BIM技術(shù)在高速鐵路接觸網(wǎng)工程中的應(yīng)用探究

鄭興

摘 要：高速鐵路是交通網(wǎng)絡(luò)的重要組成，而接觸網(wǎng)主要負(fù)責(zé)高速鐵路沿線為機(jī)車供電，如果其停電或者與高鐵列車之間的銜接不良，會給高速鐵路供電造成影響。在設(shè)計(jì)和施工階段要嚴(yán)格按照高鐵運(yùn)行需求，保證接觸網(wǎng)符合要求，在這一過程中，BIM技術(shù)發(fā)揮著重要的作用。為研究BIM技術(shù)在高速鐵路接觸網(wǎng)工程中的應(yīng)用，文章基于筆者在中鐵建電氣化局集團(tuán)南方工程有限公司的多年工作經(jīng)驗(yàn)，在理論結(jié)合實(shí)際的前提下展開鐵路沿線上空架設(shè)高性能接觸網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行工程探討，系統(tǒng)闡述電力機(jī)車供電輸電線路穩(wěn)定性和高鐵列車運(yùn)行系統(tǒng)性，為BIM技術(shù)在建筑行業(yè)革命性運(yùn)用和突破式發(fā)展提供新的驅(qū)動力，供相關(guān)專業(yè)人士參考。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);高速鐵路;接觸網(wǎng);工程

中圖分類號：U225;TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1064（2021）11-074-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.11.025

高速鐵路是重要的交通設(shè)施之一，運(yùn)行速度很快，保證其安全運(yùn)行離不開接觸網(wǎng)的作用與支持。多維導(dǎo)向下的經(jīng)濟(jì)與技術(shù)發(fā)展帶來了生產(chǎn)效率的提高，而在高速鐵路建設(shè)過程中需要建筑工程、材料力學(xué)和電學(xué)等多方面的配合，在應(yīng)用和理論領(lǐng)域，協(xié)調(diào)發(fā)展以促進(jìn)接觸網(wǎng)工程的建設(shè)和運(yùn)行水平[1]。

1 BIM技術(shù)及其功能

BIM技術(shù)屬于傳統(tǒng)建筑工程學(xué)科繪圖與信息工程結(jié)合類分支，是當(dāng)前最流行的營建領(lǐng)域?qū)嵱每茖W(xué)。該技術(shù)能在傳統(tǒng)3D建模程序中迭代大量有用信息，更好地適應(yīng)于工程設(shè)計(jì)、施工、管理等方面多任務(wù)框架，是一種科學(xué)而可用的數(shù)據(jù)化輔助工具。

而在高鐵建設(shè)領(lǐng)域，該技術(shù)能將項(xiàng)目的線路構(gòu)型和其他固定設(shè)施進(jìn)行融合，在高精尖的三維模型搭建完畢后，將內(nèi)置信息貫徹于項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等各種環(huán)節(jié)，方便不同工種不同施工階段的調(diào)運(yùn)和決策。

隨著工程的推進(jìn)和其他維護(hù)性工作的進(jìn)行，相關(guān)的設(shè)備信息和構(gòu)件數(shù)據(jù)需要以數(shù)據(jù)庫的形式動態(tài)更新，幫助管理者和共享數(shù)據(jù)調(diào)用客戶的方便快捷預(yù)判。在項(xiàng)目管理中，特別是國際項(xiàng)目交涉領(lǐng)域，其協(xié)調(diào)合作和在線協(xié)商尤為重要，基于此，能充分凸顯BIM技術(shù)的長處并在多維應(yīng)用場景下拓展其輻射面和功能性，實(shí)現(xiàn)思維共享、業(yè)務(wù)共創(chuàng)和風(fēng)險共擔(dān)[2]。

1.1 深入理解式可視化

項(xiàng)目建設(shè)的各種環(huán)節(jié)需要不同工種和部門的人員進(jìn)行協(xié)調(diào)，而不同知識領(lǐng)域的人員對其他業(yè)務(wù)理解能力有限，甚至無法讀懂復(fù)雜圖紙，因此，運(yùn)用較為簡便的可視化方法就能在極易簡便的狀態(tài)最快速地進(jìn)行技術(shù)交互與探討協(xié)作。

