BIM技術在鐵路通信信息設計中的應用

張延明

摘要：BIM技術現已廣泛地應用到工程的全生命周期中。利用BIM技術可以為鐵路通信信息設計提供諸多好處。文章介紹了鐵路通信信息設計基于BIM的模型建立、3D可視化、碰撞檢查、工程量統計、仿真模擬等具體應用，并提出采用統一鐵路IFC數據存儲標準解決鐵路通信信息BIM設計面臨的問題。

關鍵詞：BIM技術;鐵路通信信息設計;IFC標準

引言

當今鐵路處于大發展階段，以調度指揮智能化、客貨營銷社會化、經營管理現代化為重點的信息系統和行車自動化等高新科學技術的需求越來越高。隨著高速和準高速客運專線修建，以及電氣化改造力度加大，使得各種“弱電”設備處于一個高度不確定性甚至是十分惡劣的應用環境中。各種電子設備要在鐵路上生存和發展，必須重視與環境互動，與其所處的環境進行全方位的信息交換，才能隨時把握環境變化的信息，建立一種與周圍環境融洽的關系。任何一種實用技術與環境之間是相互聯系、相互作用的，環境不僅是通信信息系統建立的基礎，而且是它生存和發展乃至創新的必要條件，否則便面臨落后淘汰的命運。

1BIM技術的含義及其應用

建筑信息模型（BuildingInformationModeling，BIM）以建筑工程項目的各項相關信息數據作為模型基礎，通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息，是一種應用于工程設計、建設、管理的數據化工具。BIM可為設計團隊以及包括施工、運營單位在內的各方建設主體提供協同工作的基礎，在提高生產效率、節約成本和縮短工期等方面發揮重要作用。二維技術制作的通信信號室內施工圖紙主要是由線段、線條、圖形、符號等元素組成，對于施工中線纜橋架的尺寸、安裝位置、線纜路徑的貫通情況、室內布線的碰撞情況都難以詳細明確，施工過程中主要依靠專業技術人員的經驗指導室內綜合布線施工。由于施工環境或技術人員人為因素，線纜布線經常會出現“錯、漏、交叉”等問題，造成大量返工和電纜材料的浪費，影響了整體的工藝美觀效果，不合理的布線也給后續的運營維護埋下隱患。

2BIM技術在鐵路通信信息設計中的應用

2.1模型的建立

BIM模型是由各式各樣的族組成的。族庫類似于二維施工圖中的塊，但是相對于塊來說，族庫更加真實的反映了設備實體的外觀。族庫的成熟度及豐富化程度直接影響后期模型設計的效率和完整性，因此建立完整的通信信息系統族庫模型是完成BIM設計的基礎。BIM技術不僅僅是三維立體模型設計，更重要的是在模型建設的同時賦予模型不同的參數信息，例如設備基本信息、幾何信息、技術信息、位置信息、環境要求信息、項目信息、生產信息、資產信息、運維信息等，這些信息構建了BIM模型的智慧實體。在鐵路通信信息系統設計中，參數化設計大大提高了設計的準確率和效率。由于鐵路通信信息專業族庫較多，各設計階段所用的到的族庫精度各不相同，我們可以建立族庫管理平臺對族庫進行管理，并對族庫進行完善和標準化。族庫管理平臺有效的解決了族文件的集中存儲、共享與調用，實現對族庫文件的規范化管理。

