BIM技術在鐵路信號機房安裝配線中的研究與應用

程 芮

（中鐵十局集團電務工程有限公司，山東 濟南 250000）

1 工程概況

新建濟南至青島高速鐵路位于山東半島，線路西起山東省會濟南市，自濟南東客站引出，沿既有膠濟鐵路通道北側向東，經濱州、淄博、濰坊，東至青島市，引入青島樞紐紅島站，正線全長約307.93 km，全線新建車站10座，其中濟南東客站、紅島站為始發站，對既有膠濟客專膠州北站進行改造，其余均為中間站，膠州北站改建采用濟青高鐵正線外包膠濟客專車場，在膠州北站西側濟青高鐵與既有膠濟客專貫通，利用膠濟客專通道引入青島站，在膠州北站膠濟客專與濟青高鐵機場方向正線貫通，引入紅島車站。為解決膠濟客專與濟青高鐵間跨線車運行，在膠州北站濟南端修建膠濟濟青上下行聯絡線，濟青轉膠濟跨線車利用站內渡線通過。

2 技術研究

2.1 施工難點

2.1.1 信號機械室機柜布置合理性和維護環境高需求間的無縫銜接

目前，國內運營及在建客專、城際類高速鐵路采用國產CTCS信號系統，CTCS-2/3列車運行控制系統基于GSM-R無線通信技術，同時采用車-地一體化系統設計，進一步實現行指-連鎖-列控一體化、區間-車站一體化、通信-信號一體化和機電一體化，技術程度及集成度較高，對于各項各道工序的工程質量要求也更高，信號機械室作為行車重點部位，同時CTCS系統核心設備均放置于信號機械室內，對于機房內部施工質量要求更高，高鐵線路開通運營后，對于運營維護的要求也較高，因此，高質量地完成信號機械室室內工程已成為各家單位當前所需。

結合目前國內列控系統的設計及實施情況，基本對列車控制系統中涉及的各子系統機柜置于一處進行布置，便于施工進行，同時亦便于設備管理單位運營后便捷的維護；以ZPW-2000A/K無絕緣軌道電路為例，按照列車運行方向及站內區間劃分，需按照區間、站內同時結合上下行行別進行集中布置，集中布置后按照運營方向對所轄區段進行有序布線及施工，調試完成開通完成后，亦便于設備管理單位進行上、下行各行別，站內、區間各區域設備維護。

2.1.2 人工計算方法工作量繁巨

按照傳統施工方法，通常使用手工計算確定機房布纜方案。人工計算方法存在以下難點：

（1） 難算。由于涉及的參數較多計算必選工作量繁巨，難以選定最佳方案；計算疏漏在所難免。

（2） 模擬不準。塑料軟管和電纜芯線的模擬線束，編制和記號困難，在準確性上和美觀性上，難以確保。

（3） 交底困難。在實際放纜施工中，往往是同規格量裁、分區放纜，《放纜次序表》不夠直觀，交底效果受限，放纜錯誤難以避免。

2.1.3 返工經常出現

由于圖紙統計不全，《配纜 （線） 表》不準；纜線總成設計不準；施工作業技術交底不準；作業層理解和操作有誤等原因機房布纜的錯誤?，F，返工難免，有些機房甚至十幾返工，施工成本很大。

2.2 BIM技術應用

（1） 三維可視，模擬現場。應用BIM技術，在給定的信號機械室平面圖和室內設備布置圖等設計及施工圖基礎上，通過三維建模手段模擬出三維可視的維修環境；實現三維可視化功能。通過建立電氣設備、纜線、槽道、走線架等模型，展示整個線纜總成的物理結構。

（2） 檢測沖突，優化布線。應用BIM技術，在給定的信號機械室組合柜架間槽道圖、室內設備布置圖、防雷分線柜配線圖等設計及施工圖基礎上，依托Navisworks檢測功能進行干線電纜、配線間碰撞試驗，檢測各線纜的排列沖突，碰撞試驗完成后演練出每根電纜、配線的起止點和在各橋架的斷面位置，組合規則的線纜總成截面和外表面，并進行放纜動畫渲染，確定放線 （纜） 的順序，美化布線。

（3） 統計計算，節約用料。統計計算線纜數量，根據模型的線纜確定線纜的裁量尺寸和固定夾具數量，匯總走線架數量，可預先提出設備材料計劃用量。

（4） 設計總成，檢驗放線。顯示三維線纜總成圖，并可顯示各斷面線纜分布圖；對線纜總成進行事先設計和定型。由線纜總成圖，自然形成《配線 （纜） 表》檢查放線 （纜） 的正確性。

（5） 動畫模擬，指導施工。以三維動畫形式逐根渲染放線 （纜） 和固定的安裝工藝，三維模擬放纜、固定的詳細過程，對施工交底工作加以指導。

（6） 預先設計，充分預留。模型搭建后，可預留出定圖后增纜線的布放位置。

2.3 技術創新點

（1） 順序放纜。即確定自外側最底層第1根電纜，至最高層最里側最末一根纜的放線順序，并確定其準確長度。避免返工放線纜，機械室內各布線線纜間無交叉，線纜布線透明化，施工質量顯著提高。

