BIM技術(shù)在地鐵牽引供電系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用

羅青龍

引言

近年來，隨著我國城市化進(jìn)程的推進(jìn)，城市軌道交通建設(shè)進(jìn)入快速發(fā)展階段。BIM（Building Information Modeling建筑信息模型）作為建筑行業(yè)的革命性技術(shù)，在建筑工程項目中有較為廣泛和成熟的應(yīng)用，但在城市軌道交通方面應(yīng)用較少。目前，大部分城市地鐵BIM技術(shù)的應(yīng)用主要集中在三維模型的效果展示和綜合管線設(shè)計等。尤其是在地鐵牽引供電系統(tǒng)設(shè)計中，仍處于初級階段，在信息整合、參數(shù)化建模和專業(yè)協(xié)同等方面存在欠缺。因此，亟需建立地鐵牽引供電系統(tǒng)三維數(shù)字化設(shè)計平臺和設(shè)計方案，全方位實現(xiàn)BIM技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用。

1 牽引供電系統(tǒng)的BIM設(shè)計平臺

1.1 BIM設(shè)計平臺架構(gòu)

基于BIM技術(shù)的三維數(shù)字化設(shè)計平臺架構(gòu)如圖1所示。

圖1 牽引供電系統(tǒng)的BIM設(shè)計平臺架構(gòu)

1.2 軟件平臺

Autodesk公司生產(chǎn)的Revit是當(dāng)前主流的設(shè)計工具之一，在參數(shù)化建模方面有著諸多優(yōu)勢。而該公司開發(fā)的AutoCAD作為傳統(tǒng)的二維設(shè)計軟件，仍有著其無法替代的功能需要。基于兩者建立牽引供電BIM設(shè)計平臺，通過可視化和參數(shù)化建模，形成一套面向牽引供電設(shè)計的解決方案。

1.3 設(shè)計管理平臺

設(shè)計管理平臺為BIM設(shè)計平臺的核心部分。在該平臺下完成二維、三維設(shè)計的建模和成果發(fā)布。設(shè)計管理平臺與中心模型管理平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，通過中心模型管理平臺提供的工程模型，對知識庫進(jìn)行調(diào)用，在本平臺上完成項目設(shè)計。

1.4 知識庫

基于標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化建立的電氣設(shè)備族庫、數(shù)據(jù)庫和圖庫等，構(gòu)成牽引供電BIM設(shè)計平臺的知識庫。在該設(shè)計平臺中，通過對知識庫的有效管理和信息調(diào)用，不僅能實現(xiàn)對電氣設(shè)備的幾何參數(shù)進(jìn)行描述，而且能夠?qū)﹄姎庠O(shè)備的屬性信息、工程參數(shù)、設(shè)計約束等方面根據(jù)一定的設(shè)計規(guī)則進(jìn)行匹配和封裝，從而更有效地解決參數(shù)驅(qū)動和模型驅(qū)動的機(jī)制問題。

2 BIM設(shè)計方案

2.1 電氣設(shè)計

2.1.1 主接線設(shè)計

電氣主接線圖設(shè)計是牽引供電系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)工作。在AutoCAD軟件平臺上建立主接線模型，模型中元器件參數(shù)從知識庫中調(diào)用并賦值。主接線元件及參數(shù)應(yīng)盡量全面、豐富，直觀反映電氣設(shè)備之間的聯(lián)系。

2.1.2 電氣設(shè)備布置

在電氣主接線圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行電氣設(shè)備的三維布置，采用Revit平臺完成布置工作。電氣設(shè)備模型通過工藝編碼與系統(tǒng)主接線自動關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)系統(tǒng)和模型之間邏輯表達(dá)和物理表達(dá)的一致性，完成二維與三維的聯(lián)動設(shè)計。

電氣設(shè)備的布置，在滿足設(shè)計要求的同時，能夠進(jìn)行碰撞檢測，避免設(shè)備發(fā)生硬碰撞（設(shè)備與其他實體之間的交叉碰撞）和軟碰撞（設(shè)備與其他對象之間的有效空間不滿足要求）。此外，軟件設(shè)計平臺提供協(xié)同式的預(yù)埋件布置、孔洞設(shè)置方案，通過加載預(yù)制的通用圖布置方案，使預(yù)埋件的布置及孔洞的設(shè)置與設(shè)備的布置相對應(yīng)，實現(xiàn)三者空間上的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

2.1.3 電纜敷設(shè)

電纜敷設(shè)是電氣設(shè)計中十分重要的一環(huán)。通過電纜聯(lián)系表的邏輯信息，依托既定的電纜敷設(shè)規(guī)則，自動進(jìn)行電纜優(yōu)化敷設(shè)。在具體的實現(xiàn)方式上，根據(jù)實際的模型環(huán)境，進(jìn)行電纜支/吊/橋架和電纜溝的自動布置，在此基礎(chǔ)上通過電纜的拓?fù)溥B接，完成電纜敷設(shè)。同時，軟件能夠自動精確統(tǒng)計電纜長度，根據(jù)需要從多視角、多維度展示電纜敷設(shè)分布情況。需要說明的是，電纜敷設(shè)應(yīng)與低壓配電、通信信號等專業(yè)協(xié)同設(shè)計，特別是在變電所外的電纜敷設(shè)，須結(jié)合具體路徑及管線碰撞檢測，實現(xiàn)三維狀態(tài)下的合理優(yōu)化設(shè)計。

