鐵路信號(hào)設(shè)計(jì)與施工BIM技術(shù)應(yīng)用分析

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摘要：采用傳統(tǒng)二維圖形軟件設(shè)計(jì)的鐵路信號(hào)圖紙?jiān)趯?shí)際應(yīng)用中容易出現(xiàn)“漏、錯(cuò)、交叉、碰”等問題，給施工安全帶來隱患、影響工程進(jìn)度、浪費(fèi)人力資源。因此，文中首先闡述目前傳統(tǒng)鐵路信號(hào)設(shè)計(jì)存在的問題和BIM技術(shù)的優(yōu)勢，然后分析BIM技術(shù)在鐵路信號(hào)設(shè)計(jì)與施工中的應(yīng)用，得出bim技術(shù)的應(yīng)用可解決傳統(tǒng)鐵路信號(hào)設(shè)計(jì)和施工中的“錯(cuò)、漏、交叉”等問題，其利用三維技術(shù)建模，優(yōu)化了設(shè)計(jì)、避免了施工中不必要的爭議，降低了安全隱患、提高了工作效率。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù)；鐵路信號(hào)；二維圖形軟件；應(yīng)用設(shè)計(jì)；施工；三維立體

引言

我國從20世紀(jì)末開始逐漸研究BIM理論和技術(shù)，經(jīng)過十幾年的發(fā)展，BIM技術(shù)在國內(nèi)得到了廣泛的認(rèn)識(shí)，并逐漸應(yīng)用到各行各業(yè)中。2018年，我國推廣BIM技術(shù)在交通類工程中的應(yīng)用，并了《城市軌道交通工程BIM應(yīng)用指南》。目前，北京、上海、廣州、深圳等城市軌道交通項(xiàng)目已開始應(yīng)用BIM技術(shù)，但從應(yīng)用上來看，主要集中在利用BIM技術(shù)進(jìn)行可視化效果展示、管線綜合設(shè)計(jì)等方面，還沒有形成整體化的應(yīng)用。因此BIM技術(shù)在軌道交通行業(yè)的應(yīng)用還處于起步階段。在鐵路信號(hào)設(shè)計(jì)與施工中的應(yīng)用領(lǐng)域幾乎處于空白，隨著計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展，BIM技術(shù)在鐵路信號(hào)專業(yè)的工程設(shè)計(jì)和施工必將成為一種趨勢。

1傳統(tǒng)的鐵路信號(hào)設(shè)計(jì)與施工存在的問題

目前，鐵路信號(hào)工程設(shè)計(jì)普遍采用二維設(shè)計(jì)的CAD和Visio繪圖軟件，設(shè)計(jì)成果主要以平面圖紙和相關(guān)的說明文件為主。這種形式的鐵路信號(hào)工程設(shè)計(jì)圖紙中沒有體現(xiàn)出鐵路信號(hào)設(shè)備限界問題，鐵路信號(hào)設(shè)計(jì)是否存在設(shè)備侵限的問題，這在二維圖紙中是無法進(jìn)行體現(xiàn)，只有在施工過程中發(fā)現(xiàn)，一旦發(fā)現(xiàn)就必須重新調(diào)整導(dǎo)致設(shè)計(jì)返工。鐵路信號(hào)設(shè)備之間主要通過電纜、光纜等連接，車站和區(qū)間有大量的電纜、光纜鋪設(shè)，工作量非常大，同時(shí)也要兼顧隧道和橋梁的電纜管線和站內(nèi)電纜設(shè)計(jì)原則、其他專業(yè)電纜等的隔離保護(hù)等，這些無法通過二維圖紙來進(jìn)行解決，需要工作人員現(xiàn)場協(xié)調(diào)和調(diào)整，影響工程進(jìn)度。