1.2 數(shù)字模擬化

不同工況下的運(yùn)行及不同方案下的整體優(yōu)化都會對電力系統(tǒng)或者機(jī)械設(shè)備的耐久性、容錯性和使用壽命產(chǎn)生影響，而運(yùn)用數(shù)字模擬能在各種因素干擾下完善性結(jié)果論述，甚至以權(quán)重的方式進(jìn)行不同方案的打分性判定，形成最優(yōu)解[3]。

1.3 協(xié)同辦公與歸并管理

依托不同業(yè)務(wù)部門的數(shù)據(jù)庫和顯現(xiàn)3D模型，在系統(tǒng)流前提下開展不同項(xiàng)目過程額流水線化運(yùn)作，在將不同分界線任務(wù)進(jìn)行歸并，做到協(xié)同辦公與優(yōu)化解決，提高工作效率。

1.4 良好的監(jiān)督模式

綜合管理需要以質(zhì)量工程領(lǐng)域進(jìn)行系統(tǒng)化操作，而良好的監(jiān)督需要建立在明顯的業(yè)務(wù)范疇和較為顯現(xiàn)的工作業(yè)績狀態(tài)下，以考核與工作流程化運(yùn)營的不同模式能全過程監(jiān)管工程質(zhì)量，并把施工成本降至最低。

1.5 BIM技術(shù)的拓展

第一，模型集成。在應(yīng)用BIM技術(shù)的過程中，其基本特征是模型的集成，不僅量化收集到的基礎(chǔ)信息，而且對應(yīng)用的內(nèi)容進(jìn)行綜合分析，建立技術(shù)細(xì)節(jié)信息模型。建立的信息模型可以捕捉項(xiàng)目，在綜合模型上標(biāo)出涉及的各個組件和組件的相對位置[4]。詳細(xì)輸入系統(tǒng)的具體應(yīng)用特點(diǎn)，并借助建立模型，通過動態(tài)仿真和物理信息處理分析設(shè)計(jì)結(jié)果。

第二，參數(shù)處理。BIM技術(shù)在接觸網(wǎng)應(yīng)用過程中具有參數(shù)處理功能工程部創(chuàng)建基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。在數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容中，量化參數(shù)非常重要，具體應(yīng)用中將考慮以下應(yīng)用內(nèi)容：首先，采集的參數(shù)信息必須與建立3D模型的相關(guān)參數(shù)保持強(qiáng)對抗性，即推動設(shè)計(jì)模型的應(yīng)用和加工，并加快錯誤修復(fù)，改進(jìn)系統(tǒng)內(nèi)容具有積極影響;其次，在應(yīng)用收集到的數(shù)據(jù)以方便數(shù)據(jù)需求時，應(yīng)標(biāo)注數(shù)據(jù)參數(shù)，提升參數(shù)內(nèi)容的使用價值，為后續(xù)工作的順利開展奠定基礎(chǔ)。

第三，信息交流。BIM技術(shù)是一種綜合應(yīng)用技術(shù)，在實(shí)踐中，它包括大數(shù)據(jù)技術(shù)、數(shù)字技術(shù)等多種技術(shù)，在特定的應(yīng)用程序中可以交換信息[5]。在控制指令技術(shù)建模過程中，設(shè)計(jì)者可以依靠模型存儲方式將建筑結(jié)構(gòu)涉及的參數(shù)信息整合到數(shù)據(jù)庫中。

2 高速鐵路接觸網(wǎng)工程中BIM技術(shù)的應(yīng)用

高鐵接觸網(wǎng)工程設(shè)計(jì)階段十分重要，主要是接觸網(wǎng)線路復(fù)雜，安全性要求高，還要保證節(jié)能環(huán)保，所以是一項(xiàng)系統(tǒng)性和集成性的工程，更要保證設(shè)計(jì)方案的優(yōu)良水平。在設(shè)計(jì)工作中，主要包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、消防系統(tǒng)、三維設(shè)計(jì)、整體檢查等內(nèi)容，而BIM技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾方面。

