BIM在接觸網(wǎng)工程施工深化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

■ 李凱

BIM在接觸網(wǎng)工程施工深化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究

■ 李凱

鐵路接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)及施工可以歸納為廣義的建筑工程，因此有必要借鑒BIM技術(shù)在建筑行業(yè)內(nèi)設(shè)計(jì)與施工過程的成功應(yīng)用，以提升接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)及施工水平。通過對BIM應(yīng)用的技術(shù)、方法、標(biāo)準(zhǔn)和軟件進(jìn)行深入研究，結(jié)合我國接觸網(wǎng)工程施工特點(diǎn)和實(shí)際需求，提出BIM在接觸網(wǎng)工程施工深化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用特點(diǎn)及優(yōu)勢。

接觸網(wǎng)；BIM；深化設(shè)計(jì)；施工

0 引言

當(dāng)前，BIM技術(shù)已成為建設(shè)領(lǐng)域信息技術(shù)研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)，BIM的應(yīng)用價(jià)值已得到政府的高度關(guān)注和行業(yè)的普遍認(rèn)可。我國鐵路行業(yè)在BIM技術(shù)的研究和應(yīng)用上起步較晚，已明顯落后于國外發(fā)達(dá)國家和國內(nèi)工業(yè)與民用建筑行業(yè)。推廣應(yīng)用BIM技術(shù)是建設(shè)數(shù)字鐵路的必然選擇。目前接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)采用的傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)方式，容易造成“錯(cuò)、漏、碰、缺”等問題，因此將設(shè)計(jì)階段的輸出成果結(jié)合施工現(xiàn)場的實(shí)際情況進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，將接觸網(wǎng)施工精細(xì)化到每一個(gè)分部、分項(xiàng)工程，甚至具體到每一顆螺釘，真正實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場技術(shù)、安全、質(zhì)量管理的緊密銜接，對于強(qiáng)化人、機(jī)、料、法、環(huán)各要素的控制，提升現(xiàn)場管控水平和確保工程質(zhì)量、安全，均具有十分現(xiàn)實(shí)的意義。

1 傳統(tǒng)二維接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)存在的不足

接觸網(wǎng)系統(tǒng)是一個(gè)集成電氣、機(jī)械和結(jié)構(gòu)等專業(yè)的復(fù)雜多元混合系統(tǒng)。雖然現(xiàn)階段已經(jīng)采用了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件來提高設(shè)計(jì)效率，但是在設(shè)計(jì)過程中以及最終交付的設(shè)計(jì)成果均以二維CAD圖紙為載體，主要以顏色、圖層和線型等抽象信息來表達(dá)，用于設(shè)計(jì)人員之間、設(shè)計(jì)方和業(yè)主方之間、設(shè)計(jì)方和施工方之間、施工方和業(yè)主方之間的交流。然而使用二維手段來表達(dá)復(fù)雜的系統(tǒng)工程信息并不符合人類的認(rèn)知和思維習(xí)慣，不能充分表達(dá)設(shè)計(jì)意圖，容易導(dǎo)致各方人員之間的理解偏差，造成“錯(cuò)、漏、碰、缺”等問題。具體表現(xiàn)在以下幾方面：

（1）目前接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)未能詳細(xì)表達(dá)出接觸網(wǎng)設(shè)施安裝的外部環(huán)境情況。由于二維設(shè)計(jì)方式本身的局限，很多設(shè)計(jì)內(nèi)容采用點(diǎn)、線等圖形元素表示較為抽象，沒有充分表達(dá)出完整的信息。如接觸網(wǎng)平面布置的設(shè)計(jì)是先將站前信息進(jìn)行放圖操作，即把線路、橋梁、涵洞等采用線條或符號(hào)進(jìn)行表示，不能清晰表達(dá)出站前設(shè)施的詳細(xì)特征，在接觸網(wǎng)施工中可能會(huì)出現(xiàn)接觸網(wǎng)設(shè)施與站前設(shè)施碰撞的情況。

（2）零件和設(shè)備參數(shù)與最終供應(yīng)商的產(chǎn)品信息不符。接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)使用的零部件尺寸和參數(shù)均是采用規(guī)范中的尺寸或形式，設(shè)備則通常采用示例圖形進(jìn)行表達(dá)，與施工單位最終的供應(yīng)商產(chǎn)品信息不一致，會(huì)對最終的施工安裝造成影響。

