BIM技術(shù)在地鐵供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)及施工中的應(yīng)用

王志穎

摘要：國內(nèi)城市軌道交通發(fā)展的越來越迅速，BIM技術(shù)在地鐵行業(yè)的應(yīng)用也越來越廣泛。目前，以上海、廣州等城市為代表的地鐵項(xiàng)目都已經(jīng)將BIM技術(shù)深入的應(yīng)用到了工程施工的日常管理當(dāng)中，但大多都是以土建結(jié)構(gòu)、機(jī)電安裝等專業(yè)應(yīng)用為主，而供電專業(yè)，由于其專業(yè)的特殊性，采用BIM建模具有一定的難度，目前國內(nèi)還未有過城市軌道供電系統(tǒng)建模成功的先例。如何將BIM技術(shù)應(yīng)用于城市軌道交通供電系統(tǒng)安裝工程施工，已成為BIM技術(shù)在城市軌道交通全專業(yè)應(yīng)用中一個(gè)急需研究與實(shí)施探索的技術(shù)課題。

關(guān)鍵詞：BIM設(shè)計(jì);地鐵牽引供電系統(tǒng);參數(shù)化建模;協(xié)同設(shè)計(jì)

1 BIM技術(shù)在地鐵車站施工中的應(yīng)用

1.1 施工場地動(dòng)態(tài)布置

地鐵車站位于人口聚集的市區(qū)，周圍建筑和交通密度大，施工現(xiàn)場面積狹小，現(xiàn)場布置內(nèi)容眾多。在施工準(zhǔn)備階段，根據(jù)場布內(nèi)容，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，利用高清地圖進(jìn)行現(xiàn)場規(guī)劃，構(gòu)建精細(xì)化布置模型。在已完成模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)規(guī)范驗(yàn)算各工作面是否合理，模擬施工機(jī)械施工作業(yè)情況，提前發(fā)現(xiàn)施工過程中可能存在的沖突問題并進(jìn)行優(yōu)化。在施工階段，根據(jù)施工內(nèi)容更新精細(xì)化場布建模并進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)場布動(dòng)態(tài)布置，確保滿足不同階段施工的需求。

1.2 施工方案評選及優(yōu)化

地鐵車站工程量大，施工涉及內(nèi)容多、過程復(fù)雜。施工過程中通過BIM技術(shù)對多種可選施工方案進(jìn)行初步模擬，選擇最合適的施工方案。用根據(jù)選擇出的方案完成BIM施工模型精細(xì)化建模。利BIM可視化和模擬性功能，模擬施工過程，使施工方案生動(dòng)形象，分析施工順序，進(jìn)度計(jì)劃等是否合理。通過施工模擬反饋的信息，綜合考慮施工方案，對施工質(zhì)量、可靠、安全、高效等方面進(jìn)行優(yōu)化，從技術(shù)方面出發(fā)，全方位、多層次措施確保施工目標(biāo)順利完成。

1.3 施工進(jìn)度模擬及優(yōu)化

以往施工進(jìn)度大多是技術(shù)人員參考類似工程，依靠施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行編排的，這樣編排方法人為干擾因素多，缺少數(shù)據(jù)支撐[4]。而采用BIM技術(shù)將BIM施工模型和施工進(jìn)度計(jì)劃關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)BIM的4D施工進(jìn)度模擬。一方面使施工過程直觀清晰，便于各參與方針對施工過程中存在的問題進(jìn)行有效的溝通處理，提高發(fā)現(xiàn)并解決問題的可能性，另一方面，施工方可以根據(jù)施工進(jìn)度計(jì)劃，結(jié)合施工方案進(jìn)行施工進(jìn)度模擬，對比分析不同的施工方案，選擇最合適的施工方案，結(jié)合施工現(xiàn)場情況進(jìn)行科學(xué)合理的安排，實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度的優(yōu)化。

2 供電系統(tǒng)BIM設(shè)計(jì)方案

2.1 電氣設(shè)計(jì)

2.1.1 主接線設(shè)計(jì)

電氣主接線圖設(shè)計(jì)是牽引供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)工作。在AutoCAD軟件平臺上建立主接線模型，模型中元器件參數(shù)從知識庫中調(diào)用并賦值。主接線元件及參數(shù)應(yīng)盡量全面、豐富，直觀反映電氣設(shè)備之間的聯(lián)系。

2.1.2 電氣設(shè)備布置

在電氣主接線圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行電氣設(shè)備的三維布置，采用Revit平臺完成布置工作。電氣設(shè)備模型通過工藝編碼與系統(tǒng)主接線自動(dòng)關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)和模型之間邏輯表達(dá)和物理表達(dá)的一致性，完成二維與三維的聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)。電氣設(shè)備的布置，在滿足設(shè)計(jì)要求的同時(shí)，能夠進(jìn)行碰撞檢測，避免設(shè)備發(fā)生硬碰撞（設(shè)備與其他實(shí)體之間的交叉碰撞）和軟碰撞（設(shè)備與其他對象之間的有效空間不滿足要求）。

2.1.3 電纜敷設(shè)設(shè)計(jì)