2.1 參數(shù)化建模

接觸網(wǎng)工程包括支柱技術(shù)、定位設(shè)備、接觸網(wǎng)技術(shù)等多種應(yīng)用，其空間結(jié)構(gòu)繁瑣，學(xué)科門類繁多?；贐IM技術(shù)的設(shè)計(jì)是參數(shù)化建模的主要任務(wù)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是整個設(shè)計(jì)工作的基礎(chǔ)，依賴于該技術(shù)協(xié)同性特征的實(shí)現(xiàn)。因此，要發(fā)揮BIM系統(tǒng)的協(xié)同效果，借助該技術(shù)可以收集接觸系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)等的動力支持條件，借助系統(tǒng)本身的檢查功能進(jìn)行動力回路檢查。在此期間，如果動力條件出現(xiàn)變化，接觸系統(tǒng)也會自動調(diào)整，實(shí)現(xiàn)全程自動化，不需要人力干預(yù)，進(jìn)而提高效率[1]。

從接觸網(wǎng)施工中的基本組成部分考慮，高鐵應(yīng)用的接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)比較簡單，有接觸懸掛、基礎(chǔ)、支柱等，每個結(jié)構(gòu)都承擔(dān)著不同的重任，聯(lián)系到一起形成總結(jié)構(gòu)，并穩(wěn)定為高鐵供電。這些結(jié)構(gòu)內(nèi)容在實(shí)踐中會涉及大量系統(tǒng)圖、剖面圖、施工總括圖等，利用該技術(shù)支持集成和整合各種圖紙，不僅包括數(shù)據(jù)，而且包括圖像信息，在繪圖軟件中進(jìn)行啟閉。通過匯總上述內(nèi)容信息構(gòu)建三維立體模型，向工作人員直觀地展示施工方案，發(fā)展、優(yōu)化并調(diào)整其中的難點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)，進(jìn)一步確保施工質(zhì)量[2]。

在具體應(yīng)用過程中要注意以下幾點(diǎn)：首先，建立3D模型零件庫，在懸鏈線項(xiàng)目的運(yùn)營過程中，使用了許多建筑構(gòu)件?；贐IM技術(shù)可進(jìn)行三維建模，輸入不同的構(gòu)件參數(shù)，改進(jìn)新工藝裝置的參數(shù)，增加參數(shù)化應(yīng)用的價值。其次，進(jìn)行視覺安裝，基于BIM技術(shù)的優(yōu)勢，對裝配過程進(jìn)行模擬，明確裝配過程，合理布置節(jié)點(diǎn)參數(shù)，得到可靠的數(shù)據(jù)分析結(jié)果。

2.2 結(jié)構(gòu)沖擊試驗(yàn)

懸鏈線項(xiàng)目工作流程包括大量應(yīng)用內(nèi)容和方法專業(yè)知識，在設(shè)計(jì)階段分成幾個部分，由不同部門填寫，很容易造成設(shè)計(jì)沖突。利用BIM技術(shù)，根據(jù)沖擊試驗(yàn)?zāi)M的結(jié)果，確定沖擊試驗(yàn)，評價設(shè)計(jì)應(yīng)用過程的合理性。例如，在懸鏈線柱與道路的碰撞試驗(yàn)中，可以將結(jié)構(gòu)模型參數(shù)輸入具體模型，通過數(shù)據(jù)對比調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，使其更具科學(xué)性和實(shí)用性。

2.3 模擬處理

懸鏈線高鐵項(xiàng)目中，施工路線和施工內(nèi)容難度較大，在實(shí)際應(yīng)用中可以利用BIM技術(shù)完成仿真過程，測試彈簧懸架與受電弓的關(guān)系、偏載偏差、柱承載能力[4]。搭建好支撐系統(tǒng)之后，利用特定軟件可以調(diào)整負(fù)荷內(nèi)容，采取三相平衡的方式，保證整體的供電質(zhì)量。例如，設(shè)計(jì)高鐵列車內(nèi)的照明系統(tǒng)時，設(shè)計(jì)人員要嚴(yán)格按照施工要求并考慮高鐵的運(yùn)行需求例如節(jié)能、環(huán)保等，合理設(shè)計(jì)，優(yōu)化布置，保證符合規(guī)范要求，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。借助BIM技術(shù)計(jì)算預(yù)計(jì)出發(fā)時間，如果該值超過安全值并滿足傳輸網(wǎng)絡(luò)安全要求，則使用相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容，并將其作為項(xiàng)目中使用的數(shù)據(jù)。否則，需要繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，直到獲得最佳參數(shù)組合。