2BIM技術(shù)應(yīng)用于鐵路信號(hào)中的優(yōu)勢

BIM技術(shù)是一種建筑信息仿真模型技術(shù)。采用BIM技術(shù)在布置信號(hào)設(shè)備時(shí)直觀看到模型與線路的關(guān)系，避免了設(shè)備的侵限問題。在設(shè)計(jì)的時(shí)候可以會(huì)同多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程中的碰撞、遮擋問題。信號(hào)設(shè)備之間的碰撞也就是專業(yè)內(nèi)部的問題，專業(yè)內(nèi)部的問題主要考慮信號(hào)設(shè)備之間是否存在重疊、因尺寸問題導(dǎo)致的空間不足等；但專業(yè)之間的碰撞問題主要考慮信號(hào)設(shè)備與其他專業(yè)設(shè)備之間是否發(fā)生碰撞。上海鐵路局集團(tuán)公司利用BIM技術(shù)對施工作業(yè)進(jìn)行模擬計(jì)算，提前發(fā)現(xiàn)了100多處碰撞點(diǎn)，有效地避免了事故的發(fā)生。BIM的技術(shù)優(yōu)勢具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

2.1設(shè)計(jì)成果可視化

現(xiàn)有鐵路信號(hào)工程設(shè)計(jì)交付成果主要是二維的信號(hào)平面布置圖和雙線圖等，在設(shè)計(jì)初期誤差不明顯，由于信號(hào)設(shè)備室內(nèi)布置比較繁瑣、室外電纜敷設(shè)強(qiáng)弱電交叉點(diǎn)多，在施工階段就會(huì)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)結(jié)果誤差較多。BIM技術(shù)可以有效地解決傳統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來的一些問題，有效解決施工中的“交叉、錯(cuò)、漏”等問題，將設(shè)計(jì)以可視化的三維立體模型呈現(xiàn)給施工人員，既可以保證設(shè)計(jì)圖的美觀，施工的時(shí)候可以直觀地看到模型與線路的位置、角度等之間的關(guān)系，避免了設(shè)備侵限的問題、優(yōu)化了設(shè)計(jì)，又可以通過三維處理把施工完成后的整體效果呈現(xiàn)出來。

2.2布局協(xié)調(diào)合理化

目前，我國鐵路各專業(yè)間協(xié)調(diào)的工作模式還屬于傳統(tǒng)的模式，專業(yè)間的協(xié)同設(shè)計(jì)并沒有明確的集成圖紙，專業(yè)間的協(xié)調(diào)仍然是在施工設(shè)計(jì)圖紙制作完成之后才開始的。這樣施工階段經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)專業(yè)之間、系統(tǒng)之間的碰撞和遮擋。比如信號(hào)和通信、供電、工務(wù)等多專業(yè)都可能有碰撞和遮擋。利用BIM技術(shù)對施工設(shè)計(jì)圖紙建立三維模型，讓各專業(yè)來共同協(xié)作、判斷、發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程中的碰撞、遮擋問題。如果圖紙缺乏合理性則可以立即進(jìn)行修改，保證了最后交付的成果設(shè)計(jì)合理性和準(zhǔn)確性，確保施工安全和順利進(jìn)行，減少了設(shè)計(jì)返工、降低設(shè)計(jì)成本、節(jié)約設(shè)計(jì)人員工作量和時(shí)間，提高設(shè)計(jì)效率，有效避免了施工工期的延誤。

2.3信息歸檔高效化

鐵路信號(hào)設(shè)備雖然結(jié)構(gòu)、尺寸與其他電氣、機(jī)電設(shè)備有很多相似的地方，但也有自身的特殊性，同時(shí)隨著鐵路信號(hào)技術(shù)的快速發(fā)展，鐵路信號(hào)工程項(xiàng)目也變得日益復(fù)雜，施工標(biāo)準(zhǔn)也越來越高，工程量也不斷增大。如果用傳統(tǒng)的方式進(jìn)行計(jì)算，對人力資源構(gòu)成浪費(fèi)，效率也會(huì)降低，利用BIM技術(shù)進(jìn)行三維設(shè)計(jì)建模，建模導(dǎo)入模型庫，對鐵路信號(hào)設(shè)備模型進(jìn)行參數(shù)化配置，有效地方便了日后的施工和運(yùn)維管理。同時(shí)BIM技術(shù)可以通過信息模型快速構(gòu)建明細(xì)表，對工程造價(jià)進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)估，還可以對設(shè)計(jì)資料和明細(xì)表進(jìn)行及時(shí)的更新，以此提高工作人員的效率，杜絕了人力資源的浪費(fèi)。利用BIM技術(shù)制作施工圖紙的應(yīng)用如圖1所示。

