多維建模在低凈空隧道剛性接觸網(wǎng)中的研究與應(yīng)用

陶赟

(中鐵二十二局集團(tuán)電氣化工程有限公司，北京102308）

1 引言

隧道凈空主要指隧道內(nèi)輪廓線所包圍的空間，其中，可以滿足隧道內(nèi)部的通風(fēng)設(shè)備、建筑限界、電氣化設(shè)備和照明燈具等功能所需要的空間。除此之外，還需要考慮其富余量和施工誤差的影響。在對其凈空的計算中，需要綜合考慮斷面形狀和斷面大小，得到最精確的隧道凈空值。而在現(xiàn)代化鐵路施工中，受限于既有隧道凈空限制，接觸網(wǎng)的架設(shè)往往不能按照正常模式懸掛，而需要將接觸網(wǎng)高度適當(dāng)下降，或者采用剛性懸掛接觸網(wǎng)方式實現(xiàn)鐵路電氣化【1】。

在我國的鐵路低凈空隧道中，剛性接觸網(wǎng)是最有效的解決方法，同時，BIM 又是建筑領(lǐng)域的新興產(chǎn)品，通過BIM 技術(shù)的運用可以有效地加快工程建設(shè)整體效率，提高工程質(zhì)量。所以，本文對于BIM 技術(shù)在接觸網(wǎng)中的應(yīng)用中有著十分重要的現(xiàn)實意義，可以為我國快速發(fā)展剛性接觸網(wǎng)提供依據(jù)，并結(jié)合BIM 技術(shù)，進(jìn)行資源的有效利用和整合。

2 剛性接觸網(wǎng)的特點

1）剛性接觸網(wǎng)的優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，施工方便、便于運行維護(hù)。受電弓與接觸網(wǎng)之間為剛性接觸，則二者之間不存在負(fù)荷的集中，接觸網(wǎng)的位移變化小，弓網(wǎng)之間的接觸好，不會有離線離弧現(xiàn)象，因此其磨損也較為均勻，由于剛性接觸網(wǎng)沒有張力的存在，所以其吊柱部分的承力較小，其穩(wěn)定性也較好，同時，這樣的方式在設(shè)計上也較為容易。

2）剛性接觸網(wǎng)的缺點：剛性接觸網(wǎng)采用區(qū)別于柔性接觸網(wǎng)的材料，其接觸線為硬質(zhì)鋁合金，所以，在施工中材料的不可調(diào)是一個非常大的不便利，對于施工過程中的安裝精度極高，一點點誤差都可能會導(dǎo)致整個生命周期的缺陷。剛性接觸網(wǎng)的剛?cè)徇^渡區(qū)往往是發(fā)生故障的區(qū)域，受電弓從剛性區(qū)域移動到柔性區(qū)域，經(jīng)常會發(fā)生離線現(xiàn)象；相反，從柔性區(qū)域過渡到剛性區(qū)域時，往往會發(fā)生打弓現(xiàn)象。這是剛性接觸網(wǎng)的一個致命缺點。

BIM 技術(shù)的引入，通過多維建模，可以極大程度上提高測量施工精度，控制施工各環(huán)節(jié)質(zhì)量，解決這一難題。

3 多維建模與傳統(tǒng)剛性接觸網(wǎng)施工的區(qū)別

1）施工理念不同：多維建模與傳統(tǒng)剛性接觸網(wǎng)施工最大的區(qū)別在于施工理念不同，多維建模借助先進(jìn)的測量儀器和大量的計算機(jī)軟件，通過模擬計算、模擬施工、模擬運行等過程，準(zhǔn)確計算出剛性接觸網(wǎng)各懸掛點零部件尺寸，直觀表達(dá)剛性接觸網(wǎng)安裝完成后的整體形態(tài)，碰撞檢查，自動生成施工圖，材料和工程數(shù)量統(tǒng)計，不同專業(yè)間協(xié)同設(shè)計，仿真界面等【2】，為接觸網(wǎng)全壽命管理打下堅實基礎(chǔ)。

2）施工組織不同：良好有序的施工組織是BIM 技術(shù)可以在工程中得到廣泛使用的重要條件之一。通過BIM 進(jìn)行施工組織設(shè)計時，材料以多維模型的形式安排采購生產(chǎn)，人工、機(jī)械以單元化工程量進(jìn)行組織編排，通過4D 模擬施工進(jìn)度，可以合理地安排工序，避免窩工現(xiàn)象，避免勞動力的浪費。

4 BIM在接觸網(wǎng)維護(hù)中的應(yīng)用

在接觸網(wǎng)的設(shè)計和使用過程中，BIM 的引入可以極大地方便接觸網(wǎng)的維護(hù)工作。首先，通過BIM 的模型進(jìn)行分析，得出接觸網(wǎng)在運行過程中的薄弱環(huán)節(jié)，并定期進(jìn)行這一結(jié)點的檢修和加固；其次，如果接觸網(wǎng)在使用過程中發(fā)生故障，可以通過BIM 模型分析故障發(fā)生的可能位置，再依次進(jìn)行排除，這樣的方式可以極大地提高檢修效率，提高通行質(zhì)量。除此之外，還可以將故障的發(fā)生上傳至BIM 的數(shù)據(jù)庫，供今后的設(shè)計和維護(hù)提供經(jīng)驗【3】。

5 接觸網(wǎng)BIM技術(shù)的目標(biāo)

通過上文分析可知，接觸網(wǎng)BIM 技術(shù)的實施將直接影響接觸網(wǎng)的設(shè)計、施工和維護(hù)的整個生命周期。BIM 技術(shù)的實現(xiàn)需要借助各軟件平臺實現(xiàn)，在軟件方面主要包含基礎(chǔ)平臺和應(yīng)用功能2 個方面。軟件中的基礎(chǔ)平臺主要是為其應(yīng)用功能提供支持和幫助。

在不同的階段，接觸網(wǎng)的表現(xiàn)形式也是不一樣的，在BIM的功能實現(xiàn)中也有較大的差異。綜合接觸網(wǎng)的設(shè)計、施工、運營等，BIM 技術(shù)在接觸網(wǎng)中的應(yīng)用中主要有以下幾個模塊，如圖1 所示。

圖1 介紹了BIM 技術(shù)接觸網(wǎng)的2 個主要模塊和多個功能劃分。綜合考慮BIM 技術(shù)的特點和剛性接觸網(wǎng)多維設(shè)計的要求，其未來的研究趨勢和發(fā)展方向主要包括：專業(yè)軟件銜接、跨專業(yè)協(xié)同工作平臺、項目成員權(quán)限管理、碰撞點、電氣絕緣距離的自動檢測（見圖2）、工程數(shù)量統(tǒng)計和概預(yù)算、項目發(fā)布和項目展示、施工進(jìn)度和計劃的控制、工程模型存儲和交底等8 大特點。

圖1 接觸網(wǎng)BIM技術(shù)模塊劃分

圖2 吊柱底座與隧道壁沖突示意圖

6 結(jié)語

通過BIM 技術(shù)對低凈空隧道剛性接觸網(wǎng)進(jìn)行研究，逐步完善剛性接觸網(wǎng)數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行有效資源整合。實現(xiàn)可研、設(shè)計、施工組織、運營維護(hù)全方位管理流程化，大量的信息采集也為后續(xù)接觸網(wǎng)模型建立、數(shù)據(jù)分析、仿真實驗數(shù)據(jù)界面等奠定了基礎(chǔ)。