2.1.4 接地設(shè)計

通過接地設(shè)計工具，動態(tài)繪制綜合接地網(wǎng)，同時能夠自動計算接地電阻、跨步電壓、接觸電勢等，并且能夠?qū)ο嚓P(guān)參數(shù)進(jìn)行校驗，完成車站綜合接地系統(tǒng)設(shè)計。對于變電所接地，通過動態(tài)繪制接地干線、支線，以及布置接地母排等，實現(xiàn)供電系統(tǒng)接地設(shè)計。

2.2 數(shù)據(jù)管理與信息聯(lián)動

2.2.1 數(shù)據(jù)管理

知識庫主要包括設(shè)備庫、族庫、圖庫等，同時涵蓋制圖規(guī)程及規(guī)范樣式等內(nèi)容。對知識庫的管理，主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)分類、數(shù)據(jù)集成及參數(shù)匹配、模型及樣式管理等，此外知識庫提供對外開放的接口，方便數(shù)據(jù)的編輯及導(dǎo)入導(dǎo)出，支持個性化定義等。

2.2.2 信息聯(lián)動

通過軟件平臺進(jìn)行二維與三維的數(shù)據(jù)交互，以數(shù)據(jù)驅(qū)動為核心，實現(xiàn)主接線與電氣設(shè)備模型之間的關(guān)聯(lián)，保證二維與三維之間的一致性。真正意義達(dá)到“一圖修改、多圖聯(lián)動”的效果，減少重復(fù)操作，提高設(shè)計效率和質(zhì)量。

2.3 多專業(yè)間的協(xié)同設(shè)計

傳統(tǒng)設(shè)計采用二維設(shè)計，各個專業(yè)通過在約定的節(jié)點互提資料完成配合。雖然這種方式較為成熟，但仍然存在著數(shù)據(jù)交換不充分、信息互通不健全等問題。對于信息量更大、表達(dá)方式更復(fù)雜的三維設(shè)計，專業(yè)間的配合要求也越高。因此，各專業(yè)不僅僅是配合，更要協(xié)同，即在設(shè)計中保持協(xié)調(diào)、同步，同時做到信息共享和精確配合。

BIM技術(shù)充分體現(xiàn)了協(xié)同設(shè)計的相關(guān)理念，包括建筑、結(jié)構(gòu)以及設(shè)備等各個專業(yè)連接到同一平臺中，各工種之間的設(shè)計數(shù)據(jù)得到可視化共享。通過分布式操作和設(shè)計權(quán)限的分配，不同專業(yè)的設(shè)計人員在各自的工作集內(nèi)完成專業(yè)內(nèi)的相關(guān)設(shè)計，并將數(shù)據(jù)同步更新到中心模型中，保證成果的實時性及唯一性。該方式避免傳統(tǒng)設(shè)計中由于各個專業(yè)間互提資料、溝通問題造成的數(shù)據(jù)前后不一致，并實現(xiàn)正確的設(shè)計流程管理。

3 存在的問題

Revit作為目前主流的設(shè)計工具，有諸多先進(jìn)的地方。但對于牽引供電系統(tǒng)設(shè)計，該軟件還不夠成熟，目前多集中在碰撞檢查等局部的技術(shù)應(yīng)用。在族庫內(nèi)容、繪圖輔助、三維模型表達(dá)方式上存在一定的欠缺，對二次開發(fā)的要求較高。

此外，BIM技術(shù)的推廣也面臨一些自身的問題：①缺乏完整的軌道交通BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；②BIM設(shè)計對硬件的要求很高；③不同專業(yè)軟件平臺的接口兼容性問題沒有很好解決。

4 結(jié)束語

通過建立地鐵牽引供電系統(tǒng)BIM設(shè)計平臺，提出了地鐵牽引供電系統(tǒng)的三維數(shù)字化設(shè)計方案。該方案能夠?qū)崿F(xiàn)供電系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)化建模，以及設(shè)備與系統(tǒng)間的參數(shù)關(guān)聯(lián)和參數(shù)驅(qū)動，解決了三維建模可視化與協(xié)同化的問題，豐富了設(shè)計手段和設(shè)計深度。隨著BIM設(shè)計的深入，BIM技術(shù)將會在不斷迭代中得以改進(jìn)，未來在設(shè)計、施工和運營中將會有更加充分的應(yīng)用。

[1]曾莎潔，陸鑫，等.城市軌道交通BIM發(fā)展現(xiàn)狀[J].世界軌道交通，2017（1）：50～51.

[2]李良威，李朝陽，等.BIM技術(shù)在牽引供電系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用[J].鐵路技術(shù)創(chuàng)新，2014，33（2）：71～73.

[3]周勝輝.BIM技術(shù)在地鐵電氣設(shè)計中的應(yīng)用[J].文摘版：工程技術(shù)，2016（5）：30～31.