BIM技術(shù)在地鐵供電系統(tǒng)全生命周期應(yīng)用

張棟梁，王劉輝

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 電氣化設(shè)計(jì)研究院，湖北 武漢 430063）

0 引言

近年來(lái)，從國(guó)家到地方政府都逐漸意識(shí)到BIM技術(shù)應(yīng)用的重要性，相繼出臺(tái)了一系列與BIM相關(guān)的政策性文件及規(guī)范。各大城市積極響應(yīng)政府政策，大力推動(dòng)BIM技術(shù)在地鐵工程中的應(yīng)用［1］。

地鐵牽引供電系統(tǒng)給地鐵的運(yùn)行提供動(dòng)力，保障地鐵正常運(yùn)營(yíng)。目前，地鐵供電系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維階段存在可視化程度低、信息無(wú)法有效整合和運(yùn)維智能化程度不高的問(wèn)題，制約著地鐵行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展［2］。為有效解決上述問(wèn)題，提出BIM技術(shù)在地鐵供電系統(tǒng)全生命周期中的應(yīng)用場(chǎng)景及方案，以達(dá)到提升工程設(shè)計(jì)、建設(shè)質(zhì)量以及智能運(yùn)維水平的目的。

1 設(shè)計(jì)階段

1.1 設(shè)計(jì)技術(shù)

1.1.1 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用AutoCAD軟件進(jìn)行二維制圖。供電系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)接口多、設(shè)備型號(hào)繁雜，二維設(shè)計(jì)無(wú)法直觀(guān)、立體地展示設(shè)計(jì)方案及進(jìn)行管線(xiàn)碰撞檢查，往往容易導(dǎo)致施工人員無(wú)法準(zhǔn)確清晰地理解設(shè)計(jì)意圖，造成管線(xiàn)“打架”或設(shè)備安裝錯(cuò)位。

1.1.2 BIM技術(shù)

基于Revit軟件及BIM協(xié)同設(shè)計(jì)等工作平臺(tái)，在多個(gè)專(zhuān)業(yè)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)共享和協(xié)同設(shè)計(jì)等工作，實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的可視化表達(dá)［3-4］。通過(guò)碰撞檢測(cè)、智能校驗(yàn)等手段提升設(shè)計(jì)方案的質(zhì)量。

1.2 供電系統(tǒng)BIM設(shè)計(jì)

1.2.1 設(shè)備模型布置

結(jié)合工程實(shí)際，建立標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、精細(xì)化和完備化的供電設(shè)備族庫(kù)，族模型能夠直觀(guān)準(zhǔn)確地反映設(shè)備相應(yīng)的幾何信息、材質(zhì)信息和技術(shù)參數(shù)。在供電設(shè)備用房布置設(shè)備模型，并進(jìn)行設(shè)備運(yùn)輸路徑校驗(yàn)及安全距離校驗(yàn)；優(yōu)化設(shè)備布置方案，提高供電用房利用率；標(biāo)記設(shè)備操作面和背面，直觀(guān)地比較各個(gè)布置方案的優(yōu)缺點(diǎn)，摘選最方便運(yùn)營(yíng)使用的設(shè)備布置方案。

1.2.2 接地設(shè)計(jì)

通過(guò)接地輔助設(shè)計(jì)軟件，動(dòng)態(tài)繪制接地網(wǎng)（見(jiàn)圖1），自動(dòng)進(jìn)行工程量清單的計(jì)算和編制（見(jiàn)圖2），校驗(yàn)相關(guān)參數(shù)，自動(dòng)完成車(chē)站及場(chǎng)段的接地設(shè)計(jì)［5］。

圖1 接地網(wǎng)平面和三維效果圖

圖2 接地網(wǎng)工程量清單

1.2.3 電纜敷設(shè)

利用BIM技術(shù)規(guī)劃定位電纜支架的安裝位置，規(guī)劃電纜路徑和電纜敷設(shè)的排布順序。在BIM模擬電纜敷設(shè)過(guò)程中，不斷優(yōu)化調(diào)整電纜敷設(shè)排布位置，并對(duì)電纜上柜和彎曲弧度進(jìn)行統(tǒng)一要求（見(jiàn)圖3）。在電纜交叉的特殊位置，通過(guò)對(duì)模型進(jìn)行合理規(guī)劃及碰撞檢查，避免電纜雜亂無(wú)序及管線(xiàn)碰撞沖突問(wèn)題的發(fā)生，從而有效優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。利用BIM技術(shù)搭建的電纜敷設(shè)模型，可全方位展示電纜敷設(shè)情況（見(jiàn)圖4），同時(shí)也可快速進(jìn)行工程算量，并提升統(tǒng)計(jì)和審核效率［6］。

