BIM在地鐵供電系統中的應用研究

青島地鐵集團有限公司 陳蘇南 李國玉 曲延璐

1 引言

城市軌道交通迎來了高速的發展，2021年國家發展和改革委員會批復青島市三期城市軌道交通建設規劃，規劃建設2號線二期、5號線、6號線二期、7號線二期、8號線支線、9號線一期、15號線一期等7個項目，線路規模139km，估算總投資980.7億元。項目建成后，形成共10條線路、總里程370.7km 的城市軌道交通網絡。我國城市軌道交通行業發展趨勢呈現良好態勢，城市軌道交通的快速發展為BIM 技術的產業化應用帶來了極大的機遇和應用基礎。

2 BIM 技術的發展簡介

圖1 2005—2001年國家發展和改革委員會批復里程對比圖

BIM 技術自從2003年正式進入我國以來，受到了國家的重視，各行業協會也在大力推廣BIM 技術的產業化應用，中國圖學學會和國家相關機構也在大力組織BIM 等級證書考試。正是基于BIM 產業的大力發展，在各大業主單位、政府部門的高度關注下，都對BIM 設計提出了一定的要求，也產生了大量的需求，帶來了BIM 的春天。目前，市面上主要以美國的公司為主，如PIC 公司的Pro/ENGINEER 軟件、WGS 公司的UNGRAPHICS 軟件、SPRC 公司的IDEAS 軟件、Bentely 公司的Micro station 軟件等。

BIM（建筑信息化模型），該技術具有信息可視化的功能，將原有的二維信息轉化成立體的三維信息，可以將原來二維信息無法讀取的信息變成可視圖形；模擬性和優化性對數字信息進行三維建模，從模型中選出最優解，找到最好的解決方案，能夠將建筑以三維空間模型的方式呈現出來，該系統可以使信息的展示更完整、更立體、更直接[1]。BIM技術已經在全球范圍內得到業界的廣泛認可，被全世界工程領域高度的重視，視為一種革命性的力量，將為帶動整個產業的發展，創造需求解決問題。雖然BIM 在軌道交通領域仍然處于探索階段，但是得到了相關產業協會和國家的大力支持，也得到了各大地鐵公司的高度重視，將會為城市軌道交通領域帶來巨大變革。

3 BIM 在城市軌道交通領域的技術應用

3.1 BIM 設計分析工作

BIM 作為一種新的技術和傳統的CAD 制圖有著較大的區別，從目前的整個城市軌道交通的產業發展來看，BIM 技術的應用主要還是集中在施工圖設計階段，可以替代原有的CAD 技術，從二維信息的展示到三維立體圖形展示的較大飛躍。BIM 技術在我國雖然相較于國外較晚，但是從應用層面來說卻有著其他國家無法比擬的巨大潛力，尤其對于大型工程的應用來說意義非凡。BIM 這項新技術的推廣與應用涉及多方面的共同努力，業主方、設計單位、建設單位以及后期的運營維保，可以說是貫穿始終[2]。

BIM 的應用可以為城市軌道交通供電系統帶來較大的便利，例如該技術可以檢查接觸軌布置各專業接口之間的安裝合理性，及時對發現有安裝沖突的部位提前做出設計優化。檢查合格后可以出具施工圖，利用BIM 模型提前出具各類圖紙，可以直觀、準確、發現前期設計當中的問題，為后期的施工帶來便利。也可以在BIM 模型軟件中繪出接觸軌的施工布置圖，在發現有問題時可以及時更改和調整，極大地提高了接觸軌繪圖的工作效率，提高了繪圖質量，帶來施工便利。在生成三維立體化圖紙后，使用相關的程序對BIM 進行持續的優化和調整，需要業主單位在用戶需求階段對于廠家提出提供圖紙的相關要求，要求廠家針對最小可更換元器件出具BIM 模型。

3.2 基于BIM 技術在工程領域的應用

根據近年來的整個行業的發展程度來看，BIM總結出了以下幾方面應用場景，可以有效地提高施工質量、加快施工效率。

3.2.1 管線排布碰撞檢測技術

BIM 技術帶來的較大優勢是將原有的二維信息轉化為三維信息，在城市軌道交通系統設備當中，相關專業較多，接口也較多，有供電、電扶梯、站臺門、通信、信號、車輛、綜合監控等，各專業之間的接口密集，程序復雜。BIM 技術的應用可以有效降低施工單位人員的二次施工成本，提高工作效率，提前對各專業之間的管線有可能出現的碰撞進行模擬排布，大幅提高整體工程的安裝質量，提高業主對工程的滿意度和整體評價。

3.2.2 三維立體圖像渲染技術

三維立體圖像渲染技術通過虛擬現實建立現實與虛擬世界的映射，對現實場景進行模擬，讓人們得到更加直觀、精確、立體的信息。BIM 作為三維立體信息技術的集成與應用，為二維到三維的轉化提供了一項解決方案，重要的啟發意義在于，其實現了現實物理系統向賽博空間數字化模型的反饋。這是一次工業領域中逆向思維的壯舉。人們試圖將物理世界發生的一切，塞回到數字空間中，只有帶有回路反饋的全生命跟蹤，才是真正的全生命周期概念。這樣，就可以真正在全生命周期范圍內，保證數字與物理世界的協調一致。各種基于數字化模型進行的各類仿真、分析、數據積累、挖掘，甚至人工智能的應用，都能確保其與現實物理系統的適用性。這就是BIM 對智能制造的意義所在，BIM技術在工程領域當中的應用于推廣，推動了新技術的發展。

3.2.3 模擬施工

可以利用BIM 建模進行模擬施工，提前預判施工過程當中可能出現的具體問題，例如設備排布、管線敷設等，使業主、設計、施工、監理等相關工作人員對現場施工有一個直觀地掌握。可以優化施工工藝和施工流程，為后期的設計與施工配合提供了便利。