（3）接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)圖紙的設(shè)計(jì)參數(shù)未能涵蓋所有的線路情況。比如接觸網(wǎng)安裝圖僅使用了常規(guī)的外部線路參數(shù)，未能完全涵蓋線路的實(shí)際情況。僅區(qū)分直線和部分曲線半徑的情況，側(cè)面限界也僅考慮了標(biāo)準(zhǔn)的側(cè)面限界值等。對于線路情況較復(fù)雜，尤其是車站咽喉岔群區(qū)，線路條件困難時(shí)，可能出現(xiàn)安裝圖不適用的情況。

2 BIM技術(shù)在深化設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢

對于接觸網(wǎng)工程施工項(xiàng)目，采用BIM技術(shù)進(jìn)行施工深化設(shè)計(jì)有著明顯的優(yōu)勢及意義。BIM模型是對整個(gè)接觸網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一次“預(yù)演”，建模的過程同時(shí)也是一次全面的“三維校審”過程。在此過程中可發(fā)現(xiàn)大量隱藏在設(shè)計(jì)中的問題，這些問題往往不涉及規(guī)范，但跟專業(yè)配合緊密相關(guān)，或者屬于空間上的沖突，在傳統(tǒng)的單專業(yè)校審過程中很難被發(fā)現(xiàn)。與傳統(tǒng)二維深化設(shè)計(jì)對比，BIM技術(shù)在深化設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾方面。

2.1 三維可視化、精確定位

傳統(tǒng)的接觸網(wǎng)平面設(shè)計(jì)成果為平面圖，并不直觀，接觸網(wǎng)設(shè)施尤其是接觸懸掛只能在工程完工后才能呈現(xiàn)出來；而采用三維可視化的BIM技術(shù)可以使工程完工后的狀貌在施工前就呈現(xiàn)出來，表達(dá)上直觀清楚（見圖1）。模型均按真實(shí)尺度建模，傳統(tǒng)表達(dá)予以省略的部分均得以展現(xiàn)，從而將一些容易忽略、而實(shí)際上卻存在的深層次問題暴露出來。

2.2 碰撞檢測、合理布局

傳統(tǒng)的二維圖紙往往不能全面反映個(gè)體、各專業(yè)、各系統(tǒng)之間的碰撞可能，同時(shí)由于二維設(shè)計(jì)的離散型為不可預(yù)見性，也將使設(shè)計(jì)人員疏漏掉一些安裝碰撞的問題。而利用BIM技術(shù)可以創(chuàng)建站前專業(yè)設(shè)施和接觸網(wǎng)設(shè)施詳細(xì)模型，利用其碰撞檢測的功能，將碰撞點(diǎn)盡早反饋給設(shè)計(jì)人員，與業(yè)主進(jìn)行及時(shí)的協(xié)調(diào)溝通，在深化設(shè)計(jì)階段盡量減少現(xiàn)場的安裝沖突和返工現(xiàn)象。這不僅能及時(shí)排除項(xiàng)目施工環(huán)節(jié)中可以遇到的碰撞沖突，顯著減少由此產(chǎn)生的施工變更，更大大提高了施工現(xiàn)場的生產(chǎn)效率，降低了由于施工協(xié)調(diào)造成的成本增長和工期延誤的風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 設(shè)施參數(shù)復(fù)核計(jì)算

由于站前專業(yè)的施工誤差等因素，可能導(dǎo)致現(xiàn)場實(shí)際情況與設(shè)計(jì)時(shí)采用的參數(shù)不符，如果直接采用設(shè)計(jì)圖進(jìn)行訂貨或加工，可能導(dǎo)致安裝尺寸不合適的情況。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況和測量數(shù)據(jù)創(chuàng)建相關(guān)模型，用于復(fù)核和優(yōu)化設(shè)施尺寸和安裝位置，有助于更準(zhǔn)確訂貨和加工。傳統(tǒng)深化設(shè)計(jì)過程中系統(tǒng)參數(shù)復(fù)核計(jì)算以二維接觸網(wǎng)平面圖為基礎(chǔ)，接觸網(wǎng)平面圖與最終實(shí)際施工安裝的現(xiàn)場情況可能存在較大差別，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確。偏大則會(huì)造成建設(shè)成本增加，偏小則會(huì)造成設(shè)施不能正常安裝。

