分表達出完整的信息。如接觸網平面布置的設計是先將站前信息進行放圖操作，即把線路、橋梁、涵洞等采用線條或符號進行表示，不能清晰表達出站前設施的詳細特征，在接觸網施工中可能會出現接觸網設施與站前設施碰撞的情況。

（2）零件和設備參數與最終供應商的產品信息不符。接觸網設計使用的零部件尺寸和參數均是采用規范中的尺寸或形式，設備則通常采用示例圖形進行表達，與施工單位最終的供應商產品信息不一致，會對最終的施工安裝造成影響。

（3）接觸網設計圖紙的設計參數未能涵蓋所有的線路情況。比如接觸網安裝圖僅使用了常規的外部線路參數，未能完全涵蓋線路的實際情況。僅區分直線和部分曲線半徑的情況，側面限界也僅考慮了標準的側面限界值等。對于線路情況較復雜，尤其是車站咽喉岔群區，線路條件困難時，可能出現安裝圖不適用的情況。

2 BIM技術在深化設計中的優勢

對于接觸網工程施工項目，采用BIM技術進行施工深化設計有著明顯的優勢及意義。BIM模型是對整個接觸網系統設計的一次“預演”，建模的過程同時也是一次全面的“三維校審”過程。在此過程中可發現大量隱藏在設計中的問題，這些問題往往不涉及規范，但跟專業配合緊密相關，或者屬于空間上的沖突，在傳統的單專業校審過程中很難被發現。與傳統二維深化設計對比，BIM技術在深化設計中的優勢主要體現在以下幾方面。

2.1 三維可視化、精確定位

傳統的接觸網平面設計成果為平面圖，并不直觀，接觸網設施尤其是接觸懸掛只能在工程完工后才能呈現出來；而采用三維可視化的BIM技術可以使工程完工后的狀貌在施工前就呈現出來，表達上直觀清楚（見圖1）。模型均按真實尺度建模，傳統表達予以省略的部分均得以展現，從而將一些容易忽略、而實際上卻存在的深層次問題暴露出來。

2.2 碰撞檢測、合理布局

傳統的二維圖紙往往不能全面反映個體、各專業、各系統之間的碰撞可能，同時由于二維設計的離散型為不可預見性，也將使設計人員疏漏掉一些安裝碰撞的問題。而利用BIM技術可以創建站前專業設施和接觸網設施詳細模型，利用其碰撞檢測的功能，將碰撞點盡早反饋給設計人員，與業主進行及時的協調溝通，在深化設計階段盡量減少現場的安裝沖突和返工現象。這不僅能及時排除項目施工環節中可以遇到的碰撞沖突，顯著減少由此產生的施工變更，更大大提高了施工現場的生產效率，降低了由于施工協調造成的成本增長和工期延誤的風險。

2.3 設施參數復核計算

由于站前專業的施工誤差等因素，可能導致現場實際情況與設計時采用的參數不符，如果直接采用設計圖進行訂貨或加工，可能導致安裝尺寸不合適的情況。根據現場實際情況和測量數據創建相關模型，用于復核和優化設施尺寸和安裝位置，有助于更準確訂貨和加工。傳統深化設計過程中系統參數復核計算以二維接觸網平面圖為基礎，接觸網平面圖與最終實際施工安裝的現場情況可能存在較大差別，導致計算結果不準確。偏大則會造成建設成本增加，偏小則會造成設施不能正常安裝。

3 BIM技術在接觸網工程施工深化設計中的應用

接觸網工程施工深化設計是指在工程實施過程中對招標圖紙或原施工圖的補充與完善，使之成為可以現場實施的施工圖。接觸網工程中安裝工程占有較大的比重，安裝精度要求高，對站前專業的設施依賴較大。接觸網系統內部設施之間的也存在較大的依賴關系，安裝誤差容易疊加，導致最終的安裝精度不滿足設計要求。采用BIM技術對接觸網系統進行深化設計，將很好地解決這些問題。

3.1 可視化交底

根據設計單位交付的施工圖和結合現場實際情況及測量數據，使用BIM三維建模軟件創建詳細的設施、場地三維模型，將接觸網二維圖紙設計信息表達出來，同時還可以補齊原始設計中漏掉的設施信息，充分反映現場實際情況。同時一些零部件、設施和設備可以采用廠家提供的參數進行創建，能更準確地表達實際的安裝情況。利用三維BIM模型，可以更直觀地分析各個設施之間的關系，為后續工作提供基礎。支柱位置變更及裝配更新見圖2。

3.2 精確訂貨和加工

三維BIM模型是基于現場的實際情況創建，施工單位可以更精確地進行安裝尺寸校驗。例如，站前單位施工誤差導致基礎面高程與設計不符，從而影響支柱高度及腕臂的安裝精度。利用三維BIM模型，可以方便地分析支柱高度是否滿足線材安裝條件，對于不滿足要求的支柱可以重新計算尺寸，對于需要預留孔的支柱可以計算出更滿足實際情況的開孔位置和尺寸。同時BIM模型中的零部件、設施和設備與現場是一一對應的關系，施工單位可以更精確、更便捷地制定材料計劃。

3.3 碰撞校驗

對于接觸網工程，既要避免設施和設備與其他站前設施相互之間的直接安裝沖突，還要考慮如絕緣校驗之類的“軟碰撞”。利用BIM技術能夠很方便地進行相關校驗。例如，進行橋上補償裝置安裝時，可檢驗補償墜坨與橋梁防撞墻或聲屏障是否有安裝沖突。又如，附加導線安裝需要進行跨越、跳線時，可以直接測量或利用其他軟件校驗絕緣距離是否滿足。在BIM模型中可以提前發現安裝沖突和絕緣距離不符合要求的情況，能夠及時優化設計方案，減少調整和返工的情況。補償墜砣與聲屏障碰撞示例見圖3。

4 結束語

分析傳統二維接觸網設計存在的不足，探討BIM在施工階段深化設計的優勢和應用。利用BIM技術對接觸網施工項目深化設計，進行建模、檢測和優化，不僅可以通過三維模擬技術實現精確化設計，還將有效提高施工效率，減少返工引起的材料和勞動力浪費，對縮短工期、降低工程造價和提高工程質量有重要意義。

[1] 劉彥明，李志彪． BIM技術在鐵路設計中的推廣應用[J]．鐵路技術創新，2015(3)：51-54．

[2] 朱飛雄． 高速鐵路接觸網施工關鍵技術[J]． 中國鐵路，2004(7)：20-23．

[3] 付家暢． 高速電氣化鐵路接觸網施工關鍵技術探討[J]． 中國科技縱橫，2013(23)：50-50．

[4] 王哲浩． 高速鐵路接觸網工程高精確度施工技術探討[J]．鐵道標準設計，2011(3)：106-108．

[5] 田廣輝． 接觸網設計和施工管理方式探討[J]． 科協論壇（下半月），2009(12)：9-10．

[6] 盧祝清． BIM在鐵路建設項目中的應用分析[J]． 鐵道標準設計，2011(10)：4-7．

[7] 朱江． BIM在鐵路設計中的應用初探[J]． 鐵道工程學報，2010(10)：104-108．

李凱：中國鐵建電氣化局集團有限公司，工程師，北京，100043

責任編輯 盧敏

U225；TP39

A

1672-061X（2015）06-0060-03