BIM技術在鐵路信號工程中的應用

文思揚

（中鐵第五勘查設計院集團有限公司 北京 102600）

1 引言

鐵路信號工程中，最終交付的設計成果是以圖紙的方式，按二維圖像的形式呈現出來的。即通過符號、線條、圖標等形態來描述工程設計內容。這種方法雖然能在直觀感受上使工作人員明白工程的重點，但因為用二維畫面描述三維工程實際情況的特點，會使細節出現一定的偏差。

隨著科技水平的提高，工程設計的方式及采用的工具已經有了很大的提升。目前一般使用CAD軟件計算機輔助繪圖進行設計，使設計人員不用手工繪圖。但因為二維畫面描述三維工程實際情況的缺點始終存在，設計圖紙與工程實際在某些細節方面無法相互對應，對鐵路工程建設的施工過程造成了一定影響。

例如在鐵路信號工程建設中，室外信號電纜的敷設就會存在很多問題。施工人員根據設計人員繪制的電纜徑路圖紙敷設室外信號電纜時，由于圖紙是只標注有坐標、設備、電纜的示意圖，無法反映現場信號設備與其他專業設備之間的位置關系和與之相適應的線纜徑路，難免會對工程數量的估計和設備材料的準備不足，影響工程建設周期[1]。

2 BIM 技術在鐵路信號工程中的優勢

2.1 模型立體可視化

2.1.1 三維立體模型建立

BIM（Building Information Modeling）建筑信息模型是在建設工程及設施生命周期內，對其物理和功能特性進行數字化表達，并以此設計、施工、運營的過程和結果的總稱。此項技術起源于美國，在建筑領域廣泛應用，其具有可視化、協調性、模擬性、優化性、可出圖性等特點，在鐵路工程領域有著非常廣闊的應用前景。

應用BIM技術，首先要建立符合工程應用的三維立體模型。鐵路工程涉及專業眾多，除建筑專業已具備完備的模型和設計平臺外，其余專業都需要在設計階段重新建模。信號專業需要根據本專業工程的特點制作模型，涉及種類繁多的設備材料。室外設備包括：各類信號機、各類轉轍機、各類方向盒、各類終端盒、各類應答器、鋼軌絕緣節、空心線圈、調諧匹配單元、補償電容、各類設備基礎和平臺、各類連接線纜等；室內設備包括：聯鎖機柜、監測機柜、電源屏、三相電源防雷箱、外電網監測箱、移頻柜、綜合柜、組合柜、接口柜、防雷分線柜、軌道柜、各類繼電器、隔離變壓器、各類斷路器、移頻發送器、移頻檢測器、采集處理器、各類連接線纜等。

模型需要具備信息完備性，不僅包含廠家、型號、生產日期、使用說明、重量、體積、壽命等基本信息；還應包含如相別、端口號、端口類型（光、電）、帶寬等端子邏輯信息。

模型具備可視化，滿足幾何尺寸相對誤差小于1%，同時滿足《鐵路工程信息模型交付標準》對不同工程階段的詳細要求。

建模時采集的幾何數據，應滿足繪制圖紙的精度要求；應全面反映零件、設備、設施的幾何特性（包括形狀、尺寸、結構等），確保無遺漏、無缺失；最小單元應為不可分割的構件或零件、材料。幾何數據采集的方式，在條件允許時應從設計圖紙中采集幾何數據；無圖紙時可采用三維激光掃描技術，根據被測物體的距離遠近，獲取米級、厘米級、毫米級精度的幾何數據。

建模時示意紋理采用對象的材質、顏色信息。材質信息應表達出與采集對象實體相同或類似的材質。紋理數據采集的方式，包括攝影和計算機模擬制作。攝影是三維模型中紋理數據獲取的主要方式，可為后期模型制作提供真實有效的紋理；而計算機模擬制作紋理可方便、快捷地獲取簡單紋理。

2.1.2 三維成像模式運用

信號專業在完成本專業設備材料建模的基礎上，結合紙質二維施工圖紙的信息，協同各相關專業，在BIM軟件平臺共同呈現設計成果。

整個工程的設計工作需要由各專業按照科學的分工依次協同完成。在這個過程中，利用BIM技術的協調性，可以輕松解決各專業設計師之間、設計師與業主之間在二維圖紙基礎上難以溝通的問題。

在這個階段，信號專業布置室外信號設備和敷設電纜時，應當注意和站場、路基、橋梁、隧道、軌道、接觸網等專業接口的細部設計；布置室內信號設備和線纜時，應注意和建筑、結構、通信、電力等專業接口的細部設計。

2.2 BIM技術的應用

2.2.1 線路布置設計

信號專業利用BIM技術，進行室內布線設計。先由信號設計人員根據本工程所使用的信號設備，向建筑專業提出本專業的房屋需求（例如：信號設備機房、繼電器室、電源室、防雷分線室和電纜引入室等信號設備房屋的面積、凈空和整體分布），然后由建筑專業提供滿足要求的信號設備房屋的BIM模型，再由信號設計人員根據《信號室內設備布置圖》布置室內機柜，并核對信號設備房屋的BIM設計模型是否滿足需求。根據《電源環線圖》《組合側面配線圖》和機柜的擺放位置，以線纜路徑最短為原則，確定各機柜間電纜走向、電纜槽安裝位置；最后利用各型電纜、各種設備端子的BIM模型完成布線設計。如圖1所示。

圖1 利用BIM技術繪制信號室內布線

2.2.2 碰撞檢查

傳統設計以二維圖紙為主，由各專業獨立開展設計。設計過程中僅以互提資料的方式進行溝通，難以避免各系統、各專業之間的設備相互重疊。利用BIM技術的可視性、可協調性有效解決以上碰撞問題，使得各個設備之間因為二維圖紙的缺點而產生的碰撞、覆蓋現象大大減少，各種設備之間的穿插設計更加直觀簡潔，提高了設計質量[2]。

信號專業做好和各專業之間接口細部設計的同時，在以下幾個方面進行碰撞檢查和設備布置優化：

（1）設備模型之間是否出現重疊的情況；

（2）設備模型之間的空間是否滿足各專業規范要求；

（3）設備布置是否存在優化設計的空間，便于之后的施工和運營維護。

2.3 輔助施工

在施工前，施工人員拿到傳統的二維設計圖紙，再輔助以BIM技術制作的三維圖紙，能更直觀地了解工程的各個方面，制定有針對性的施工方案，從而保證了最終施工成果的質量[3]。

利用BIM技術，根據工程的規模、需要采用的工藝，可以進行合理的資源配置。在施工前期，對多方面因素的統籌考慮，大大提升了施工管理水平并有力地控制了施工成本。

BIM技術的使用，可以在工程建造初期進行模擬施工，對施工工藝達不到或現場施工困難的情況，預先與設計人員溝通，對設計進行優化，使最終的施工圖紙更加周密。這大大減少了由于設計不合理產生的工作量，有效地節約了工程資源，加快了工程進度，使工程的經濟效益得到提高。

3 結論

時代繼續發展，技術不斷進步。在這樣的背景下，我國對民生工程的建設也有了更高的要求，這促使鐵路工程建設人員需打造出更加高品質的鐵路工程。BIM技術在鐵路信號工程中的應用，可以有效地解決許多傳統技術無法解決的難題，使鐵路信號工程擁有更高的建造質量。現階段BIM技術在鐵路工程中的應用還處在起步階段，它的后續開發和應用還需要鐵路建設者們不斷努力。只要我們不斷探索耕耘，BIM技術一定會促進鐵路事業長遠發展。