2.2通信設備布置BIM設計流程

通信專業充分發揮出了BIM技術的多種特性，廣泛涉及到了幾何學、地理信息等多層面內容，基于可視化的方式向工程人員以直觀的形態展現出來。在整個通信專業的構成中，諸如室內外的通信設備都可以做出相應的轉換，正好滿足了BIM設計與出圖的基本要求。尋找到特定的族文件，將其引入到項目文件庫中，便能以直觀化的方式將布置效果展現出來，并且操作人員可以將二維與三維進行切換，更便捷地尋找到相關效果圖，做到真正意義上的所見即所得。在展開通信設備BIM設計時，所涉及到的環節較多，其彼此間需要依據特定的流程而進行，具體為：選擇族樣板→定義原點及參照平面→設置族類型和基本族參數→檢查所建族是否合格（名稱、類型、參數等）→關聯材質→創建幾何形體→載入通信機房平面布置的項目文件→調整通信機柜在機房內的布置，確認布置合理→添加尺寸標注及必要的文字標注→創建圖紙、布置視圖→制作設備明細表。

2.3電磁環境

隨著鐵路電氣化里程逐年增長，沿線的電磁環境也不斷地惡化，各種干擾應運而生，常見的有：1.接觸網打火。本質上是一種高壓脈沖干擾（離散型），其特點是瞬間能量較大，足以擾亂敷設在鐵路沿線的通信信息系統中的編碼信號脈沖（約3V），對本屬于開放電磁場的無線列調系統，更是不能幸免。2.地電位升高。這在電氣化區段是一種比較常見且危害較大的干擾，輕則誤碼，重則燒壞設備（以集成電路和電源模塊居多），甚至經常被誤判為雷擊損害或外接電源故障。存在2種情況：①相鄰設備所接的地線電阻值不相等，當機車通過對地泄流時，將直接抬高機房地排的地電位，使得與此地排相連的設備地電位升高，導致兩設備的電氣零點電位不相等，通過設備構成回路放電，形成干擾或損壞設備;②相鄰機房設備的地線間隔一段距離，由機車運行泄流時差引起的地電位不相等，即所謂的跨步電壓造成的干擾。3.感應縱電動勢（危險電壓）。由于感性耦合和容性耦合作用，使得沿線敷設的與接觸網平行接近的通信電纜芯線與地之間存在一定的電位差，其特點是沿著通信線長度縱向分布，并且當接觸網中流過的電流越大、通信線與接觸網的平行接近距離越小、接近長度越長、且當地的大地導電率越差，則感應縱電動勢越大，并隨電纜長度的增加和牽引電流的增大而增大，故稱為感應縱電動勢。

2.4碰撞檢查

在以往的施工過程中，利用傳統的二維施工圖紙進行施工經常會出現大型設備布放空間不足，布放效果不美觀，各專業之間設備或管線碰撞造成返工的案例。BIM設計的可視化、協調性在設計階段很好的解決了這一類問題。利用BIM設計，設備均以接近實際尺寸按規定布放在站場、區間、站房內，相對于在平面布置圖上布放設備可以避免現場布放的時候空間位置不足，設備的位置、尺寸可以根據周圍的環境條件進行調整，保證了美觀。站房內各專業系統管線種類多，材質各異，大量管線交叉。除了通信信息系統溝槽管洞外，還有給排水、暖通、電力等專業管槽，因此，利用二維施工圖不容易找到碰撞點，造成施工過程中許多管線碰撞，需要返工。采用BIM技術進行管線綜合，可以在設計階段及時調整各專業管線的尺寸和位置，解決管線碰撞的問題，減少施工返工率。通過建立BIM模型，將設備機柜、走線架、線槽等布放在通信信息機房中，可以直觀檢查機房內空間關系，有效定位機房內設備布局，同時為建筑、結構專業提供準確的通信信息機房面積，避免機房面積過大或不足的情況發生。

結語

當前的鐵路發展正在逐步擺脫二維設計的束縛，實現對三維設計的轉變，鐵路工作者也紛紛加大力度展開了對BIM技術的研究工作，旨在深化其在鐵路工程中的應用水平。在圍繞鐵路試驗段展開探討時，重點圍繞族庫建設工作展開，經過不懈的努力也取得了一定的成果。但需要明確的是，BIM依然無法實現對通信系統的全方位設計，因此這是今后需要重點努力的方向。

參考文獻

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