通過電纜聯(lián)系表的邏輯信息，依托既定的電纜敷設(shè)規(guī)則，自動(dòng)進(jìn)行電纜優(yōu)化敷設(shè)。在具體的實(shí)現(xiàn)方式上，根據(jù)實(shí)際的模型環(huán)境，進(jìn)行電纜支/吊/橋架和電纜溝的自動(dòng)布置，在此基礎(chǔ)上通過電纜的拓?fù)溥B接，完成電纜敷設(shè)。同時(shí)，軟件能夠自動(dòng)精確統(tǒng)計(jì)電纜長度，根據(jù)需要從多視角、多維度展示電纜敷設(shè)分布情況。需要說明的是，電纜敷設(shè)應(yīng)與低壓配電、通信信號等專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，特別是在變電所外的電纜敷設(shè)，須結(jié)合具體路徑及管線碰撞檢測，實(shí)現(xiàn)三維狀態(tài)下的合理優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.1.4 接地設(shè)計(jì)

通過接地設(shè)計(jì)工具，動(dòng)態(tài)繪制綜合接地網(wǎng)，同時(shí)能夠自動(dòng)計(jì)算接地電阻、跨步電壓、接觸電勢等，并且能夠?qū)ο嚓P(guān)參數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)，完成車站綜合接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)。對于變電所接地，通過動(dòng)態(tài)繪制接地干線、支線，以及布置接地母排等，實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)。

2.2 數(shù)據(jù)管理與信息聯(lián)動(dòng)

2.2.1 數(shù)據(jù)管理

知識庫主要包括設(shè)備庫、族庫、圖庫等，同時(shí)涵蓋制圖規(guī)程及規(guī)范樣式等內(nèi)容。對知識庫的管理，主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)分類、數(shù)據(jù)集成及參數(shù)匹配、模型及樣式管理等，此外知識庫提供對外開放的接口，方便數(shù)據(jù)的編輯及導(dǎo)入導(dǎo)出，支持個(gè)性化定義等。

2.2.2 信息聯(lián)動(dòng)

通過軟件平臺進(jìn)行二維與三維的數(shù)據(jù)交互，以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)為核心，實(shí)現(xiàn)主接線與電氣設(shè)備模型之間的關(guān)聯(lián)，保證二維與三維之間的一致性。真正意義達(dá)到“一圖修改、多圖聯(lián)動(dòng)”的效果，減少重復(fù)操作，提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。

2.3 多專業(yè)間的協(xié)同設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)采用二維設(shè)計(jì)，各個(gè)專業(yè)通過在約定的節(jié)點(diǎn)互提資料完成配合。雖然這種方式較為成熟，但仍然存在著數(shù)據(jù)交換不充分、信息互通不健全等問題。對于信息量更大、表達(dá)方式更復(fù)雜的三維設(shè)計(jì)，專業(yè)間的配合要求也越高。因此，各專業(yè)不僅僅是配合，更要協(xié)同，即在設(shè)計(jì)中保持協(xié)調(diào)、同步，同時(shí)做到信息共享和精確配合。

2.4 后期處理程序

（1）電氣網(wǎng)絡(luò)匹配檢查：可通過對電氣主接線和電氣設(shè)備三維布置模型之間的關(guān)聯(lián)，通過電氣主接線檢查設(shè)備布置、設(shè)備間連線的正確性，檢查設(shè)備間電路邏輯關(guān)系，直觀地反映出電氣設(shè)備的關(guān)聯(lián)。

（2）碰撞絕緣檢查：通過三維模型精確的坐標(biāo)和屬性，自動(dòng)檢查機(jī)械安裝方面的沖突，以及帶電體與接地體之間的絕緣間距要求，避免了工程設(shè)計(jì)中的“碰、漏、缺”現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)高精度無差錯(cuò)設(shè)計(jì)。

（3）工程數(shù)量統(tǒng)計(jì)：通過對主接線中設(shè)備的統(tǒng)計(jì)得到電氣設(shè)備清單，并對設(shè)備材料清冊中的設(shè)備數(shù)量進(jìn)行核實(shí)。

（4）生成施工圖：系統(tǒng)可以自動(dòng)生成平面布置圖、立面圖、剖面圖，該圖紙隨著三維模型的改動(dòng)而自動(dòng)實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)改動(dòng)。

（5）協(xié)同設(shè)計(jì)：使各工種之間的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)得到可視化共享，系統(tǒng)數(shù)據(jù)自動(dòng)更新保證成果的實(shí)時(shí)性及唯一性，避免傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中由于各個(gè)專業(yè)間互提資料、溝通問題造成的數(shù)據(jù)前后不一致，并實(shí)現(xiàn)正確的設(shè)計(jì)流程管理。

（6）數(shù)據(jù)軟件接口：牽引變電所三維模型包含整個(gè)工程的所有數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)接口可以很方便地導(dǎo)出設(shè)計(jì)參數(shù)至相關(guān)的計(jì)算軟件，進(jìn)行分析計(jì)算，例如把數(shù)據(jù)導(dǎo)入CDEGS Software軟件，對接地、防雷保護(hù)進(jìn)行仿真計(jì)算;可以直觀地查看跨步電勢、電氣設(shè)備和導(dǎo)線是否處于避雷裝置的保護(hù)范圍內(nèi)，提高了設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和可信度。

結(jié)語：。BIM技術(shù)應(yīng)用成果不斷涌現(xiàn)，逐漸實(shí)現(xiàn)從局部到總體的四維、五維的現(xiàn)場施工動(dòng)態(tài)模擬，初步實(shí)現(xiàn)了可視化、精細(xì)化的現(xiàn)代化管理模式。這種變革性的現(xiàn)代管理模式給地鐵供電系統(tǒng)施工項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理提供了新的契機(jī)。

參考文獻(xiàn)

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