鐵路信號室內BIM工程設計與軟件研究

崔超

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北 武漢 430063）

隨著科技創新工作的不斷推進，以BIM技術為代表的智能建造正在深入開展。設計單位作為項目龍頭，在鐵路項目設計階段采用BIM技術已勢在必行。因此，鐵路各專業有必要梳理并明確本專業設計內容并開發相應的輔助設計軟件，以保證未來快速完成設計內容，實現BIM正向設計［1］。

1 背景

《高速鐵路信號工程細部設計和工藝質量標準》（鐵總建設〔2018〕35號）中要求“高速鐵路信號工程應采用信息化手段進行項目管理，使用BIM、二維碼、視頻等技術，實現布局規劃合理、質量追溯、隱蔽工程可視化等目標”“下走線布線應采用BIM技術進行碰撞試驗”等。各鐵路局集團公司也陸續向設計單位發函，建議設計單位在新線建設、更新改造工程設計中采用BIM技術，滿足運營維護單位的設備維修管理水平和設備管理信息化水平。

傳統二維設計圖紙在提供給施工單位后，考慮到現場施工人員對圖紙理解偏差，可能會出現“圖實不符”等情況。另外，信號專業室內配線眾多，在施工過程中經常會出現前期規劃不足、線纜布放返工等情況［2］。因此有必要在設計階段采用BIM技術有效規避上述問題。

2 室內設計功能需求

根據對二維設計出圖內容有關標準的梳理，僅討論信號專業室內聯鎖設計內容，未來采用BIM設計應實現以下功能。

2.1 機柜設備布置

信號設備機房主要分為信號繼電器室、電源屏室、計算機機房、防雷分線室等，各設備機房放置的機柜種類較多，設計人員應遵照有關原則根據機柜尺寸科學合理的進行布置。根據《鐵路信號維護規則》及設備應用需求，機柜布置的原則主要有如下幾點：

（1）機柜（架）排與排的凈間距≥1.0 m；

（2）機柜（架）、控制臺與墻的凈間距，主通道≥1.2 m，次通道及盡端柜（架）≥1.0 m；

（3）電源屏排與排或電源屏與機柜（架）的凈間距≥1.5 m，電源屏與墻的凈間距≥1.2 m；

（4）移頻柜、接口柜宜靠近計算機機房布置；

（5）列控機柜宜靠近軌道電路監測柜布置；

（6）道岔缺口監測宜靠近信號集中監測機柜；

（7）聯鎖機柜宜與CTC機柜并排設置；

（8）隔離柜宜靠近防雷分線柜設置；

（9）同類型設備機柜宜并排設置；

（10）移頻柜宜靠近電源屏室設置；

（11）綜合柜、防雷分線柜和電纜柜宜靠近電纜引入口設置。

2.2 組合排列表達

信號室內設計應明確設備機柜各層放置的信號組合，包括機柜名稱、組合名稱、組合中包含的繼電器個數和類型。組合排列原則主要有如下幾點：

（1）機柜和組合名稱宜具有統一的規則；

（2）在進行組合排列時，同類型信號組合宜分咽喉并按照站場順序進行分類放置；

（3）組合間配線較多的宜放置在同一機柜內，維管單位需經常操作的組合宜放置在機柜中間層位置；

（4）機柜內可放置的組合層數應遵循設備最大容量限制，機柜第一層宜空余。

2.3 室內電路設計

信號室內電路主要包括信號機電路、轉轍機電路、軌道電路、驅動和采集電路、電碼化電路、閉塞電路、站聯電路、電源電路等，對于該部分設計內容未來使用BIM出圖時建議采用定型版圖，對于無法定型的圖紙則保留二維出圖方式，在信號BIM室內設計中暫不體現室內電路原理部分內容［3］。

2.4 組合內部配線

信號室內設計應包含各組合內繼電器接點至側面18柱端子板接線，但隨著裝配式技術的發展，信號組合內部配線應盡量采用定型圖、模塊化設計，內部配線全部廠制完成，避免現場接線錯誤。當采用BIM設計時，宜利用繼電器和側面端子板的屬性值完成組合內部配線表達。

