BIM技術在高速鐵路接觸網工程中的應用探究

鄭興

摘 要：高速鐵路是交通網絡的重要組成，而接觸網主要負責高速鐵路沿線為機車供電，如果其停電或者與高鐵列車之間的銜接不良，會給高速鐵路供電造成影響。在設計和施工階段要嚴格按照高鐵運行需求，保證接觸網符合要求，在這一過程中，BIM技術發揮著重要的作用。為研究BIM技術在高速鐵路接觸網工程中的應用，文章基于筆者在中鐵建電氣化局集團南方工程有限公司的多年工作經驗，在理論結合實際的前提下展開鐵路沿線上空架設高性能接觸網系統運行工程探討，系統闡述電力機車供電輸電線路穩定性和高鐵列車運行系統性，為BIM技術在建筑行業革命性運用和突破式發展提供新的驅動力，供相關專業人士參考。

關鍵詞：BIM技術;高速鐵路;接觸網;工程

中圖分類號：U225;TP39 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2021）11-074-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.11.025

高速鐵路是重要的交通設施之一，運行速度很快，保證其安全運行離不開接觸網的作用與支持。多維導向下的經濟與技術發展帶來了生產效率的提高，而在高速鐵路建設過程中需要建筑工程、材料力學和電學等多方面的配合，在應用和理論領域，協調發展以促進接觸網工程的建設和運行水平[1]。

1 BIM技術及其功能

BIM技術屬于傳統建筑工程學科繪圖與信息工程結合類分支，是當前最流行的營建領域實用科學。該技術能在傳統3D建模程序中迭代大量有用信息，更好地適應于工程設計、施工、管理等方面多任務框架，是一種科學而可用的數據化輔助工具。

而在高鐵建設領域，該技術能將項目的線路構型和其他固定設施進行融合，在高精尖的三維模型搭建完畢后，將內置信息貫徹于項目設計、施工、運維等各種環節，方便不同工種不同施工階段的調運和決策。

隨著工程的推進和其他維護性工作的進行，相關的設備信息和構件數據需要以數據庫的形式動態更新，幫助管理者和共享數據調用客戶的方便快捷預判。在項目管理中，特別是國際項目交涉領域，其協調合作和在線協商尤為重要，基于此，能充分凸顯BIM技術的長處并在多維應用場景下拓展其輻射面和功能性，實現思維共享、業務共創和風險共擔[2]。

1.1 深入理解式可視化

項目建設的各種環節需要不同工種和部門的人員進行協調，而不同知識領域的人員對其他業務理解能力有限，甚至無法讀懂復雜圖紙，因此，運用較為簡便的可視化方法就能在極易簡便的狀態最快速地進行技術交互與探討協作。

1.2 數字模擬化

不同工況下的運行及不同方案下的整體優化都會對電力系統或者機械設備的耐久性、容錯性和使用壽命產生影響，而運用數字模擬能在各種因素干擾下完善性結果論述，甚至以權重的方式進行不同方案的打分性判定，形成最優解[3]。

1.3 協同辦公與歸并管理

依托不同業務部門的數據庫和顯現3D模型，在系統流前提下開展不同項目過程額流水線化運作，在將不同分界線任務進行歸并，做到協同辦公與優化解決，提高工作效率。

1.4 良好的監督模式

綜合管理需要以質量工程領域進行系統化操作，而良好的監督需要建立在明顯的業務范疇和較為顯現的工作業績狀態下，以考核與工作流程化運營的不同模式能全過程監管工程質量，并把施工成本降至最低。

1.5 BIM技術的拓展

第一，模型集成。在應用BIM技術的過程中，其基本特征是模型的集成，不僅量化收集到的基礎信息，而且對應用的內容進行綜合分析，建立技術細節信息模型。建立的信息模型可以捕捉項目，在綜合模型上標出涉及的各個組件和組件的相對位置[4]。詳細輸入系統的具體應用特點，并借助建立模型，通過動態仿真和物理信息處理分析設計結果。

第二，參數處理。BIM技術在接觸網應用過程中具有參數處理功能工程部創建基礎數據庫。在數據庫的內容中，量化參數非常重要，具體應用中將考慮以下應用內容：首先，采集的參數信息必須與建立3D模型的相關參數保持強對抗性，即推動設計模型的應用和加工，并加快錯誤修復，改進系統內容具有積極影響;其次，在應用收集到的數據以方便數據需求時，應標注數據參數，提升參數內容的使用價值，為后續工作的順利開展奠定基礎。

第三，信息交流。BIM技術是一種綜合應用技術，在實踐中，它包括大數據技術、數字技術等多種技術，在特定的應用程序中可以交換信息[5]。在控制指令技術建模過程中，設計者可以依靠模型存儲方式將建筑結構涉及的參數信息整合到數據庫中。

