多維建模在低凈空隧道剛性接觸網中的研究與應用

陶赟

(中鐵二十二局集團電氣化工程有限公司，北京102308）

1 引言

隧道凈空主要指隧道內輪廓線所包圍的空間，其中，可以滿足隧道內部的通風設備、建筑限界、電氣化設備和照明燈具等功能所需要的空間。除此之外，還需要考慮其富余量和施工誤差的影響。在對其凈空的計算中，需要綜合考慮斷面形狀和斷面大小，得到最精確的隧道凈空值。而在現代化鐵路施工中，受限于既有隧道凈空限制，接觸網的架設往往不能按照正常模式懸掛，而需要將接觸網高度適當下降，或者采用剛性懸掛接觸網方式實現鐵路電氣化【1】。

在我國的鐵路低凈空隧道中，剛性接觸網是最有效的解決方法，同時，BIM 又是建筑領域的新興產品，通過BIM 技術的運用可以有效地加快工程建設整體效率，提高工程質量。所以，本文對于BIM 技術在接觸網中的應用中有著十分重要的現實意義，可以為我國快速發展剛性接觸網提供依據，并結合BIM 技術，進行資源的有效利用和整合。

2 剛性接觸網的特點

1）剛性接觸網的優點：結構簡單，施工方便、便于運行維護。受電弓與接觸網之間為剛性接觸，則二者之間不存在負荷的集中，接觸網的位移變化小，弓網之間的接觸好，不會有離線離弧現象，因此其磨損也較為均勻，由于剛性接觸網沒有張力的存在，所以其吊柱部分的承力較小，其穩定性也較好，同時，這樣的方式在設計上也較為容易。

2）剛性接觸網的缺點：剛性接觸網采用區別于柔性接觸網的材料，其接觸線為硬質鋁合金，所以，在施工中材料的不可調是一個非常大的不便利，對于施工過程中的安裝精度極高，一點點誤差都可能會導致整個生命周期的缺陷。剛性接觸網的剛柔過渡區往往是發生故障的區域，受電弓從剛性區域移動到柔性區域，經常會發生離線現象；相反，從柔性區域過渡到剛性區域時，往往會發生打弓現象。這是剛性接觸網的一個致命缺點。

BIM 技術的引入，通過多維建模，可以極大程度上提高測量施工精度，控制施工各環節質量，解決這一難題。

3 多維建模與傳統剛性接觸網施工的區別

1）施工理念不同：多維建模與傳統剛性接觸網施工最大的區別在于施工理念不同，多維建模借助先進的測量儀器和大量的計算機軟件，通過模擬計算、模擬施工、模擬運行等過程，準確計算出剛性接觸網各懸掛點零部件尺寸，直觀表達剛性接觸網安裝完成后的整體形態，碰撞檢查，自動生成施工圖，材料和工程數量統計，不同專業間協同設計，仿真界面等【2】，為接觸網全壽命管理打下堅實基礎。

2）施工組織不同：良好有序的施工組織是BIM 技術可以在工程中得到廣泛使用的重要條件之一。通過BIM 進行施工組織設計時，材料以多維模型的形式安排采購生產，人工、機械以單元化工程量進行組織編排，通過4D 模擬施工進度，可以合理地安排工序，避免窩工現象，避免勞動力的浪費。

4 BIM在接觸網維護中的應用

在接觸網的設計和使用過程中，BIM 的引入可以極大地方便接觸網的維護工作。首先，通過BIM 的模型進行分析，得出接觸網在運行過程中的薄弱環節，并定期進行這一結點的檢修和加固；其次，如果接觸網在使用過程中發生故障，可以通過BIM 模型分析故障發生的可能位置，再依次進行排除，這樣的方式可以極大地提高檢修效率，提高通行質量。除此之外，還可以將故障的發生上傳至BIM 的數據庫，供今后的設計和維護提供經驗【3】。

5 接觸網BIM技術的目標

通過上文分析可知，接觸網BIM 技術的實施將直接影響接觸網的設計、施工和維護的整個生命周期。BIM 技術的實現需要借助各軟件平臺實現，在軟件方面主要包含基礎平臺和應用功能2 個方面。軟件中的基礎平臺主要是為其應用功能提供支持和幫助。

在不同的階段，接觸網的表現形式也是不一樣的，在BIM的功能實現中也有較大的差異。綜合接觸網的設計、施工、運營等，BIM 技術在接觸網中的應用中主要有以下幾個模塊，如圖1 所示。

圖1 介紹了BIM 技術接觸網的2 個主要模塊和多個功能劃分。綜合考慮BIM 技術的特點和剛性接觸網多維設計的要求，其未來的研究趨勢和發展方向主要包括：專業軟件銜接、跨專業協同工作平臺、項目成員權限管理、碰撞點、電氣絕緣距離的自動檢測（見圖2）、工程數量統計和概預算、項目發布和項目展示、施工進度和計劃的控制、工程模型存儲和交底等8 大特點。

圖1 接觸網BIM技術模塊劃分

圖2 吊柱底座與隧道壁沖突示意圖

6 結語

通過BIM 技術對低凈空隧道剛性接觸網進行研究，逐步完善剛性接觸網數據庫，進行有效資源整合。實現可研、設計、施工組織、運營維護全方位管理流程化，大量的信息采集也為后續接觸網模型建立、數據分析、仿真實驗數據界面等奠定了基礎。