2.5 組合側面配線

信號室內設計中的組合側面配線主要是依據室內電路進行各繼電器組合間的側面配線。當采用BIM設計時，可通過對組合側面端子添加“連接端子”屬性值進行表示。

2.6 設備碰撞檢測

信號設備機房除放置信號專業設備外，還布置有暖通空調、氣體滅火設備以及房屋結構的梁板柱等，可能存在物理空間上的碰撞和設備間距不滿足要求等問題。同時當側面配線采用下走線時，下走線與靜電地板支架可能會存在碰撞，上述碰撞需在BIM設計時進行碰撞沖突檢測。

2.7 線纜科學排布

信號室內布線應滿足信號工程施工技術要求，同時達到工藝美觀以及經濟性的效果。在進行架間布線時，電纜路徑和電纜型號的選擇可能并不唯一，因此可在設計階段進行規劃，實現信號室內布線科學合理排布［4］。室內布線應遵循以下原則：

（1）室內布線應采取強弱電分離，合理采用上、下走線方式，其中電源線纜、聯鎖列控驅采電纜、ZPW 2000軌道采集電纜、室內應答器尾纜等采用下走線，其他線纜采用上走線方式［5］；

（2）室內布線線纜宜分層布設，各線纜間應無明顯不合理交叉，線纜布放應減少繞行［6］；

（3）室內布線應遵循細電纜避讓粗電纜，可彎電纜避讓不可彎電纜；

（4）電源線及發送、接收線應采用柵格隔離分開走線［7-8］；

（5）同類型設備配線宜放置在同層進行走線。

2.8 設備數量統計

信號室內設計完成后，應對信號設備和線纜進行分類統計，形成精確的統計明細表。實現工程數量精確統計不僅可以實現設計階段對成本的精準控制，同時對施工單位的物資采購具有指導意義。

2.9 可視化交底

在傳統設計過程中，設計人員利用二維圖紙進行設計交底，現場的評審人員對抽象化的圖紙可能存在理解偏差。通過BIM和VR技術的有效結合，利用虛擬現實仿真技術，讓審查人員在設計階段便可身臨其境感受項目建成后的效果。同時也可讓現場施工人員對設計方案有更加直觀和深入的理解［9］。

3 室內設計軟件開發

目前BIM主流建模軟件有Autodesk Revit、Bentley、Catia 3款，其中Revit軟件最早應用于建筑領域，技術使用成熟，并預留軟件二次開發接口，因此本次選取對Revit軟件進行二次開發，實現鐵路信號系統室內設計的相應功能［10］。

軟件開發的前提是首先需要對信號室內設備的幾何屬性和非幾何屬性進行系統梳理，建立一套滿足施工要求、達到一定模型精度的BIM模型。根據上述對信號專業室內工程設計內容梳理，信號室內BIM設計軟件主要劃分為輸入數據格式統一模塊、室內設備自動布置模塊等8個功能模塊，對應實現上述功能（見圖1）。

圖1 信號室內BIM設計軟件模塊

目前各設計院二維輔助設計軟件基本成熟，用戶首先選取二維設計軟件已計算輸出的室內配線和組合零散數據，軟件可對聯鎖、區間、電碼化等不同軟件的輸出數據進行格式統一，同時自動完成機柜數量、機柜名稱、組合名稱、組合位置計算，并按照相應規則完成設備自動布置和組合排列表達，期間用戶可對設備布置進行微調干預。軟件會根據用戶確定的設備最終位置進行側面配線、零散配線以及綜合布線表達，最終輸出室內工程數量統計明細和碰撞檢測報告。信號室內BIM軟件設計流程見圖2，某站信號室內設備布置BIM示意見圖3。

圖2 信號室內BIM軟件設計流程

圖3 信號室內設備布置BIM示意圖

4 結束語

在調研部分施工和運維單位的應用需求基礎上，結合傳統二維圖紙的出圖內容和現行技術標準進行梳理，總結未來采用BIM技術時信號室內的設計內容。選取Revit軟件平臺進行二次開發，開發一套滿足上述出圖內容的輔助設計軟件，滿足未來信號專業室內BIM快速出圖需求。