BIM技術(shù)在電氣化鐵路接觸網(wǎng)中的應(yīng)用研究

中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 成都 610031

鐵路工程施工中要求加強接觸網(wǎng)的建設(shè)，其是在鐵路上空架設(shè)的特殊形式的輸電線路，為高速鐵路機(jī)車提供電源。通過接觸網(wǎng)的設(shè)計能夠提升工程線路的運行質(zhì)量，促進(jìn)鐵路的安全、智能運行。BIM（Building Information Modeling）即建筑信息模型，BIM技術(shù)應(yīng)用在接觸網(wǎng)的設(shè)計中能夠有效彌補二維CAD的不足，建立一種有效整合系統(tǒng)設(shè)計、出廠與安裝調(diào)試的綜合性運行方式，為其提供了系統(tǒng)化的運行方式。

1 BIM技術(shù)在高速鐵路接觸網(wǎng)工程設(shè)計中的應(yīng)用

1.1 接觸網(wǎng)工程中零部件三維族庫

運用BIM技術(shù)進(jìn)行接觸網(wǎng)設(shè)計，要求進(jìn)行零部件三維族庫、腕臂計算及可視化裝配，以及接觸網(wǎng)模型線路布置。針對工程實際情況建立零部件三維族庫，包括補償裝置、腕臂支撐裝置、接觸懸掛、定位裝置等，結(jié)合具體功能與相關(guān)型號等進(jìn)行建模，在族庫中增加工程施行過程中必要的新設(shè)備與標(biāo)準(zhǔn)接觸網(wǎng)零部件等，運用BIM專用軟件選擇某一平臺構(gòu)建三維族庫。

1.2 接觸網(wǎng)工程碰撞檢查

將鐵路接觸網(wǎng)設(shè)計中的各項相關(guān)數(shù)據(jù)通過BIM技術(shù)等構(gòu)建模型，并對各種情況進(jìn)行碰撞檢測，由此使設(shè)計過程達(dá)到一定的協(xié)同效果。通過“硬碰硬檢查”等，對接觸網(wǎng)設(shè)計中的多項內(nèi)容，包括路基、接觸網(wǎng)基礎(chǔ)、支柱、橋梁、聲屏障、隧道等相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行多樣化檢查，包括錯、碰、差、漏等，由此通過多種操作生成最終的檢測報告，及時發(fā)現(xiàn)其中存在的錯誤與失誤，并對此進(jìn)行及時的修改與調(diào)整，避免接觸網(wǎng)后期設(shè)計中出現(xiàn)較大范圍的設(shè)計變更。通過“軟碰撞檢查”，判斷設(shè)計中接觸網(wǎng)線路絕緣距離是否與工程建設(shè)實際情況相符，重點檢查絕緣薄弱位置，包括上跨接觸網(wǎng)的電力線路與大橋等。

1.3 接觸網(wǎng)仿真模擬

鐵路接觸網(wǎng)電氣化設(shè)計中，運用BIM技術(shù)對電氣接觸網(wǎng)進(jìn)行仿真模擬分析，主要針對電氣接觸網(wǎng)中的弓網(wǎng)關(guān)系、支柱容量、彈性懸掛、風(fēng)偏等結(jié)合實際操作進(jìn)行仿真分析。由工程設(shè)計人員對接觸網(wǎng)的電氣化仿真分析情況進(jìn)行評估，使工程作業(yè)的安全性得到保證，且與鐵路接觸網(wǎng)電氣化設(shè)計的實際情況相結(jié)合，基于各種條件達(dá)到最優(yōu)的設(shè)計方案。

2 BIM技術(shù)在高速鐵路接觸網(wǎng)工程中的應(yīng)用研究

2.1 高速鐵路接觸網(wǎng)工程設(shè)計、技術(shù)交底

對設(shè)計過程進(jìn)行交底，向施工單位講解接觸網(wǎng)電氣設(shè)計意圖，以文字、圖片與圖紙的方式進(jìn)行技術(shù)交底，實現(xiàn)對鐵路接觸網(wǎng)電氣化設(shè)計的多種展示。BIM技術(shù)的運用為工程設(shè)計建立了一種可視化的展示方式。由此，工程施工單位能夠從總體上掌握鐵路施工的路基情況、工程概況、隧道布置、懸掛方式以及工程數(shù)量等。在二維圖紙中難以實現(xiàn)對工程施工情況的立體化表達(dá)，而BIM技術(shù)的運用則實現(xiàn)了這一目的，能夠清晰且立體地展現(xiàn)接觸網(wǎng)實施中的細(xì)節(jié)。通過BIM的接觸網(wǎng)設(shè)計交底，在工程設(shè)計與施工之間建立了良好的溝通渠道。