2.4 工程量測算及測繪

借助BIM技術(shù)建立懸鏈線工程模型，BIM技術(shù)的軟件功能可以執(zhí)行工程量的全過程，并可以生成系統(tǒng)應(yīng)用的單元號，節(jié)省了成本計(jì)算時間，降低了工程量的容錯性，提高了設(shè)計(jì)內(nèi)容的應(yīng)用效率。在成本分析中，將在精細(xì)化管理模型的基礎(chǔ)上，細(xì)化應(yīng)用內(nèi)容，明確不同構(gòu)建環(huán)節(jié)的成本以及后續(xù)成本管理的依據(jù)。配套圖紙為通用應(yīng)用圖、工程圖、裝配圖，借助BIM技術(shù)可以對其進(jìn)行渲染，改進(jìn)內(nèi)容檢測，顯示三維圖形，為其他任務(wù)奠定基礎(chǔ)[5]。

另外，要進(jìn)行三維碰撞檢查，尤其是嚴(yán)格檢查弱電和強(qiáng)電的碰撞點(diǎn)，聯(lián)系現(xiàn)場施工要求，確定碰撞點(diǎn)的安全可靠性。上述內(nèi)容依靠傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)方法難以實(shí)現(xiàn)，或需要消耗大量資源，而應(yīng)用BIM技術(shù)，支持這些操作快速完成，且消耗資源量較少，還可以節(jié)約成本。

2.5 技術(shù)說明

高速鐵路接觸網(wǎng)工程在運(yùn)營過程中，技術(shù)資料的質(zhì)量直接影響施工過程的有序性。從具體應(yīng)用過程看，可以利用BIM技術(shù)可視化應(yīng)用的優(yōu)勢，通過動畫、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)展現(xiàn)內(nèi)容。注重施工可建立技術(shù)要求公開數(shù)據(jù)庫，根據(jù)數(shù)據(jù)庫對施工人員進(jìn)行評價，使施工人員清楚了解設(shè)計(jì)圖紙上標(biāo)注的內(nèi)容，直觀的App布局進(jìn)行模擬一些有利于施工的關(guān)鍵設(shè)備和具體章節(jié)，及時查找施工方案中遺漏的部分，提前對施工過程內(nèi)容進(jìn)行分類，營造良好的工作環(huán)境[3]。

2.6 項(xiàng)目管理

在項(xiàng)目工作管理過程中，BIM技術(shù)的應(yīng)用體現(xiàn)在以下幾個方面：施工單位借助建立的三維模型，執(zhí)行儲備設(shè)計(jì)，避免預(yù)約失誤和大概率沖突。施工過程中，如在申請中發(fā)現(xiàn)問題，可直接在模型上標(biāo)注，相應(yīng)內(nèi)容可直接輸入施工單位進(jìn)一步處理。

3 高速鐵路接觸網(wǎng)工程中應(yīng)用BIM技術(shù)的注意事項(xiàng)

為構(gòu)建系統(tǒng)性工作流，讓每個部分效率最高、容錯性最低，并在高速鐵路接觸網(wǎng)工程中最大化發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢，將設(shè)計(jì)與管理工作協(xié)同性開發(fā)，多維運(yùn)行人員要注意高速鐵路接觸網(wǎng)工程的技術(shù)特性。

3.1 人力資源組織

施工現(xiàn)場的人力資源組織關(guān)系到不同業(yè)務(wù)部門的配合與現(xiàn)場施工安全的保障，BIM技術(shù)的運(yùn)用需要現(xiàn)場高頻次的數(shù)據(jù)采集，并通過自動化設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄與共享，所有人員都可能從該技術(shù)軟件中獲取信息，并展開設(shè)計(jì)、管理、施工等操作，這些人員來自不同項(xiàng)目部甚至分公司，具體工作時間無法協(xié)調(diào)一致。對此，要提前確定BIM技術(shù)負(fù)責(zé)人并保證其具有完全領(lǐng)導(dǎo)權(quán)，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)落實(shí)參與人員的時間，保證具體工作的有序開展。現(xiàn)場人員與后臺人員的權(quán)重應(yīng)該匹配，項(xiàng)目設(shè)計(jì)方、施工方等各個參建方之間的數(shù)據(jù)要實(shí)現(xiàn)同步共享，保障不同施工環(huán)節(jié)的工作時間和效率。