圖3 電纜敷設(shè)設(shè)計(jì)界面

圖4 電纜敷設(shè)模型與現(xiàn)場(chǎng)敷設(shè)對(duì)比

1.2.4 接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)存在可視程度低、裝配尺寸無(wú)法自動(dòng)提取及限界校驗(yàn)困難等問(wèn)題。BIM技術(shù)采用可視化的參數(shù)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了接觸網(wǎng)方案的立體化表達(dá)，并為工程構(gòu)建性能分析提供條件。在接觸網(wǎng)零部件、接觸網(wǎng)裝配等方面應(yīng)用BIM技術(shù)，通過(guò)碰撞檢查、工程量提取統(tǒng)計(jì)等應(yīng)用提升設(shè)計(jì)質(zhì)量，不僅有效解決了上述問(wèn)題，也為接觸網(wǎng)工廠(chǎng)預(yù)配安裝及智能運(yùn)維創(chuàng)造了條件。柔性接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)界面及模型見(jiàn)圖5。

圖5 柔性接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)界面及模型

1.3 協(xié)同設(shè)計(jì)

1.3.1 多專(zhuān)業(yè)間的協(xié)同

BIM技術(shù)使得建筑、結(jié)構(gòu)以及各系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)之間的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)得以可視化共享。相關(guān)專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)人員通過(guò)VAULT等BIM協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)進(jìn)行專(zhuān)業(yè)間的協(xié)同設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)各專(zhuān)業(yè)模型的整合，并根據(jù)最新設(shè)計(jì)提資更新相應(yīng)的BIM模型，為管線(xiàn)碰撞檢查、設(shè)備安全距離校驗(yàn)等奠定基礎(chǔ)［7］。

1.3.2 碰撞檢查

不同專(zhuān)業(yè)圖紙眾多，采用傳統(tǒng)的二維圖紙進(jìn)行檢查難以發(fā)現(xiàn)管線(xiàn)沖突和碰撞問(wèn)題。采用BIM技術(shù)將各專(zhuān)業(yè)的模型進(jìn)行整合，并對(duì)上述BIM模型進(jìn)行碰撞檢查（見(jiàn)圖6）。根據(jù)碰撞檢測(cè)結(jié)果優(yōu)化管線(xiàn)路徑，能夠避免設(shè)計(jì)中出現(xiàn)“碰擊、遺漏、缺陷”的現(xiàn)象，消除安全隱患。

圖6 管線(xiàn)碰撞檢查

1.3.3 智能校驗(yàn)

通過(guò)三維模型精確的坐標(biāo)和屬性，進(jìn)行設(shè)備間安全距離校驗(yàn)、電氣設(shè)備與管線(xiàn)及建筑間安全距離校驗(yàn)。智能校驗(yàn)功能可以在設(shè)計(jì)階段檢查出設(shè)計(jì)問(wèn)題和專(zhuān)業(yè)間接口問(wèn)題，避免設(shè)計(jì)沖突，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和施工效率。

1.4 模型信息管理

利用標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化和精細(xì)化的供電設(shè)備族庫(kù)進(jìn)一步建立供電系統(tǒng)BIM信息庫(kù)，信息庫(kù)內(nèi)模型封裝設(shè)備的幾何信息和電氣信息［8］。通過(guò)管理和調(diào)用信息庫(kù)的族模型，并采用輔助設(shè)計(jì)軟件實(shí)現(xiàn)BIM“裝配式”建模。

1.5 可視化發(fā)布

供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行可視化發(fā)布，利于設(shè)計(jì)院、施工方和業(yè)主更快速地掌握現(xiàn)場(chǎng)情況，提高建設(shè)效率，保證各方的滿(mǎn)意度。

移動(dòng)端的設(shè)計(jì)成果巡游（見(jiàn)圖7）、VR展示（見(jiàn)圖8）、電纜查詢(xún)、圖檔查詢(xún)、模擬施工等功能，大幅提高了設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的應(yīng)用價(jià)值，徹底改變了傳統(tǒng)二維圖紙審核、交底及會(huì)審模式。設(shè)計(jì)成果通過(guò)更為輕便、真實(shí)、立體的手段得以展現(xiàn)。

圖7 移動(dòng)端展示

圖8 VR展示

2 施工階段

2.1 設(shè)備運(yùn)輸路徑模擬

由于受到設(shè)備尺寸及建筑結(jié)構(gòu)的影響，在傳統(tǒng)施工過(guò)程中，可能出現(xiàn)設(shè)備無(wú)法運(yùn)進(jìn)房間的情況。基于BIM技術(shù)，模擬供電系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)輸安裝流程（見(jiàn)圖9），能夠優(yōu)化設(shè)備運(yùn)輸安裝路徑、縮短施工周期。