促進(jìn)技術(shù)交底。運用BIM技術(shù)，以虛擬現(xiàn)實、動畫等方式對接觸網(wǎng)電氣化施工中的關(guān)鍵工序進(jìn)行技術(shù)交底等，編制三維作業(yè)指導(dǎo)書，以此指導(dǎo)施工單位，由此避免在施工過程中出現(xiàn)誤解設(shè)計圖紙的問題。通過三維模型的構(gòu)建，對特殊區(qū)段與重點設(shè)備等進(jìn)行現(xiàn)場模擬，由此可實現(xiàn)對接觸網(wǎng)施工中特殊區(qū)段的現(xiàn)場模擬。

鐵路接觸網(wǎng)施工中的關(guān)鍵工序包括腕臂預(yù)制裝配、承力索架設(shè)、支柱組立及整正、承力索架設(shè)、彈性吊索安裝、接觸線架設(shè)、錨段關(guān)節(jié)調(diào)整、附加導(dǎo)線架設(shè)調(diào)整、電連接線安裝、接觸網(wǎng)精調(diào)、加導(dǎo)線架設(shè)調(diào)整、設(shè)備安裝、吊弦預(yù)制安裝、接觸網(wǎng)精調(diào)等相關(guān)步驟。通過運用BIM技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)有效的技術(shù)交底，由此制訂專項施工方案，對較為復(fù)雜的工序進(jìn)行細(xì)化，以此保證工程施工工序順利進(jìn)行。BIM腕臂裝配圖如圖1所示。

圖1 BIM腕臂裝配圖

2.2 接觸網(wǎng)基礎(chǔ)施工管理

一般由站前施工單位制作完成橋梁段支柱基礎(chǔ)，以及隧道中滑道、路基、拉線基礎(chǔ)等工作，由接觸網(wǎng)施工單位檢查施工質(zhì)量是否符合要求、預(yù)埋位置是否恰當(dāng)。站前專業(yè)、站后四電專業(yè)之間接口部分為接觸網(wǎng)基礎(chǔ)、槽道等?？蛇\用BIM技術(shù)進(jìn)行工程的施工規(guī)范管理，據(jù)此加載接觸網(wǎng)基礎(chǔ)BIM，從而實現(xiàn)虛擬檢查與虛擬建造。應(yīng)加強站前施工單位預(yù)留施工指導(dǎo)，嚴(yán)格按照施工流程進(jìn)行，避免出現(xiàn)預(yù)留侵限、預(yù)留錯誤、預(yù)留碰撞等現(xiàn)象。對施工活動進(jìn)行檢查，及時找到施工中存在的問題，并在模型上標(biāo)注出來，將出現(xiàn)的問題反饋至站前施工單位進(jìn)行處理。基于BIM技術(shù)的接觸網(wǎng)基礎(chǔ)施工管理，能夠提升施工質(zhì)量，解決站前與站后施工單位溝通不利的問題。

2.3 接觸網(wǎng)進(jìn)度管理

電氣化鐵路接觸網(wǎng)施工中，要求建立相應(yīng)的工程施工程序，對工程進(jìn)度進(jìn)行必要的管理，分解接觸網(wǎng)設(shè)備，包括支柱、腕臂支撐、下錨補償裝置、支柱基礎(chǔ)、中心錨結(jié)、定位裝置、隔離開關(guān)、下錨補償裝置、避雷器等，并對工程構(gòu)件進(jìn)行實例化編碼。接觸網(wǎng)工程實體構(gòu)件可關(guān)聯(lián)BIM程序中的模型，程序中驅(qū)動模型變色，由此工程進(jìn)度可通過模型的顏色變化表示，接觸網(wǎng)支柱組立完成后可用紅色表示。將模型中表示的進(jìn)度和工程實際進(jìn)度相對比，由此分析判斷工期完成情況，判斷工程是否滯后或者提前等，判斷工程滯后是否達(dá)到預(yù)警峰值，一旦契合則警報響起，對工程施工進(jìn)度進(jìn)行調(diào)整，由此實現(xiàn)BIM技術(shù)與工程施工組織信息之間的融合。接觸網(wǎng)工程進(jìn)度圖如圖2所示。

