BIM技術在地鐵牽引供電系統設計中的應用

羅青龍

引言

近年來，隨著我國城市化進程的推進，城市軌道交通建設進入快速發展階段。BIM（Building Information Modeling建筑信息模型）作為建筑行業的革命性技術，在建筑工程項目中有較為廣泛和成熟的應用，但在城市軌道交通方面應用較少。目前，大部分城市地鐵BIM技術的應用主要集中在三維模型的效果展示和綜合管線設計等。尤其是在地鐵牽引供電系統設計中，仍處于初級階段，在信息整合、參數化建模和專業協同等方面存在欠缺。因此，亟需建立地鐵牽引供電系統三維數字化設計平臺和設計方案，全方位實現BIM技術的開發與應用。

1 牽引供電系統的BIM設計平臺

1.1 BIM設計平臺架構

基于BIM技術的三維數字化設計平臺架構如圖1所示。

圖1 牽引供電系統的BIM設計平臺架構

1.2 軟件平臺

Autodesk公司生產的Revit是當前主流的設計工具之一，在參數化建模方面有著諸多優勢。而該公司開發的AutoCAD作為傳統的二維設計軟件，仍有著其無法替代的功能需要。基于兩者建立牽引供電BIM設計平臺，通過可視化和參數化建模，形成一套面向牽引供電設計的解決方案。

1.3 設計管理平臺

設計管理平臺為BIM設計平臺的核心部分。在該平臺下完成二維、三維設計的建模和成果發布。設計管理平臺與中心模型管理平臺進行數據交互，通過中心模型管理平臺提供的工程模型，對知識庫進行調用，在本平臺上完成項目設計。

1.4 知識庫

基于標準化和規范化建立的電氣設備族庫、數據庫和圖庫等，構成牽引供電BIM設計平臺的知識庫。在該設計平臺中，通過對知識庫的有效管理和信息調用，不僅能實現對電氣設備的幾何參數進行描述，而且能夠對電氣設備的屬性信息、工程參數、設計約束等方面根據一定的設計規則進行匹配和封裝，從而更有效地解決參數驅動和模型驅動的機制問題。

2 BIM設計方案

2.1 電氣設計

2.1.1 主接線設計

電氣主接線圖設計是牽引供電系統設計的基礎工作。在AutoCAD軟件平臺上建立主接線模型，模型中元器件參數從知識庫中調用并賦值。主接線元件及參數應盡量全面、豐富，直觀反映電氣設備之間的聯系。

2.1.2 電氣設備布置

在電氣主接線圖的基礎上進行電氣設備的三維布置，采用Revit平臺完成布置工作。電氣設備模型通過工藝編碼與系統主接線自動關聯，實現系統和模型之間邏輯表達和物理表達的一致性，完成二維與三維的聯動設計。

電氣設備的布置，在滿足設計要求的同時，能夠進行碰撞檢測，避免設備發生硬碰撞（設備與其他實體之間的交叉碰撞）和軟碰撞（設備與其他對象之間的有效空間不滿足要求）。此外，軟件設計平臺提供協同式的預埋件布置、孔洞設置方案，通過加載預制的通用圖布置方案，使預埋件的布置及孔洞的設置與設備的布置相對應，實現三者空間上的協調統一。

2.1.3 電纜敷設

電纜敷設是電氣設計中十分重要的一環。通過電纜聯系表的邏輯信息，依托既定的電纜敷設規則，自動進行電纜優化敷設。在具體的實現方式上，根據實際的模型環境，進行電纜支/吊/橋架和電纜溝的自動布置，在此基礎上通過電纜的拓撲連接，完成電纜敷設。同時，軟件能夠自動精確統計電纜長度，根據需要從多視角、多維度展示電纜敷設分布情況。需要說明的是，電纜敷設應與低壓配電、通信信號等專業協同設計，特別是在變電所外的電纜敷設，須結合具體路徑及管線碰撞檢測，實現三維狀態下的合理優化設計。

2.1.4 接地設計

通過接地設計工具，動態繪制綜合接地網，同時能夠自動計算接地電阻、跨步電壓、接觸電勢等，并且能夠對相關參數進行校驗，完成車站綜合接地系統設計。對于變電所接地，通過動態繪制接地干線、支線，以及布置接地母排等，實現供電系統接地設計。

2.2 數據管理與信息聯動

2.2.1 數據管理

知識庫主要包括設備庫、族庫、圖庫等，同時涵蓋制圖規程及規范樣式等內容。對知識庫的管理，主要體現在數據的結構分類、數據集成及參數匹配、模型及樣式管理等，此外知識庫提供對外開放的接口，方便數據的編輯及導入導出，支持個性化定義等。

2.2.2 信息聯動

通過軟件平臺進行二維與三維的數據交互，以數據驅動為核心，實現主接線與電氣設備模型之間的關聯，保證二維與三維之間的一致性。真正意義達到“一圖修改、多圖聯動”的效果，減少重復操作，提高設計效率和質量。

2.3 多專業間的協同設計

傳統設計采用二維設計，各個專業通過在約定的節點互提資料完成配合。雖然這種方式較為成熟，但仍然存在著數據交換不充分、信息互通不健全等問題。對于信息量更大、表達方式更復雜的三維設計，專業間的配合要求也越高。因此，各專業不僅僅是配合，更要協同，即在設計中保持協調、同步，同時做到信息共享和精確配合。

BIM技術充分體現了協同設計的相關理念，包括建筑、結構以及設備等各個專業連接到同一平臺中，各工種之間的設計數據得到可視化共享。通過分布式操作和設計權限的分配，不同專業的設計人員在各自的工作集內完成專業內的相關設計，并將數據同步更新到中心模型中，保證成果的實時性及唯一性。該方式避免傳統設計中由于各個專業間互提資料、溝通問題造成的數據前后不一致，并實現正確的設計流程管理。

3 存在的問題

Revit作為目前主流的設計工具，有諸多先進的地方。但對于牽引供電系統設計，該軟件還不夠成熟，目前多集中在碰撞檢查等局部的技術應用。在族庫內容、繪圖輔助、三維模型表達方式上存在一定的欠缺，對二次開發的要求較高。

此外，BIM技術的推廣也面臨一些自身的問題：①缺乏完整的軌道交通BIM技術標準；②BIM設計對硬件的要求很高；③不同專業軟件平臺的接口兼容性問題沒有很好解決。

4 結束語

通過建立地鐵牽引供電系統BIM設計平臺，提出了地鐵牽引供電系統的三維數字化設計方案。該方案能夠實現供電系統設備參數化建模，以及設備與系統間的參數關聯和參數驅動，解決了三維建模可視化與協同化的問題，豐富了設計手段和設計深度。隨著BIM設計的深入，BIM技術將會在不斷迭代中得以改進，未來在設計、施工和運營中將會有更加充分的應用。

[1]曾莎潔，陸鑫，等.城市軌道交通BIM發展現狀[J].世界軌道交通，2017（1）：50～51.

[2]李良威，李朝陽，等.BIM技術在牽引供電系統設計中的應用[J].鐵路技術創新，2014，33（2）：71～73.

[3]周勝輝.BIM技術在地鐵電氣設計中的應用[J].文摘版：工程技術，2016（5）：30～31.