圖9 設(shè)備運(yùn)輸路徑模擬

2.2 基于BIM的虛擬建造

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)存在與施工方信息交互延時(shí)和信息發(fā)布知曉面不夠廣的問(wèn)題，難以對(duì)施工流程優(yōu)化，部分問(wèn)題在施工過(guò)程中暴露出來(lái)，給施工帶來(lái)困難。在施工階段，將BIM技術(shù)應(yīng)用于復(fù)雜的地鐵施工場(chǎng)景，通過(guò)使用各種可視設(shè)備對(duì)在計(jì)算機(jī)上建立的BIM模型反復(fù)模擬施工過(guò)程，預(yù)先發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的問(wèn)題和存在的風(fēng)險(xiǎn)，并逐一制定相應(yīng)措施，以?xún)?yōu)化施工方案，保證項(xiàng)目施工的順利完成。

2.3 施工進(jìn)度管理

充分利用可視化的圖表、模型和動(dòng)畫(huà)等方式跟蹤管理項(xiàng)目的實(shí)際進(jìn)度，并通過(guò)與計(jì)劃進(jìn)度進(jìn)行對(duì)比分析的方式達(dá)到檢查和優(yōu)化項(xiàng)目進(jìn)度的目的。平臺(tái)實(shí)時(shí)發(fā)布施工動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，方便現(xiàn)場(chǎng)施工管理人員能及時(shí)全面地了解設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)信息。施工方能夠全面準(zhǔn)確地掌握施工情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理施工過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，從而準(zhǔn)確把控施工進(jìn)度，提升施工質(zhì)量。相較于傳統(tǒng)的施工進(jìn)度管理方式，采用基于BIM技術(shù)的施工進(jìn)度管理平臺(tái)（見(jiàn)圖10）效率更高，能夠更好地協(xié)調(diào)施工進(jìn)度和優(yōu)化施工流程，提高工程建設(shè)質(zhì)量和效率。

圖10 基于BIM的施工進(jìn)度管理

2.4 施工成本管理

基于相關(guān)BIM模型建立施工成本管理平臺(tái)（見(jiàn)圖11），動(dòng)態(tài)管理和控制施工成本。上述管理平臺(tái)能夠及時(shí)準(zhǔn)確地生成設(shè)備材料采購(gòu)計(jì)劃、施工人員配置計(jì)劃和資金需求應(yīng)用計(jì)劃等，輔助施工成本管理。借助管理平臺(tái)中模型的材料信息，施工單位嚴(yán)格控制各種施工材料的用量，確定合理的價(jià)格，真正做到“限額領(lǐng)料”［9］。采用施工成本管理平臺(tái)，自動(dòng)進(jìn)行變更計(jì)算計(jì)價(jià)、工程計(jì)量結(jié)算；自動(dòng)保存相應(yīng)變更記錄和計(jì)量記錄，方便相關(guān)方進(jìn)行查詢(xún)；可以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目成本信息的實(shí)時(shí)掌握，實(shí)現(xiàn)施工成本的動(dòng)態(tài)管理和最優(yōu)控制。

圖11 基于BIM的施工成本管理

3 運(yùn)維階段

采用地鐵全線(xiàn)各專(zhuān)業(yè)BIM竣工模型建立城市軌道交通BIM數(shù)字化運(yùn)維管理平臺(tái)（見(jiàn)圖12）。通過(guò)平臺(tái)與電力監(jiān)控等系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，自動(dòng)獲取供電系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行的實(shí)時(shí)記錄及歷史動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和事件記錄。該平臺(tái)還包括人員管理、維修計(jì)劃制定、設(shè)備維護(hù)記錄、資產(chǎn)信息管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等功能，能夠?yàn)閷?shí)現(xiàn)地鐵智能運(yùn)維提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐與保障［10］。

圖12 軌道交通運(yùn)維管理平臺(tái)

4 結(jié)束語(yǔ)

智慧化已成為當(dāng)前城市軌道交通高質(zhì)量發(fā)展的主要方向，BIM技術(shù)將在其中發(fā)揮重要的作用。結(jié)合供電系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，從設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維階段等各個(gè)階段介紹BIM技術(shù)在地鐵供電系統(tǒng)中的應(yīng)用方案，明確供電系統(tǒng)向設(shè)計(jì)可視化、施工信息化、運(yùn)維智慧化的發(fā)展思路和前進(jìn)方向。BIM技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)推動(dòng)國(guó)內(nèi)地鐵供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量及運(yùn)維水平的全面提升，促進(jìn)智慧城軌的建設(shè)與發(fā)展。