2 高速鐵路接觸網工程中BIM技術的應用

高鐵接觸網工程設計階段十分重要，主要是接觸網線路復雜，安全性要求高，還要保證節能環保，所以是一項系統性和集成性的工程，更要保證設計方案的優良水平。在設計工作中，主要包括結構設計、消防系統、三維設計、整體檢查等內容，而BIM技術的應用主要體現在以下幾方面。

2.1 參數化建模

接觸網工程包括支柱技術、定位設備、接觸網技術等多種應用，其空間結構繁瑣，學科門類繁多。基于BIM技術的設計是參數化建模的主要任務，結構設計是整個設計工作的基礎，依賴于該技術協同性特征的實現。因此，要發揮BIM系統的協同效果，借助該技術可以收集接觸系統、支撐系統等的動力支持條件，借助系統本身的檢查功能進行動力回路檢查。在此期間，如果動力條件出現變化，接觸系統也會自動調整，實現全程自動化，不需要人力干預，進而提高效率[1]。

從接觸網施工中的基本組成部分考慮，高鐵應用的接觸網結構比較簡單，有接觸懸掛、基礎、支柱等，每個結構都承擔著不同的重任，聯系到一起形成總結構，并穩定為高鐵供電。這些結構內容在實踐中會涉及大量系統圖、剖面圖、施工總括圖等，利用該技術支持集成和整合各種圖紙，不僅包括數據，而且包括圖像信息，在繪圖軟件中進行啟閉。通過匯總上述內容信息構建三維立體模型，向工作人員直觀地展示施工方案，發展、優化并調整其中的難點和關鍵點，進一步確保施工質量[2]。

在具體應用過程中要注意以下幾點：首先，建立3D模型零件庫，在懸鏈線項目的運營過程中，使用了許多建筑構件。基于BIM技術可進行三維建模，輸入不同的構件參數，改進新工藝裝置的參數，增加參數化應用的價值。其次，進行視覺安裝，基于BIM技術的優勢，對裝配過程進行模擬，明確裝配過程，合理布置節點參數，得到可靠的數據分析結果。

2.2 結構沖擊試驗

懸鏈線項目工作流程包括大量應用內容和方法專業知識，在設計階段分成幾個部分，由不同部門填寫，很容易造成設計沖突。利用BIM技術，根據沖擊試驗模擬的結果，確定沖擊試驗，評價設計應用過程的合理性。例如，在懸鏈線柱與道路的碰撞試驗中，可以將結構模型參數輸入具體模型，通過數據對比調整設計參數，使其更具科學性和實用性。

2.3 模擬處理

懸鏈線高鐵項目中，施工路線和施工內容難度較大，在實際應用中可以利用BIM技術完成仿真過程，測試彈簧懸架與受電弓的關系、偏載偏差、柱承載能力[4]。搭建好支撐系統之后，利用特定軟件可以調整負荷內容，采取三相平衡的方式，保證整體的供電質量。例如，設計高鐵列車內的照明系統時，設計人員要嚴格按照施工要求并考慮高鐵的運行需求例如節能、環保等，合理設計，優化布置，保證符合規范要求，提高設計質量。借助BIM技術計算預計出發時間，如果該值超過安全值并滿足傳輸網絡安全要求，則使用相關數據內容，并將其作為項目中使用的數據。否則，需要繼續實驗，直到獲得最佳參數組合。

2.4 工程量測算及測繪

借助BIM技術建立懸鏈線工程模型，BIM技術的軟件功能可以執行工程量的全過程，并可以生成系統應用的單元號，節省了成本計算時間，降低了工程量的容錯性，提高了設計內容的應用效率。在成本分析中，將在精細化管理模型的基礎上，細化應用內容，明確不同構建環節的成本以及后續成本管理的依據。配套圖紙為通用應用圖、工程圖、裝配圖，借助BIM技術可以對其進行渲染，改進內容檢測，顯示三維圖形，為其他任務奠定基礎[5]。

另外，要進行三維碰撞檢查，尤其是嚴格檢查弱電和強電的碰撞點，聯系現場施工要求，確定碰撞點的安全可靠性。上述內容依靠傳統的二維設計方法難以實現，或需要消耗大量資源，而應用BIM技術，支持這些操作快速完成，且消耗資源量較少，還可以節約成本。