3.2 避免和生產(chǎn)脫節(jié)

建模和實(shí)踐存在一定的差距，多維導(dǎo)向下的細(xì)節(jié)性建模通常需要現(xiàn)場人員的三輪論證，由于不同元件和附屬線路存在的差異，BIM技術(shù)在高鐵接觸網(wǎng)中會導(dǎo)致項(xiàng)目期間階段性成果的失敗或核算結(jié)果差距過大。所以，提升模型實(shí)用性至關(guān)重要，要保證該技術(shù)應(yīng)用期間生成的模型、參數(shù)等要與實(shí)際施工數(shù)據(jù)保持一致，避免脫離實(shí)際導(dǎo)致最終無法使用。這意味著設(shè)計(jì)人員與施工人員要積極溝通，避免出現(xiàn)技術(shù)應(yīng)用與施工兩條線的問題，強(qiáng)化施工人員與技術(shù)人員之間的互動交流，保證該技術(shù)的實(shí)效性。

3.3 科學(xué)控制施工流程

接觸網(wǎng)工程的施工流程比較復(fù)雜，要與其他工程配合，要求施工人員精確控制施工流程，準(zhǔn)確傳遞信息，以保證各個環(huán)節(jié)的有效銜接。該技術(shù)的利用可以使用特殊軟件，加上數(shù)據(jù)庫的支持，快速繪制施工平面圖，保證給出的系統(tǒng)圖數(shù)據(jù)具有較高的準(zhǔn)確度，同時，這個過程中可以發(fā)揮技術(shù)的自動化處理功能。

在接觸網(wǎng)施工的整體工作流程控制中，要建立數(shù)據(jù)庫，設(shè)定相應(yīng)的分類和屬性，以便于為系統(tǒng)圖服務(wù)，幫助工作人員更好地把握每個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)傳輸操作，為準(zhǔn)確分析各個階段的施工內(nèi)容提供支持，有效控制施工進(jìn)度。

4 結(jié)語

高速鐵路接觸網(wǎng)工程需要建筑工程和電力科學(xué)的雙重結(jié)合，BIM技術(shù)可以集合建筑信息數(shù)據(jù)，從勘察、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行等階段的所有數(shù)據(jù)入手集成，建立起目標(biāo)建筑的三維模型信息數(shù)據(jù)庫，借助模型的打造，提高了建筑信息的集成化水平，進(jìn)而指導(dǎo)建筑工程的科學(xué)進(jìn)行。

在真實(shí)施工環(huán)境下，高速鐵路接觸網(wǎng)工程項(xiàng)目數(shù)據(jù)構(gòu)型龐大而復(fù)雜，借助BIM技術(shù)的可視化和參數(shù)化優(yōu)勢可以提高道路設(shè)計(jì)效率，通過碰撞試驗(yàn)和仿真，優(yōu)化車票設(shè)計(jì)，滿足道路設(shè)計(jì)的安全性和可靠性。在接觸網(wǎng)安裝實(shí)施階段，采用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)施工方案交底，負(fù)責(zé)接觸網(wǎng)的安裝施工、施工質(zhì)量和施工管理改進(jìn)。改進(jìn)BIM技術(shù)服務(wù)于接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)和施工中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)的有效集成和傳輸，數(shù)字化竣工交付將施工階段的數(shù)據(jù)無縫傳輸至運(yùn)維階段，為實(shí)現(xiàn)智能運(yùn)維奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉紅良，王萬齊，王輝麟，等.BIM技術(shù)在高速鐵路接觸網(wǎng)工程中的應(yīng)用研究[J].鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2019，28（6）：54-58.

[2] 鄧夢.BIM技術(shù)在高速鐵路接觸網(wǎng)工程應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2021（9）：193-194.

[3] 黃鑫，魯小兵.BIM技術(shù)在400km/h高速鐵路接觸網(wǎng)工程中的應(yīng)用[J].高速鐵路技術(shù)，2021，12（5）：102-106.

[4] 談敦龍.BIM技術(shù)在高速鐵路接觸網(wǎng)工程中的應(yīng)用研究[J].智能城市，2020，6（24）：109-110.

[5] 胡峰.BIM技術(shù)在高速鐵路接觸網(wǎng)工程中的應(yīng)用研究[J].城鎮(zhèn)建設(shè)，2019（8）：103.