圖2 基于BIM 的虛擬施工體系流程圖

3.3 基于BIM 技術的電纜敷設及安裝工藝

近年來，隨著城市軌道交通領域的快速發展和新增運營里程的不斷增多，現場的施工管理和各專業之間的協調配合成為越發重要的一項課題，需要解決的實際問題相較以往難度增加，范圍擴大。另外，BIM 技術在建筑行業多年來取得的明顯效果，無疑使引進BIM 技術成為解決工程領域當中設計與施工問題的最優解。因此，對其在具體施工時現場管理的難度也提出了更高的要求。需要在初步設計階段工程開始之前，就要對設計整體方案有所規劃、施工方案需要提前明確，提前發現問題，提前解決問題。BIM 技術在城市軌道交通領域的推廣和應用，可以使工程施工的各個單位的配合更加快速、簡單、明了。

此外，利用BIM 技術，統計工程當中的相關數據，可以對進度管理進一步的優化，可以和實際設計方案提前對比，在發現問題之初迅速解決，根據實際工程當中所出現的問題進行及時的調整，達到最好的管理效果。除此之外，利用該技術可以在開工之前利用數字化三維技術手段了解該工程項目中的重難點問題，實現建筑材料的高效利用、有效降低工程成本，獲得更好的經濟效益指標。

城市軌道交通供電系統中，交直流電纜是城市軌道交通當中重要的設備，在地鐵中主要有35kV 交流電纜、直流1500V 電纜和二次電纜。電纜的敷設是一項十分重要且復雜的工作，一般在隧道區間內敷設于電纜支架之上，在地鐵變電所內則沿著電纜橋架進行敷設，不僅用量大，而且敷設路徑錯綜復雜。電纜敷設工藝的好壞不僅影響其美觀，更重要的是影響供電系統運行。BIM 技術的應用可以利用計算機三維模型結合現場實際的施工情況進行模擬敷設演練，進一步評估工程量和提高施工效率，避免出現返工的情況，造成大量的時間和金錢的浪費。

3.4 基于BIM 設計質量管理

BIM 的應用在提高設計質量方面有著很好的效果，一般情況下在施工圖設計階段應用較多，現在全國各大設計院對此也十分的重視，組織設計院的相關人員進行了BIM 的取證學習，在設計應用中也是逐步得到了推廣。在設計質量控制方面可以提前建好設計模型，錄入具體信息。BIM 軟件可以進行施工圖的深化，提供剖析三維軸側圖等圖紙，部分設計院已經開始采用BIM 軟件進行施工圖的出圖工作嘗試?？梢哉fBIM 技術的應用和推廣可以保障設計工作效率，提高工程質量，對已出現的質量問題和風險點進行跟蹤，優化設計質量管理流程。

3.5 BIM 可視化技術在研究施工工藝工法中的應用

BIM 技術的可視化是在建立空間3D 模型的技術之上的具體應用。在城市軌道交通的實際應用當中，很多的業主單位將BIM 模型的相關要求在合同談判階段就提前提出，確保各參與廠家能夠提供設備的基礎數據，但是數據的公開對于廠家來說，相當于核心機密的公開，會遇到一定的阻力[3]。但是BIM 技術的應用和推廣已經成為大勢所趨，對地鐵施工過程的優化和提升起到了較大的推動作用，在提高員工實踐技能的同時，也在一定程度上提升了城市軌道交通的施工質量，促進城市軌道交通供電系統設計從二維到三維，從數據化到立體圖像化的轉變，不僅可以提高地鐵施工的精度，也可以節約很多的不必要的損耗，對提高企業的核心競爭力也有著極為重要的意義。

3.6 BIM 技術與供電智能運維技術的結合

近年來，隨著城市軌道交通供電系統的快速發展，各大地鐵公司已經開展供電智能運維系統的研究，地鐵供電智能運維系統已經成為城市軌道交通智能化、數字化、網絡化轉型升級，以及實現軌道交通產業的高質量發展建設的重要課題。

供電智能運維系統通過集成和分析設備運行狀態，以及管理過程中的各類復雜的數據，融合供電設備智能管理、智能診斷、智能決策、智能巡視系統構建的統一智能化運維系統。系統基于數據模型集成的相關技術標準，整合各系統模型和數據；以設備為主線，將各子系統信息進行融合，實現設備的全景運維；同時，基于運維實際需求，構建全周期管控、風險預警、故障聯合診斷、應急處理場景。將被動的事后運維轉化為積極的主動運維，降低供電設備全壽命周期成本，提高系統可靠性。系統采用模塊化、服務化設計，構建供電運維業務融合一體化平臺，實現供電設備的智能巡視、智能管理、智能診斷、智能決策四大功能，達到供電系統運維系統的規范化和智能化，強化對供電設備的全過程控制和優化，并為企業決策提供支持是城市軌道交通行業供電智能運維系統行業發展的整體方向。

BIM 技術作為供電智能運維技術的底層應用軟件，可以為供電智能運維系統提供底層的數據支撐，使供電設備實現數字化智能化。

4 結語

地鐵供電系統的建設受施工工藝流程和專業協調配合的約束，城市軌道交通設計施工流程較為復雜，各專業接口多，各種設備系統數量龐雜，BIM的應用和推廣將極大地優化和提升城市軌道交通的設計流程和施工流程，雖然目前對于我國來說BIM工作啟動相對較晚，但是發展后勁十足，尤其是作為底層的應用軟件，BIM 技術與供電智能運維技術的有機結合將會加快數字化轉型的進程，國家對于該技術十分重視，這也是未來的發展方向。