基于BIM的電纜管理系統及方法研究

西 窮

(中國鐵建電氣化局集團有限公司 北京 100043)

1 引言

鐵路四電工程具有規模大、施工標準高、建設速度快、建設周期長、管理協調復雜等特點[1]。現階段的鐵路四電工程電纜資料是以大量的文檔、圖表、圖紙等紙質資料為主要形式來管理電纜信息，在施工過程中很容易造成信息分散、不易查找和不便管理等問題，同時導致工作效率低、信息追溯繁瑣以及信息不直觀的問題。我們希望相關信息能在一個平臺中與每根電纜模型進行綁定，信息可以是文本、圖表、圖紙等。這樣就能做到施工過程中隨時對電纜信息查漏補缺，相關信息一目了然，避免歸檔時出現資料補填現象。

建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)是基于三維數字技術的信息化發展技術，具有強大的三維模擬、協同性和信息集成的特點[2]。目前，BIM技術在鐵路行業的應用主要集中于站前專業的路基、橋梁、隧道等設計[3-5]，站后專業的房建、暖通、給排水等設計[6]，以及高鐵建設、施工管理方面[7]。數據的集成管理是BIM技術最大的特點，進而可以改變生產組織模式和施工管理方式，使BIM技術從一種技術手段上升為施工管理行為[8]。

本文提出一種新的鐵路四電工程電纜管理系統及方法，用來改善目前電纜管理方式上存在的各種缺陷。

2 基于BIM的電纜管理系統的應用價值

BIM技術自誕生以來，在建筑領域應用較早，目前在建筑行業成功的應用案例也有很多，并且有比較成熟的軟件支持[9-11]。我們借鑒了成熟案例的經驗，利用BIM技術的三維形象化、可視化、信息集成度高等優勢為電纜管理系統找到了新的思路和應用方法。下面對該系統的應用價值進行具體分析。

形象化展示:進行三維模擬展示時，以形象的三維模型作為項目的電纜信息載體，施工人員可更加直觀地了解施工作業部位和對象，進而提高施工質量、工作效率和施工精細化程度[12]。

信息集成化:BIM模型所含有的信息進行協同工作，實現各階段信息的有效傳遞[13]，使施工人員通過BIM就能查找到相關信息，提高信息的全面性和準確率，減少信息流失，使得信息追溯方便快捷。

優化功能:該系統既可以在網頁端進行電纜數據信息查詢、填報也可以通過智能手機終端進行操作，大大提高了電纜數據信息的管理效率。

3 基于BIM的電纜管理系統技術方案

3.1 系統整體結構設計(見圖1)

圖1 系統整體架構

基于施工圖紙完成BIM模型的建立，以電纜清冊為依據，為各類電纜規劃詳盡的走向，對垂直、水平不同狀況下的電纜布置提供合理優化的轉彎方向及半徑，結合房建模型特點以及線路走向確定支吊架的安裝位置及形式，并對支吊架方案進行優化處理。建模完成后進行碰撞檢測，最終形成可指導施工的電纜敷設模型。通過該模型可進行工程量統計，生成電纜敷設施工圖、電纜清冊、電纜配盤表、電纜路徑及電纜排布圖等施工圖紙，圖紙校審通過后對模型及圖紙進行編碼導入平臺進行管理。

現場施工人員施工前可登陸平臺查詢需要敷設的電纜。通過可視化查詢可以直觀地看到電纜徑路和敷設情況，為施工人員提供查詢、下載相關圖紙、圖表的功能，作為現場施工的依據。施工結束后，可根據配置好的信息模板填報相應的電纜信息。

3.2 系統硬件架構設計

本系統硬件主要包含工作站和后臺服務器。工作站可以是電腦或智能手機終端，用于進入系統進行電纜數據信息管理工作。兩臺后臺服務器分別為Web服務器和數據庫服務器。其中，Web服務器用于電纜管理的Web發布。數據庫服務器用于配置文件、中心數據庫管理以及BIM模型系統和電纜管理系統的存儲。硬件架構如圖2所示。

圖2 系統硬件架構

3.3 軟件結構設計

系統軟件結構設計如圖3所示。

圖3 系統軟件結構設計

(1)數據層:由該系統的數據庫和配置文件組成。

(2)服務層:主要由DAL數據訪問層和Web-Service構成。其中，DAL數據訪問層是應用層B/S數據處理程序的基礎。為用戶提供增加、刪減、更改、查找數據庫中的電纜數據，以及讀取配置文件內容等基本操作；WebService為應用層的B/S頁面提供RESTful Web API接口服務。

(3)應用層:在服務層和數據層的支持下實現系統操作與應用，也就是Web頁面。其功能主要有模型信息管理、模型編碼管理、資料管理、數據導入、基礎數據及業務數據維護、二維碼管理、數據查詢等。

