BIM技術在廣州地鐵六號線變配電所電纜敷設中的應用研究

(中國中鐵一局集團電務工程有限公司，西安 710038)

1 引言

近年來，隨著我國城市化進程的不斷加快，地鐵已成為城市公共交通系統中重要的組成部分。供電系統作為地鐵工程的關鍵系統，其隨地鐵規模日益擴大，結構形式愈加復雜，對信息化集成化的要求也逐步提高。如何進行信息化發展以適應現代化建設的要求，成為地鐵工程供電系統的亟需解決的核心問題。

建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)是基于三維數字技術的建筑業信息化發展技術，具有強大的三維可視化、協同性和信息提取的特點[1]。應用BIM技術，結合設計方案和計算機三維模型能夠很好地解決地鐵供電系統中的電纜敷設問題[2]。從電纜敷設安裝過程中的現場布置、支架布置、電纜敷設、施工人員組織等進行管控。最終達到提前發現方案中的問題，及時優化、調整方案，提高地鐵工程供電系統施工效率，推動地鐵工程建設的轉型升級。

2 傳統電纜敷設的局限性

2.1 應用概況

目前，國內外在供電系統信BIM息化管理方面進行了較為深入的研究，取得了一定的成果。如劉睿等人針對35KV變電站進行三維建模和電力工程定額工程量計算方面進行了研究，并提出電力工程造價管理新方向[2]。解莎莎等人研究了基于BIM技術與三維電纜敷設的精細化管理，并開發出BRCM軟件，用于營口五礦600m～2燒結工程施工[3]。崔文俊等人研究了BIM技術在基建項目全生命周期中的應用，并以小型項目推廣試點實驗[4]。王忠誠等人結合BIM技術研究了地鐵車站機電管線排布的相關研究，并以蘇州站進行試點研究[5]。然而，盡管BIM技術在地鐵供電系統信息化取得了較大研究，但其在地鐵電纜敷設方面仍存在一些不足。

2.2 應用重難點

在地鐵供電系統中，電纜是連接電源設備和供配電設備的關鍵橋梁。如圖1所示，供電電纜分為一次電纜和二次電纜，整個系統電纜種類近200種，導致在狹小的變電所夾層中施工時，電纜美觀受到影響，而且其正常運行也受到影響，具體存在以下問題。

圖1 供電電纜系統敷設圖

(1)現場測量難度大、用料浪費較多

由于傳統的電纜敷設圖紙或清單中電纜長度都不夠精準，和實際用量普遍存在較大偏差。所以通常都是由技術人員依據圖紙判斷電纜走向，再由施工人員現場測量決定電纜的長度。而現場測量的難度較大，施工人員測量水平的良莠不齊就導致了測量的誤差較大，經常造成電纜用料的浪費。

(2)電纜敷設不美觀，電纜交叉較多

因為電纜敷設通常都是由技術人員依據圖紙判斷電纜走向，現場測量出電纜長度，再編寫出敷設順序的。因此對于技術人員的判斷依賴較大，而技術人員判斷過程中缺乏合理的參照條件，僅憑借傳統的二維CAD圖紙及施工經驗很難保證考慮到位。實際上由于技術人員考慮不到位導致電纜交叉過多而返工的情況也時有發生。

(3)預留量考慮不到位，現場隨意盤圈

由于規范標準要求，電纜敷設必須保證預留量，但因為電纜實際的長度、走向及敷設順序都和圖紙有出入，所以預留量無法確定長度，通常都是現場隨意盤圈。因而導致現場電纜敷設凌亂、不美觀，且也造成電纜用量浪費。

(4)支架位置不合理，電纜走向限制

因為設計圖紙考慮不到位，設置不合理，所以大多數情況下電纜支架的位置都與現場實際的設備位置及電纜走向不匹配，限制了電纜的走向和敷設順序，最終需要花費大量的人力物力來調整解決電纜交叉。

(5)敷設空間限制，機械施工無法展開

供電設備房內敷設電纜受空間限制，電纜敷設將主要以人工敷設為主。人工測量及敷設所導致的測量誤差大、敷設順序不合理等問題都導致了電纜敷設存在交叉、布局不美觀，同時也造成了物料的浪費。

