鐵路信號室內(nèi)BIM工程設(shè)計與軟件研究

崔超

（中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司，湖北 武漢 430063）

隨著科技創(chuàng)新工作的不斷推進，以BIM技術(shù)為代表的智能建造正在深入開展。設(shè)計單位作為項目龍頭，在鐵路項目設(shè)計階段采用BIM技術(shù)已勢在必行。因此，鐵路各專業(yè)有必要梳理并明確本專業(yè)設(shè)計內(nèi)容并開發(fā)相應(yīng)的輔助設(shè)計軟件，以保證未來快速完成設(shè)計內(nèi)容，實現(xiàn)BIM正向設(shè)計［1］。

1 背景

《高速鐵路信號工程細部設(shè)計和工藝質(zhì)量標準》（鐵總建設(shè)〔2018〕35號）中要求“高速鐵路信號工程應(yīng)采用信息化手段進行項目管理，使用BIM、二維碼、視頻等技術(shù)，實現(xiàn)布局規(guī)劃合理、質(zhì)量追溯、隱蔽工程可視化等目標”“下走線布線應(yīng)采用BIM技術(shù)進行碰撞試驗”等。各鐵路局集團公司也陸續(xù)向設(shè)計單位發(fā)函，建議設(shè)計單位在新線建設(shè)、更新改造工程設(shè)計中采用BIM技術(shù)，滿足運營維護單位的設(shè)備維修管理水平和設(shè)備管理信息化水平。

傳統(tǒng)二維設(shè)計圖紙在提供給施工單位后，考慮到現(xiàn)場施工人員對圖紙理解偏差，可能會出現(xiàn)“圖實不符”等情況。另外，信號專業(yè)室內(nèi)配線眾多，在施工過程中經(jīng)常會出現(xiàn)前期規(guī)劃不足、線纜布放返工等情況［2］。因此有必要在設(shè)計階段采用BIM技術(shù)有效規(guī)避上述問題。

2 室內(nèi)設(shè)計功能需求

根據(jù)對二維設(shè)計出圖內(nèi)容有關(guān)標準的梳理，僅討論信號專業(yè)室內(nèi)聯(lián)鎖設(shè)計內(nèi)容，未來采用BIM設(shè)計應(yīng)實現(xiàn)以下功能。

2.1 機柜設(shè)備布置

信號設(shè)備機房主要分為信號繼電器室、電源屏室、計算機機房、防雷分線室等，各設(shè)備機房放置的機柜種類較多，設(shè)計人員應(yīng)遵照有關(guān)原則根據(jù)機柜尺寸科學(xué)合理的進行布置。根據(jù)《鐵路信號維護規(guī)則》及設(shè)備應(yīng)用需求，機柜布置的原則主要有如下幾點：

（1）機柜（架）排與排的凈間距≥1.0 m；

（2）機柜（架）、控制臺與墻的凈間距，主通道≥1.2 m，次通道及盡端柜（架）≥1.0 m；

（3）電源屏排與排或電源屏與機柜（架）的凈間距≥1.5 m，電源屏與墻的凈間距≥1.2 m；

（4）移頻柜、接口柜宜靠近計算機機房布置；

（5）列控機柜宜靠近軌道電路監(jiān)測柜布置；

（6）道岔缺口監(jiān)測宜靠近信號集中監(jiān)測機柜；

（7）聯(lián)鎖機柜宜與CTC機柜并排設(shè)置；

（8）隔離柜宜靠近防雷分線柜設(shè)置；

（9）同類型設(shè)備機柜宜并排設(shè)置；

（10）移頻柜宜靠近電源屏室設(shè)置；

（11）綜合柜、防雷分線柜和電纜柜宜靠近電纜引入口設(shè)置。

2.2 組合排列表達

信號室內(nèi)設(shè)計應(yīng)明確設(shè)備機柜各層放置的信號組合，包括機柜名稱、組合名稱、組合中包含的繼電器個數(shù)和類型。組合排列原則主要有如下幾點：

（1）機柜和組合名稱宜具有統(tǒng)一的規(guī)則；

（2）在進行組合排列時，同類型信號組合宜分咽喉并按照站場順序進行分類放置；

（3）組合間配線較多的宜放置在同一機柜內(nèi)，維管單位需經(jīng)常操作的組合宜放置在機柜中間層位置；

（4）機柜內(nèi)可放置的組合層數(shù)應(yīng)遵循設(shè)備最大容量限制，機柜第一層宜空余。

2.3 室內(nèi)電路設(shè)計

信號室內(nèi)電路主要包括信號機電路、轉(zhuǎn)轍機電路、軌道電路、驅(qū)動和采集電路、電碼化電路、閉塞電路、站聯(lián)電路、電源電路等，對于該部分設(shè)計內(nèi)容未來使用BIM出圖時建議采用定型版圖，對于無法定型的圖紙則保留二維出圖方式，在信號BIM室內(nèi)設(shè)計中暫不體現(xiàn)室內(nèi)電路原理部分內(nèi)容［3］。

2.4 組合內(nèi)部配線

信號室內(nèi)設(shè)計應(yīng)包含各組合內(nèi)繼電器接點至側(cè)面18柱端子板接線，但隨著裝配式技術(shù)的發(fā)展，信號組合內(nèi)部配線應(yīng)盡量采用定型圖、模塊化設(shè)計，內(nèi)部配線全部廠制完成，避免現(xiàn)場接線錯誤。當(dāng)采用BIM設(shè)計時，宜利用繼電器和側(cè)面端子板的屬性值完成組合內(nèi)部配線表達。