3BIM技術(shù)在鐵路信號(hào)的應(yīng)用

鐵路信號(hào)系統(tǒng)采用BIM技術(shù)設(shè)計(jì)，3D建模是基礎(chǔ)。鐵路信號(hào)主要是在土建的基礎(chǔ)上進(jìn)行各種設(shè)備的安裝和線纜的布置，空間立體結(jié)構(gòu)不是特別明顯，所以鐵路信號(hào)主要采用系統(tǒng)分解和實(shí)體構(gòu)建相結(jié)合的方式建模。具體分解和建模流程如圖2所示。

3.1鐵路信號(hào)BIM數(shù)據(jù)獲取

鐵路沿線、站場和鐵路信號(hào)設(shè)備可視化系統(tǒng)的構(gòu)建需要鐵路沿線建筑物、地形圖數(shù)據(jù)及地面信號(hào)設(shè)備的數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)和空間信息數(shù)據(jù)。這些信息數(shù)據(jù)因形態(tài)和屬性等不同獲取方式也不同，一般建筑物數(shù)據(jù)利用激光掃描、影響數(shù)據(jù)和二維數(shù)據(jù)獲取，二維數(shù)據(jù)通過傳統(tǒng)的施工圖紙和數(shù)字地圖獲取精準(zhǔn)的信息，可以直接利用二維圖建立三維信息模型。鐵路線路、站場和鐵路信號(hào)設(shè)備處于三維空間中，可以通過影像、地形圖和精密測量獲得信息數(shù)據(jù)。為了增強(qiáng)鐵路信號(hào)設(shè)備表面的真實(shí)感，使得BIM模型更加逼真采用紋理數(shù)據(jù)建模。紋理數(shù)據(jù)的獲取主要通過網(wǎng)絡(luò)圖片、遙感影像、相機(jī)拍攝和計(jì)算機(jī)模擬繪制得到。

3.2BIM模型構(gòu)建

在進(jìn)行鐵路信號(hào)設(shè)備BIM模型構(gòu)建時(shí)，可以利用基于Autodesk公司開發(fā)的Revit建模軟件。Revit軟件是目前使用最廣泛的BIM軟件之一，利用Revit軟件構(gòu)建模型庫，如信號(hào)機(jī)、表示器、標(biāo)志牌、應(yīng)答器、轉(zhuǎn)轍機(jī)、計(jì)軸設(shè)備等常見信號(hào)設(shè)備，從而減輕建模工作量，提高建模效率。Revit軟件建模包括加載建筑模型，布置受力構(gòu)建，選擇有限元分析軟件對模型進(jìn)行檢查三個(gè)步驟，Revit軟件中的數(shù)據(jù)是可以共享的，可以使多個(gè)設(shè)計(jì)人員在相同的網(wǎng)絡(luò)中共享同一個(gè)模型，為設(shè)計(jì)人員在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中提供技術(shù)支撐，具體建模過程如圖3所示。利用Revit軟件構(gòu)建的結(jié)構(gòu)模型，設(shè)計(jì)人員可以通過結(jié)構(gòu)模型對工程項(xiàng)目進(jìn)行簡單分析，在結(jié)構(gòu)模型中也可以對工程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，根據(jù)設(shè)計(jì)的三維模型得到施工用的剖面圖、立體圖和平面圖，自動(dòng)更新生成視圖和圖紙，完成三維工程圖的制作。

4結(jié)語

綜上所述，BIM技術(shù)的應(yīng)用解決了傳統(tǒng)鐵路信號(hào)設(shè)計(jì)和施工中的“錯(cuò)、漏、交叉”等問題，利用三維技術(shù)建模，優(yōu)化了設(shè)計(jì)、避免了施工中不必要的爭議，降低了安全隱患、提高了工作效率。但現(xiàn)階段BIM技術(shù)主要運(yùn)用于建筑行業(yè)，適用范圍較小，同時(shí)需要獲得從業(yè)資格證書的BIM技術(shù)人員較少，而且還需要相關(guān)軟件的支持。為了促進(jìn)BIM技術(shù)在鐵路信號(hào)設(shè)計(jì)與施工中的應(yīng)用，需要從軟件性能提高、從業(yè)人員的素質(zhì)等方面發(fā)展。BIM技術(shù)的在鐵路信號(hào)的發(fā)展處于起步階段，還需一定時(shí)期的發(fā)展壯大。

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作者：陳紅霞 鄧麗敏 單位：南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院