3 基于BIM技術的變配電所電纜敷設

3.1 應用需求

基于BIM的電纜敷設應用技術的核心是基于計算機三維模型，應用BIM技術結合現場實際的施工數據對電纜敷設設計方案進行模擬敷設及安裝，以優化方案的電纜用量和美觀度，并提前發現方案中存在的問題，及時優化、調整方案。

3.2 應用流程

BIM應用流程如2圖所示。

圖2 基于BIM的電纜敷設流程圖

(1)模型布置

在電纜敷設之前，需先布置設備，確定設備位置之后才能確定電纜的走向。因此，在模擬電纜敷設之前，也需要在BIM模型中根據圖紙確定設備位置、布置設備。

(2)敷設路徑模擬

在現場電纜敷設施工時，必須先布置電纜支架才能進行電纜敷設。因為電纜無法憑空敷設，必須有電纜支架作為支撐。但在BIM模型當中，即使沒有電纜支架也可以憑空進行電纜敷設，無需考慮支撐的問題。因此，可以不用顧慮設計圖紙當中的支架布局，也就不存在限制電纜走向和敷設順序的情況?？梢宰龅阶詈侠淼碾娎|敷設設計。

(3)布置支架模擬

在BIM模型中的電纜敷設完成之后，根據模型中的電纜走向布置支架，這樣可以保證電纜支架的位置與現場實際的設備位置及電纜走向相匹配，不至于限制了電纜的走向和敷設順序，也避免了最后調整解決電纜交叉的返工。

(4)統計線纜及支架工程量

基于BIM的高精度模型中包含了項目各類數據信息及幾何形狀信息，在BIM模型中進行技術測量可以快速、精準地得到電纜敷設所需的各類數據參數。

在BIM模型中，通過明細表可以精準統計電纜長度及支架數量，其中都已經包含預留量，無需重復計算。損耗量按照GB50217-2007《電力工程電纜設計規范》要求計取5%到10%裕量進行計算，通過這種形式就可以導出電纜采購單。

(5)指導現場施工

在BIM模擬的過程中，電纜敷設無需考慮支撐的問題，都是憑空在沒有電纜支架的情況下直接敷設的。目的是避免因設計圖紙中的支架布局限制了電纜敷設時路徑的優化，可以做到最合理的電纜敷設布局設計。最后再根據電纜路徑布置電纜支架。

4 實例分析

4.1 工程概況

廣州市軌道交通六號線二期供電系統安裝工程主要施工內容為六號線長湴—香雪段牽引供電系統變電安裝工程、牽引供電系統接觸軌安裝工程、綜合監控系統工程及疏散平臺工程。工程線路長17.4km，共設10座車站，全為地下站。全線共設置了6座牽引降壓混合變電所、4座降壓變電所和6座跟隨式降壓變電所。

4.2 應用結果

本項目在具體實施工程中，利用Autodesk Revit軟件及Autodesk 3ds Max軟件進行現場布置模型的搭建及設施設備模型的繪制、利用Autodesk Navisworks軟件進行電纜敷設安裝的全過程模擬及最終的模擬動畫輸出，對電纜敷設安裝過程中的現場布置、支架布置、電纜敷設、施工人員組織等進行管控，具體應用效果見圖3。

(1)模型布置

本項目為此次基于BIM的電纜敷設應用，建立了設施設備族資源庫，其中包含了大量常用的現場設施設備模型的族文件，比如配電柜、變壓器等各類設備。使用時只要按需選取模型，設置數據參數即可，方便快速地進行現場設備布置。

圖3 設備布置及電纜敷設模擬

圖4 電纜支架族配

(2)敷設路徑模擬

在BIM模型中進行電纜敷設時，主要依據施工圖紙的電纜路徑，連接設備后再與現場環境及其他電纜綜合考慮布局和走向，不同的電纜以不同的顏色區分(色標如表1所示)。在優化電纜路徑時，只需要調整電纜的位置參數(如偏移量)即可，方便快速。一至兩個工作日內即可完成一個變電所的電纜布局調整。