2.5 組合側(cè)面配線

信號室內(nèi)設(shè)計中的組合側(cè)面配線主要是依據(jù)室內(nèi)電路進行各繼電器組合間的側(cè)面配線。當(dāng)采用BIM設(shè)計時，可通過對組合側(cè)面端子添加“連接端子”屬性值進行表示。

2.6 設(shè)備碰撞檢測

信號設(shè)備機房除放置信號專業(yè)設(shè)備外，還布置有暖通空調(diào)、氣體滅火設(shè)備以及房屋結(jié)構(gòu)的梁板柱等，可能存在物理空間上的碰撞和設(shè)備間距不滿足要求等問題。同時當(dāng)側(cè)面配線采用下走線時，下走線與靜電地板支架可能會存在碰撞，上述碰撞需在BIM設(shè)計時進行碰撞沖突檢測。

2.7 線纜科學(xué)排布

信號室內(nèi)布線應(yīng)滿足信號工程施工技術(shù)要求，同時達到工藝美觀以及經(jīng)濟性的效果。在進行架間布線時，電纜路徑和電纜型號的選擇可能并不唯一，因此可在設(shè)計階段進行規(guī)劃，實現(xiàn)信號室內(nèi)布線科學(xué)合理排布［4］。室內(nèi)布線應(yīng)遵循以下原則：

（1）室內(nèi)布線應(yīng)采取強弱電分離，合理采用上、下走線方式，其中電源線纜、聯(lián)鎖列控驅(qū)采電纜、ZPW 2000軌道采集電纜、室內(nèi)應(yīng)答器尾纜等采用下走線，其他線纜采用上走線方式［5］；

（2）室內(nèi)布線線纜宜分層布設(shè)，各線纜間應(yīng)無明顯不合理交叉，線纜布放應(yīng)減少繞行［6］；

（3）室內(nèi)布線應(yīng)遵循細電纜避讓粗電纜，可彎電纜避讓不可彎電纜；

（4）電源線及發(fā)送、接收線應(yīng)采用柵格隔離分開走線［7-8］；

（5）同類型設(shè)備配線宜放置在同層進行走線。

2.8 設(shè)備數(shù)量統(tǒng)計

信號室內(nèi)設(shè)計完成后，應(yīng)對信號設(shè)備和線纜進行分類統(tǒng)計，形成精確的統(tǒng)計明細表。實現(xiàn)工程數(shù)量精確統(tǒng)計不僅可以實現(xiàn)設(shè)計階段對成本的精準控制，同時對施工單位的物資采購具有指導(dǎo)意義。

2.9 可視化交底

在傳統(tǒng)設(shè)計過程中，設(shè)計人員利用二維圖紙進行設(shè)計交底，現(xiàn)場的評審人員對抽象化的圖紙可能存在理解偏差。通過BIM和VR技術(shù)的有效結(jié)合，利用虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)，讓審查人員在設(shè)計階段便可身臨其境感受項目建成后的效果。同時也可讓現(xiàn)場施工人員對設(shè)計方案有更加直觀和深入的理解［9］。

3 室內(nèi)設(shè)計軟件開發(fā)

目前BIM主流建模軟件有Autodesk Revit、Bentley、Catia 3款，其中Revit軟件最早應(yīng)用于建筑領(lǐng)域，技術(shù)使用成熟，并預(yù)留軟件二次開發(fā)接口，因此本次選取對Revit軟件進行二次開發(fā)，實現(xiàn)鐵路信號系統(tǒng)室內(nèi)設(shè)計的相應(yīng)功能［10］。

軟件開發(fā)的前提是首先需要對信號室內(nèi)設(shè)備的幾何屬性和非幾何屬性進行系統(tǒng)梳理，建立一套滿足施工要求、達到一定模型精度的BIM模型。根據(jù)上述對信號專業(yè)室內(nèi)工程設(shè)計內(nèi)容梳理，信號室內(nèi)BIM設(shè)計軟件主要劃分為輸入數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一模塊、室內(nèi)設(shè)備自動布置模塊等8個功能模塊，對應(yīng)實現(xiàn)上述功能（見圖1）。

圖1 信號室內(nèi)BIM設(shè)計軟件模塊

目前各設(shè)計院二維輔助設(shè)計軟件基本成熟，用戶首先選取二維設(shè)計軟件已計算輸出的室內(nèi)配線和組合零散數(shù)據(jù)，軟件可對聯(lián)鎖、區(qū)間、電碼化等不同軟件的輸出數(shù)據(jù)進行格式統(tǒng)一，同時自動完成機柜數(shù)量、機柜名稱、組合名稱、組合位置計算，并按照相應(yīng)規(guī)則完成設(shè)備自動布置和組合排列表達，期間用戶可對設(shè)備布置進行微調(diào)干預(yù)。軟件會根據(jù)用戶確定的設(shè)備最終位置進行側(cè)面配線、零散配線以及綜合布線表達，最終輸出室內(nèi)工程數(shù)量統(tǒng)計明細和碰撞檢測報告。信號室內(nèi)BIM軟件設(shè)計流程見圖2，某站信號室內(nèi)設(shè)備布置BIM示意見圖3。

圖2 信號室內(nèi)BIM軟件設(shè)計流程

圖3 信號室內(nèi)設(shè)備布置BIM示意圖

4 結(jié)束語

在調(diào)研部分施工和運維單位的應(yīng)用需求基礎(chǔ)上，結(jié)合傳統(tǒng)二維圖紙的出圖內(nèi)容和現(xiàn)行技術(shù)標準進行梳理，總結(jié)未來采用BIM技術(shù)時信號室內(nèi)的設(shè)計內(nèi)容。選取Revit軟件平臺進行二次開發(fā)，開發(fā)一套滿足上述出圖內(nèi)容的輔助設(shè)計軟件，滿足未來信號專業(yè)室內(nèi)BIM快速出圖需求。