4 基于BIM的電纜管理系統功能應用

4.1 具體應用

該系統提供統一的電纜模型信息模板及電纜數據導入的功能，數據配置責任人進行數據管理及維護，實現電纜數據的導入和共享的規范化管理。所有電纜數據信息在施工現場將以二維碼為載體展現，通過掃描二維碼，可以將設計、施工、運維各階段的數據動態接入系統。最后形成以模型為載體，二維碼為信息擴展入口，集成每條電纜的數據信息，實現了電纜數據管理的動態擴展。既可以在三維場景中通過模型交互查看電纜信息，也可以通過掃描電纜上的二維碼快速查詢相關信息。真正實現設計、施工、運維三個階段所有相關數據的存檔管理。

例如:某個區間工點需要進行電纜管理。首先要基于鐵路BIM聯盟相關標準對本項目工程實體制定一套完整、可行的編碼規則。然后通過建模軟件創建該工點的電纜模型并按本項目的編碼規則對相關模型進行分類編碼。再將三維模型導入至BIM平臺中作為電纜數據的三維可視化載體進行統一管理。通過在平臺中對電纜按編碼進行分類配置，導入對應的電纜圖紙資料、數據綁定到模型上進行信息集成化管理。

在平臺中生成二維碼，現場施工時打印安裝在電纜上。將二維碼作為現場人員信息交互的快速入口，通過掃描二維碼可快速查詢相關的設計、施工、運維數據信息，也可以將相關的施工、運維記錄作為檔案擴展到電纜屬性中。

通過BIM平臺中的電纜查詢功能，快速查詢該工點的相關電纜，查詢相關的關聯數據。

具體操作流程如下:

(1)打開平臺網站，登錄個人賬戶進入平臺。

(2)左側菜單欄找到【項目管理】，并在項目配置中配置相關的編碼規則。

(3)左側菜單欄找到【模型管理】，上傳BIM模型。

(4)進入模塊后點擊【數據導入】，根據BIM聯盟的信息交換模板，填相關數據，導入平臺，將相關基礎信息掛載到模型上。數據導入界面如圖4所示。

圖4 數據導入界面

(5)進入模塊后點擊【電纜管理】，根據電纜類型配置電纜信息，用于電纜查詢。電纜類型新增如圖5所示。

圖5 電纜類型新增

(6)通過選擇工點、專業、電纜編號進行查詢，可以快速定位到電纜位置，還可以點擊漫游，查看電纜路徑。電纜查詢界面如圖6所示。

(7)經過查詢界面的操作后，系統會自動過濾無關的模型，形象地展示電纜始末端連接的設備以及經過的支吊架等，如圖7所示。點擊右側信息欄可查看電纜的數據信息，如圖8所示。

圖6 電纜查詢界面

圖7 電纜徑路

(8)進入模塊后點擊【二維碼管理】，根據工點、專業生成相關電纜的二維碼，施工結束后，安裝在對應電纜上。現場通過智能手機終端對二維碼進行識別操作，根據系統配置的用戶權限可直接查詢相關電纜數據信息或動態擴展。

4.2 系統特點

綜合目前高速鐵路四電工程電纜管理的特點，再結合京雄城際鐵路四電工程電纜管理需求，研發了基于BIM電纜管理系統。該系統具備功能齊全、操作簡單、數據實時共享、應用性強等優點，為施工人員提供了一個多方位、多功能、全過程的信息共享、信息交流、信息管理精度高的鐵路四電工程電纜管理平臺。為京雄城際鐵路四電工程電纜管理提供了高效、高水平的信息化管理平臺。

圖8 電纜數據信息

利用BIM技術對四電工程的電纜進行路徑優化，通過三維可視化的效果，更加快捷地規劃布局，完善電纜的走向和層次。依據制定的編碼規則及電纜命名規則，對每一條電纜編碼及命名，有利于實現電纜相關屬性的掛接。

通過應用層B/S頁面的架構設計，實現了對鐵路四電工程的電纜管理。其中，三維可視化的電纜徑路可以指導現場施工，電纜數據管理可以提高施工管理的精細化程度。從而使得該系統在電纜管理方面實現全面的三維模型高精度、全方位的展示，具有數據信息管理精細度高、可追溯性好等特點。

5 結束語

本文設計的基于BIM的電纜管理系統中由BIM來承載電纜信息數據庫，實現電纜的三維可視化展示和數據信息的高度集成。直觀的三維模型以及數據集成能夠將施工人員從復雜而抽象的二維圖形、紙質表格和文檔中解放出來。所涉及到的人員可通過Web端BIM平臺或智能手機終端進行查詢、填報等操作，方便相關人員的溝通與交流，在一定程度上避免了信息不全面、不準確的問題。通過該系統實現電纜信息共享及協同管理，提高信息應用的價值，從而提高我們的工作效率。