2.5 技術說明

高速鐵路接觸網工程在運營過程中，技術資料的質量直接影響施工過程的有序性。從具體應用過程看，可以利用BIM技術可視化應用的優勢，通過動畫、虛擬現實等技術展現內容。注重施工可建立技術要求公開數據庫，根據數據庫對施工人員進行評價，使施工人員清楚了解設計圖紙上標注的內容，直觀的App布局進行模擬一些有利于施工的關鍵設備和具體章節，及時查找施工方案中遺漏的部分，提前對施工過程內容進行分類，營造良好的工作環境[3]。

2.6 項目管理

在項目工作管理過程中，BIM技術的應用體現在以下幾個方面：施工單位借助建立的三維模型，執行儲備設計，避免預約失誤和大概率沖突。施工過程中，如在申請中發現問題，可直接在模型上標注，相應內容可直接輸入施工單位進一步處理。

3 高速鐵路接觸網工程中應用BIM技術的注意事項

為構建系統性工作流，讓每個部分效率最高、容錯性最低，并在高速鐵路接觸網工程中最大化發揮技術優勢，將設計與管理工作協同性開發，多維運行人員要注意高速鐵路接觸網工程的技術特性。

3.1 人力資源組織

施工現場的人力資源組織關系到不同業務部門的配合與現場施工安全的保障，BIM技術的運用需要現場高頻次的數據采集，并通過自動化設備進行數據的記錄與共享，所有人員都可能從該技術軟件中獲取信息，并展開設計、管理、施工等操作，這些人員來自不同項目部甚至分公司，具體工作時間無法協調一致。對此，要提前確定BIM技術負責人并保證其具有完全領導權，負責協調落實參與人員的時間，保證具體工作的有序開展。現場人員與后臺人員的權重應該匹配，項目設計方、施工方等各個參建方之間的數據要實現同步共享，保障不同施工環節的工作時間和效率。

3.2 避免和生產脫節

建模和實踐存在一定的差距，多維導向下的細節性建模通常需要現場人員的三輪論證，由于不同元件和附屬線路存在的差異，BIM技術在高鐵接觸網中會導致項目期間階段性成果的失敗或核算結果差距過大。所以，提升模型實用性至關重要，要保證該技術應用期間生成的模型、參數等要與實際施工數據保持一致，避免脫離實際導致最終無法使用。這意味著設計人員與施工人員要積極溝通，避免出現技術應用與施工兩條線的問題，強化施工人員與技術人員之間的互動交流，保證該技術的實效性。

3.3 科學控制施工流程

接觸網工程的施工流程比較復雜，要與其他工程配合，要求施工人員精確控制施工流程，準確傳遞信息，以保證各個環節的有效銜接。該技術的利用可以使用特殊軟件，加上數據庫的支持，快速繪制施工平面圖，保證給出的系統圖數據具有較高的準確度，同時，這個過程中可以發揮技術的自動化處理功能。

在接觸網施工的整體工作流程控制中，要建立數據庫，設定相應的分類和屬性，以便于為系統圖服務，幫助工作人員更好地把握每個環節的數據傳輸操作，為準確分析各個階段的施工內容提供支持，有效控制施工進度。

4 結語

高速鐵路接觸網工程需要建筑工程和電力科學的雙重結合，BIM技術可以集合建筑信息數據，從勘察、設計、施工、運行等階段的所有數據入手集成，建立起目標建筑的三維模型信息數據庫，借助模型的打造，提高了建筑信息的集成化水平，進而指導建筑工程的科學進行。

在真實施工環境下，高速鐵路接觸網工程項目數據構型龐大而復雜，借助BIM技術的可視化和參數化優勢可以提高道路設計效率，通過碰撞試驗和仿真，優化車票設計，滿足道路設計的安全性和可靠性。在接觸網安裝實施階段，采用BIM技術進行設計施工方案交底，負責接觸網的安裝施工、施工質量和施工管理改進。改進BIM技術服務于接觸網設計和施工中產生的大量數據的有效集成和傳輸，數字化竣工交付將施工階段的數據無縫傳輸至運維階段，為實現智能運維奠定了基礎。

參考文獻

[1] 劉紅良，王萬齊，王輝麟，等.BIM技術在高速鐵路接觸網工程中的應用研究[J].鐵路計算機應用，2019，28（6）：54-58.

[2] 鄧夢.BIM技術在高速鐵路接觸網工程應用[J].電子技術與軟件工程，2021（9）：193-194.

[3] 黃鑫，魯小兵.BIM技術在400km/h高速鐵路接觸網工程中的應用[J].高速鐵路技術，2021，12（5）：102-106.

[4] 談敦龍.BIM技術在高速鐵路接觸網工程中的應用研究[J].智能城市，2020，6（24）：109-110.

[5] 胡峰.BIM技術在高速鐵路接觸網工程中的應用研究[J].城鎮建設，2019（8）：103.