BIM技術在地鐵供電系統設計及施工中的應用

王志穎

摘要：國內城市軌道交通發展的越來越迅速，BIM技術在地鐵行業的應用也越來越廣泛。目前，以上海、廣州等城市為代表的地鐵項目都已經將BIM技術深入的應用到了工程施工的日常管理當中，但大多都是以土建結構、機電安裝等專業應用為主，而供電專業，由于其專業的特殊性，采用BIM建模具有一定的難度，目前國內還未有過城市軌道供電系統建模成功的先例。如何將BIM技術應用于城市軌道交通供電系統安裝工程施工，已成為BIM技術在城市軌道交通全專業應用中一個急需研究與實施探索的技術課題。

關鍵詞：BIM設計;地鐵牽引供電系統;參數化建模;協同設計

1 BIM技術在地鐵車站施工中的應用

1.1 施工場地動態布置

地鐵車站位于人口聚集的市區，周圍建筑和交通密度大，施工現場面積狹小，現場布置內容眾多。在施工準備階段，根據場布內容，結合現場實際情況，利用高清地圖進行現場規劃，構建精細化布置模型。在已完成模型的基礎上，根據規范驗算各工作面是否合理，模擬施工機械施工作業情況，提前發現施工過程中可能存在的沖突問題并進行優化。在施工階段，根據施工內容更新精細化場布建模并進行優化，實現場布動態布置，確保滿足不同階段施工的需求。

1.2 施工方案評選及優化

地鐵車站工程量大，施工涉及內容多、過程復雜。施工過程中通過BIM技術對多種可選施工方案進行初步模擬，選擇最合適的施工方案。用根據選擇出的方案完成BIM施工模型精細化建模。利BIM可視化和模擬性功能，模擬施工過程，使施工方案生動形象，分析施工順序，進度計劃等是否合理。通過施工模擬反饋的信息，綜合考慮施工方案，對施工質量、可靠、安全、高效等方面進行優化，從技術方面出發，全方位、多層次措施確保施工目標順利完成。

1.3 施工進度模擬及優化

以往施工進度大多是技術人員參考類似工程，依靠施工經驗進行編排的，這樣編排方法人為干擾因素多，缺少數據支撐[4]。而采用BIM技術將BIM施工模型和施工進度計劃關聯，實現BIM的4D施工進度模擬。一方面使施工過程直觀清晰，便于各參與方針對施工過程中存在的問題進行有效的溝通處理，提高發現并解決問題的可能性，另一方面，施工方可以根據施工進度計劃，結合施工方案進行施工進度模擬，對比分析不同的施工方案，選擇最合適的施工方案，結合施工現場情況進行科學合理的安排，實現施工進度的優化。

2 供電系統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）。

2.1.3 電纜敷設設計

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。

2.4 后期處理程序

（1）電氣網絡匹配檢查：可通過對電氣主接線和電氣設備三維布置模型之間的關聯，通過電氣主接線檢查設備布置、設備間連線的正確性，檢查設備間電路邏輯關系，直觀地反映出電氣設備的關聯。

（2）碰撞絕緣檢查：通過三維模型精確的坐標和屬性，自動檢查機械安裝方面的沖突，以及帶電體與接地體之間的絕緣間距要求，避免了工程設計中的“碰、漏、缺”現象，實現高精度無差錯設計。

（3）工程數量統計：通過對主接線中設備的統計得到電氣設備清單，并對設備材料清冊中的設備數量進行核實。

（4）生成施工圖：系統可以自動生成平面布置圖、立面圖、剖面圖，該圖紙隨著三維模型的改動而自動實現關聯改動。

（5）協同設計：使各工種之間的設計數據得到可視化共享，系統數據自動更新保證成果的實時性及唯一性，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。

（6）數據軟件接口：牽引變電所三維模型包含整個工程的所有數據，通過數據接口可以很方便地導出設計參數至相關的計算軟件，進行分析計算，例如把數據導入CDEGS Software軟件，對接地、防雷保護進行仿真計算;可以直觀地查看跨步電勢、電氣設備和導線是否處于避雷裝置的保護范圍內，提高了設計的準確性和可信度。

結語：。BIM技術應用成果不斷涌現，逐漸實現從局部到總體的四維、五維的現場施工動態模擬，初步實現了可視化、精細化的現代化管理模式。這種變革性的現代管理模式給地鐵供電系統施工項目實現精細化管理提供了新的契機。

參考文獻

[1]蘇斌，蘇藝，趙雪鋒，王磊.BIM在地鐵站點工程中的應用探索[J].土木建筑工程信息技術，2013，5（06）：95-100.

[2]李多貴.BIM在地鐵工程的應用初探[J].工程質量，2013，31（10）：52-54.