（2） 規則美觀的纜線總成及要求。

線纜總成，即至布放完成的線纜總結構。規則纜線總成，可以滿足以下要求：斷面好：纜線總成的任何截面都是規則圖形 （常見的是矩形截面）。分束好：纜線總成的分束 （進出線），能夠保持截面規則。彎曲美：實現纜線彎曲美觀 （平面彎曲：同心圓；曲面彎曲：平行曲面），彎曲處始終截面保持規則。配色好：即不同皮色的線纜按照分區成束布設。配徑好：即不同粗細的線纜分層或分區布設。不鉆爬：即在線纜總成外表面沒有線纜爬層跳位。分區行：即按照傳輸頻率、傳輸方向和用途，分區分塊 （截面的） 分束 （走線架上的） 布設，避免干擾。規則固定：按照纜線柔性，順序、規則地使用纜、層、束的固定工藝 （纜，一般采用綁扎；束，一般采用夾具），保證固定良好。允許填空：即為了配色、配層、配徑和換位，在必要的地方填充塑料軟管或電纜護套。保證起止：即必須遵照設計的配線圖規定的線纜起止機架，并確保起止機架的安裝子框架的線纜長度，同時一目了然、整齊劃一的走線便于下步開通運營后的故障查找及維護保障。

3 研究方法及過程

3.1 初期階段，參照既有機房建模

（1） 經過研究必選，選定Autodesk公司的Revit軟件和Navisworks軟件，作為實施模擬工具。通過Revit軟件參照既有二維圖紙建模，首先建立電氣設備、電纜、固定夾、線槽、走線架等參數化模板庫，然后根據既有機房布線創建機房土建、設備、線槽、走線架等模型。

（2） 根據布線表建立線纜、總成模型 （電纜建模不考慮垂度、自然彎折等情況），制定建模規則。

（3） 檢測沖突，分析沖突檢測報告，修正沖突規則。

（4） 通過機房三維模型，對設備、橋架及線纜實際數量進行提取，并制定標準數量統計模板，準確計算統計線纜工程量，實現工程量的集成化管理。

（5） 三維模擬安裝工藝流程，輸出動畫視頻交底。

3.2 中期階段，根據設計圖紙深化建模

（1） 結合第一階段經驗，根據設計階段CAD圖紙，排布方案、編制布線表，創建三維深化模型 （電纜建模不考慮垂度、自然彎折等情況）。（2） 創建鐵路“四電”專業機械設備、構件配件模型庫。（3） 沖突檢測，優化模型，完善建模規則和沖突規則。（4） 輸出二維實體圖紙，統計工作量和材料消耗數量，補充三維交底。

3.3 后期階段，深度研發

（1） 研究三維空間內線管排布算法，開發槽道及走線架上線管排布軟件。（2） 研發二、三維設計一體化，實現二維圖紙與三維模型聯動，可以出具標準的二維符號化CAD圖。（3） 完善三維模擬動畫，現場指導施工。

3.4 預期階段，長期目標

3.4.1 智能化設計管理

基于“四電”專業模型庫，方便線槽橋架、線路管理，研究整個機房線纜自動尋徑、智能布線功能，將專業圖紙圖形化、參數化解析后，利用BIM軟件的二次開發功能，實現機房整體模型的自動創建，根據設備終端位置能夠自動布線，生成線路報告，快速生成三維模型。

3.4.2 人機工程應用管理

納入人體實現實際操作模擬安裝。

3.4.3 綜合管理云平臺

實現多用戶多端口快速瀏覽、定位、剖切、漫游模型等功能，可快速查看模型基本屬性信息，可動態演示施工進度計劃，實時展示當前進度、已完成未完成、進度延誤等狀態，通過模型自動統計工程量，掛接項目清單，實時顯示項目產值完成情況，實現項目成本動態管控，滿足模型融合、信息集成、進度管理、自動編碼等綜合管理。

3.4.4 移動端APP應用

研發開放操作系統的共享平臺，滿足任何時間、地點、用戶隨時觀看施工現場模型及現場實際進度實景，進行實時工程技術交底，及時反饋現場施工問題，滿足各方協同工作、信息集成共享。

4 主要成果

4.1 模型開發

（1） 圖選結構。三維圖實現整個機房的多個線纜總成結構圖，供設計、施工篩選。（2） 確定結構。在基本結構選定后，確定纜線總成的詳細結構。即確定準確的機房線纜總成結構，確定每根線纜的編號和長度，確定每根纜束的斷面和曲面結構，確定預留纜線的位置。（3） 圖演放纜 （線）。以三維動畫的形式，順序圖演放纜、固定的詳細過程。（4） 復盤。即根據確定的纜線總成，隨時復盤《機架間纜線分布圖》。（5） 圖演預留纜 （線） 位置和布放建議。

4.2 機房優化布置應用

通過此次科技成果實施，新建濟青高鐵膠州北站膠濟客專場已于2018年3月20日順利開通運營，作為本次科技成果試點，膠州北膠濟客專場信號機械室室內工程獲得建設單位、監理單位、設備接管單位及上級主管單位一致好評及認可，同時已參與申報股份公司等相關部門評選的優質工程，目前，膠州北濟青高鐵場信號機械室正采用這一成果結合現場工程進展積極組織進行施工，工程質量上有望達到乃至超越膠州北膠濟客專場。

5 結語

隨著軟件技術發展和人工智能技術的進步，線纜建?！八碾姟笔┕I務量大，應用BIM技術，可實現三維模擬施工機房布線，有效解決碰撞、顯示遮擋及管線路徑選擇等問題，可對出現問題的工點及時進行修正，保證最終交付成果的設計合理性、安全性、合規性，減少返工降低成本，有效避免工期延誤，進而優化施工交底過程提供施工指導，為施工現場提供可視化溝通環境，為建設各方提供簡單快速的可視化手段。