3 BIM技術(shù)在接觸網(wǎng)工程施工深化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

接觸網(wǎng)工程施工深化設(shè)計(jì)是指在工程實(shí)施過程中對招標(biāo)圖紙或原施工圖的補(bǔ)充與完善，使之成為可以現(xiàn)場實(shí)施的施工圖。接觸網(wǎng)工程中安裝工程占有較大的比重，安裝精度要求高，對站前專業(yè)的設(shè)施依賴較大。接觸網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)施之間的也存在較大的依賴關(guān)系，安裝誤差容易疊加，導(dǎo)致最終的安裝精度不滿足設(shè)計(jì)要求。采用BIM技術(shù)對接觸網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，將很好地解決這些問題。

3.1 可視化交底

根據(jù)設(shè)計(jì)單位交付的施工圖和結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況及測量數(shù)據(jù)，使用BIM三維建模軟件創(chuàng)建詳細(xì)的設(shè)施、場地三維模型，將接觸網(wǎng)二維圖紙?jiān)O(shè)計(jì)信息表達(dá)出來，同時(shí)還可以補(bǔ)齊原始設(shè)計(jì)中漏掉的設(shè)施信息，充分反映現(xiàn)場實(shí)際情況。同時(shí)一些零部件、設(shè)施和設(shè)備可以采用廠家提供的參數(shù)進(jìn)行創(chuàng)建，能更準(zhǔn)確地表達(dá)實(shí)際的安裝情況。利用三維BIM模型，可以更直觀地分析各個(gè)設(shè)施之間的關(guān)系，為后續(xù)工作提供基礎(chǔ)。支柱位置變更及裝配更新見圖2。

3.2 精確訂貨和加工

三維BIM模型是基于現(xiàn)場的實(shí)際情況創(chuàng)建，施工單位可以更精確地進(jìn)行安裝尺寸校驗(yàn)。例如，站前單位施工誤差導(dǎo)致基礎(chǔ)面高程與設(shè)計(jì)不符，從而影響支柱高度及腕臂的安裝精度。利用三維BIM模型，可以方便地分析支柱高度是否滿足線材安裝條件，對于不滿足要求的支柱可以重新計(jì)算尺寸，對于需要預(yù)留孔的支柱可以計(jì)算出更滿足實(shí)際情況的開孔位置和尺寸。同時(shí)BIM模型中的零部件、設(shè)施和設(shè)備與現(xiàn)場是一一對應(yīng)的關(guān)系，施工單位可以更精確、更便捷地制定材料計(jì)劃。

3.3 碰撞校驗(yàn)

對于接觸網(wǎng)工程，既要避免設(shè)施和設(shè)備與其他站前設(shè)施相互之間的直接安裝沖突，還要考慮如絕緣校驗(yàn)之類的“軟碰撞”。利用BIM技術(shù)能夠很方便地進(jìn)行相關(guān)校驗(yàn)。例如，進(jìn)行橋上補(bǔ)償裝置安裝時(shí)，可檢驗(yàn)補(bǔ)償墜坨與橋梁防撞墻或聲屏障是否有安裝沖突。又如，附加導(dǎo)線安裝需要進(jìn)行跨越、跳線時(shí)，可以直接測量或利用其他軟件校驗(yàn)絕緣距離是否滿足。在BIM模型中可以提前發(fā)現(xiàn)安裝沖突和絕緣距離不符合要求的情況，能夠及時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，減少調(diào)整和返工的情況。補(bǔ)償墜砣與聲屏障碰撞示例見圖3。

4 結(jié)束語

分析傳統(tǒng)二維接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)存在的不足，探討B(tài)IM在施工階段深化設(shè)計(jì)的優(yōu)勢和應(yīng)用。利用BIM技術(shù)對接觸網(wǎng)施工項(xiàng)目深化設(shè)計(jì)，進(jìn)行建模、檢測和優(yōu)化，不僅可以通過三維模擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)精確化設(shè)計(jì)，還將有效提高施工效率，減少返工引起的材料和勞動(dòng)力浪費(fèi)，對縮短工期、降低工程造價(jià)和提高工程質(zhì)量有重要意義。

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李凱：中國鐵建電氣化局集團(tuán)有限公司，工程師，北京，100043

責(zé)任編輯 盧敏

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1672-061X（2015）06-0060-03