圖5 模擬電纜敷設

(3)布置支架模擬

在BIM模型中布置支架時，因為已經確定電纜路徑及長度了，所以只需要按照規范要求，支架間距保證小于800mm即可。包括電纜預留量的盤圈的輔助支架，因為已經有了電纜模型，布置時也是直接在對應位置布上對應的輔助支架即可。

表1 36kV電纜色相創建

圖6 電纜敷設路徑規劃

圖7 電纜相色模擬

圖8 BIM電纜支架布置

(4)統計線纜及支架工程量

在BIM模型中，通過明細表可以精準統計電纜長度及支架數量，其中都已經包含預留量，無需重復計算。損耗量按照GB50217-2007《電力工程電纜設計規范》要求計取5%到10%裕量進行計算，通過這種形式就可以導出電纜采購單。

圖9 通過模型導出電纜明細表

(5)指導現場施工

最后模擬完成時的BIM模型中的電纜路徑及支架位置都是確定的。因此，在現場電纜敷設施工時，可以先根據優化后的BIM模型中的支架位置布置電纜支架，然后再進行電纜敷設。因為電纜無法憑空敷設，必須有電纜支架作為支撐。

圖10 BIM技術的現場應用

4.3 應用分析

本項目通過應用BIM技術進行電纜敷設應用和優化，與其他專業進行協同設計、交叉優化等，充分發揮BIM技術在此方面的優勢，解決了以下問題：

(1)測量精準、誤差小，避免電纜用量的浪費。利用基于BIM的高精度模型，可以精準地測量出電纜敷設現的各類數據，提前統計計算所需的各種電纜的用量，有效地避免電纜用量的浪費。而且精確的測量數據也可以為電纜敷設走向及順序提供有效依據。

(2)通過工藝模擬，提前發現電纜敷設可能存在的交叉，及時優化，保持現場的整潔、美觀，同時也可以避免傳統安裝工藝導致的返工。在BIM模型中，可以以可視化的形式預先模擬電纜敷設，通過全視角的可視化模擬，簡單直觀地發現交叉位置。然后可以在模型中直接進行調整優化，解決交叉問題之后，再將優化后的模型及圖紙交付現場，指導施工，保證現場整潔、美觀。

(3)提前設置預留量及盤圈方式，精準控制電纜用量。在電纜敷設模擬過程中，對于需要預留電纜的位置提前設置預留量及盤圈方式，既能精確統計出電纜的長度、控制電纜的用量，也可以在優化電纜交叉的同時把盤圈位置和方式一起優化，保證不出現新的交叉。

(4)提前模擬布置支架，從而解決圖紙不合理部分，做到與電纜走向準確對應。在電纜敷設模擬過程中，先將電纜敷設的長度及走向確定下來，再模擬布置支架。這樣一來，既確保支架與電纜走向準確對應，也保證支架不會變成限制電纜走向的約束，從而保證支架的位置是最合理的。

5 結語

本項目通過BIM技術，對電纜敷設的電纜走向、敷設順序、支架定位等方面進行了方案模擬，并對技術測量、實際用量、實施管理等方面的技術難點進行適當的解決和優化，實現了電纜敷設降本增效，取得了較好的經濟效益和社會效益。

參考文獻

[1] 趙欽， 田慶，劉云賀，等.綠色建筑評價新標準下BIM技術在施工管理中的應用研究[J].西安理工大學學報， 2017, 33(2): 211-219.

[2] 李召虎.BIM技術在廣州地鐵六號線供電工程中的應用[J].城市建設理論研究：電子版， 2017(3).

[3] 靳書棟， 王艷梅，屠慶波，等.基于BIM技術的變電站三維建模[J].中國電力企業管理， 2016, 42(4): 88-90.

[4] 解莎莎， 金鵬飛.基于BIM技術的BRCM三維電纜敷設軟件在營口五礦600m～2燒結工程中的應用[J].施工技術， 2014, 43(24): 80-83.

[5] 崔文俊， 姚遠.BIM技術在供電所等小型基建項目中應用研究[J].科技資訊， 2017(33)： 10-11.

[6] 王忠誠， 王磊，張橋.基于BIM技術的地鐵車站機電綜合管線排布應用[J].土木建筑工程信息技術， 2016, 8(3): 66-73.