圖2 接觸網(wǎng)工程進(jìn)度圖示

2.4 接觸網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與集成手段

將BIM技術(shù)運用到接觸網(wǎng)設(shè)計初期建模之中，非幾何屬性與幾何屬性均用此信息進(jìn)行表達(dá)，包括支柱長度、壽命、截面尺寸、支柱容量、型號、材質(zhì)、名稱等。接觸網(wǎng)支柱在生產(chǎn)制造階段即生成具有產(chǎn)品信息的二維碼，運用信息化技術(shù)將出廠信息通過二維碼的方式綁定。通過二維碼掃描顯示出支柱生產(chǎn)批次、材質(zhì)、廠家、出廠編號等，由此可進(jìn)行下一步操作。在安裝接觸網(wǎng)腕臂支撐裝置之前，要結(jié)合實際使用需要進(jìn)行工廠化預(yù)配。

相關(guān)部件的設(shè)計要求結(jié)合現(xiàn)場測量中的外軌超高、側(cè)面限界、支柱斜率等相關(guān)參數(shù)得出下料長度，并對部件進(jìn)行必要的加工與切削等動作，完成之后將其組裝為腕臂支撐裝置，通過現(xiàn)場測量與計算使設(shè)計能夠滿足接觸網(wǎng)拉出值導(dǎo)高等相關(guān)要求。對接觸網(wǎng)支柱及相關(guān)設(shè)備進(jìn)行安裝調(diào)試等，完成之后掃描部件中的二維碼，在二維碼中附加安裝調(diào)試時間、監(jiān)理人員、安裝調(diào)試記錄、現(xiàn)場安裝照片等調(diào)試信息。

針對設(shè)計期的BIM技術(shù)，對其進(jìn)行輕量化處理，通過建模分離，在數(shù)據(jù)信息庫中添加BIM信息，同時在數(shù)據(jù)庫中導(dǎo)入接觸入場檢驗信息、腕臂吊弦預(yù)配信息、出廠信息、安裝信息、入場檢驗信息、驗收信息等。同時，結(jié)合實際運行情況，利用BIM技術(shù)對已關(guān)聯(lián)的接觸網(wǎng)構(gòu)件進(jìn)行編碼處理。

2.5 接觸網(wǎng)數(shù)字化竣工交付

在高速鐵路施工建設(shè)完成之后，運用BIM技術(shù)對工程施工情況進(jìn)行整理并完成工程竣工，施工完成之后結(jié)合運營單位的相關(guān)要求整理工程施工材料，并建立數(shù)字移交方式，將BIM承載建設(shè)中的相關(guān)信息整理之后移送至運維階段，由此完成BIM技術(shù)的深入運用。在運營期即建立針對BIM技術(shù)的故障病害診斷、接觸網(wǎng)臺賬與維修履歷管理等多種方式，實現(xiàn)對工程運行過程中多個層面的信息整合，從而建立有效的信息融合與故障檢測和維修方式，由此確保接觸網(wǎng)設(shè)備運行的高效性與安全性。

3 結(jié)束語

將BIM技術(shù)運用到接觸網(wǎng)工程設(shè)計與施工的各個階段，可提升接觸網(wǎng)設(shè)計效率。在設(shè)計過程中通過仿真模擬、碰撞檢查等方式，并以此構(gòu)建最優(yōu)的接觸網(wǎng)設(shè)計方案，能夠提升接觸網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計的安全性與可靠性。將BIM技術(shù)運用于接觸網(wǎng)專業(yè)技術(shù)交底以及施工與竣工交付階段，可建立智能化的鐵路接觸網(wǎng)，能夠優(yōu)化鐵路系統(tǒng)的設(shè)計與運行。