基于BIM的京雄城際鐵路接觸網智能預配管理系統與應用

安 蕾 楊 斌 西 窮

(1.北京中鐵建電氣化設計研究院有限公司 北京 100043；2.中國國家鐵路集團有限公司工程管理中心 北京 100844；3.中國鐵建電氣化局集團有限公司 北京 100043)

1 引言

建筑信息模型BIM(building information modeling)是“以三維技術為基礎，集成建筑各種相關信息的產品信息模型，是對工程項目實體與功能特性的數字化表達”[1-2]。作為一種新型的主要應用于工程建設領域的重要信息技術，通過BIM應用軟件及基于互聯網BIM管理平臺，能夠對接觸網腕臂預配進行可視化模擬和數據信息集成管理，提升腕臂預配管理的效率和科學把控，保證預配數據的有序流轉、集中規范管理、歸檔存儲，給施工單位和運營單位帶來極大的價值。有鑒于此，迫切需要設計一種新的接觸網腕臂預配管理系統及方法。

2 研究現狀

在電氣化鐵路接觸網施工過程中，腕臂及吊弦預配是接觸網施工質量的重點控制工序之一。傳統方式下，國內接觸網腕臂和吊弦的預配技術是利用預配計算軟件導出的預配表格，普遍采用固定平臺和人工的方式進行預配[3]。其傳統流程工藝存在較大的信息流轉和人為而產生誤差，如預配中出現腕臂斜撐長度不合適、套管座偏斜、套管雙耳發生偏斜、在腕臂管上的零部件相對位置偏差大，吊弦預制后長度不滿足要求等等。腕臂及吊弦預配合格率較低，造成人工、材料和機械的浪費，生產成本大大提高。為此，利用目前成熟的計算機數控技術與機械化加工技術進行有效結合，實現了基于數控技術和工廠化預制技術的接觸網腕臂及吊弦智能預配的二次革命[4]。

但是在國家信息化戰略和工程項目全生命周期管理的背景下，目前項目管理仍存在嚴重的信息孤島、全生命期數據呈碎片化等問題，使得建筑業各階段之間、各參與方之間交流不暢，信息扭曲和缺失，容易造成返工和資源浪費等問題[5]。面向建筑業全生命期的BIM技術應運而生，為實現建筑業各階段和各參與方之間信息共享和集成提供技術支持，可解決信息數據碎片化問題[6]。為此，相比較傳統的接觸網預配計算的模式，基于三維可視化系統的接觸網腕臂預配系統[7-8]和基于BIM鐵路接觸網全生命周期管理系統也是新的研究發展方向[9]。

接觸網是沿鐵路線路上空架設的向電力機車供電的特殊形式的輸電線路，是電氣化鐵路的重要基礎設施[10]，如何更好地服務運營管理，具有重大的意義。BIM作為一門新興的建筑信息化技術，利用BIM技術與接觸網智能預配全生命周期管理的相結合，為施工企業的精細化管理水平提供了新的思路。因此，本文通過建立基于分類編碼標準的接觸網參數化模型和基于BIM項目管理平臺(BIM管理系統)，將施工過程中的相關預配數據通過接口與參數化模型進行關聯，進而實現了基于BIM項目管理平臺(BIM管理系統)的數據集成，為實現接觸網“一桿一檔”資料管理和運維管理提供基礎支撐。

3 模型

3.1 模型分類與編碼

為了實現信息的無縫傳遞，需要對模型構件進行分類與編碼[11]。參考鐵路BIM聯盟發布的相關標準以及鐵路工程管理平臺工點劃分相關要求，本文涉及的構件分類編碼綜合考慮了項目、專業、工點、構件分類碼、構件編號等要求[12-13]。模型構件編碼共由5層結構組成，中間以下劃線“_”連接。編碼原則詳見表1。其中最重要的“04”級構件分類碼，限于篇幅，本文列舉了主要的構件分類碼，詳見表2。

表1 編碼原則

表2 構件分類與編碼

3.2 模型創建

依據設計或供應商圖紙創建零部件，再通過嵌套族方式組合，實現專業功能的零部件組合即組件，且具備一定的參數化特性。最后基于線路進行車站或區間接觸網模型的整合。詳見圖1。

圖1 模型的創建

4 系統設計

本系統側重對腕臂的預配件數據和預配流程進行全過程數字化管理。現場測量人員、預配計算人員、預配生產人員均將相關測量、計算數據，預制加工機器數據實現無縫對接，避免數據信息孤島。預制流程數據和對應的BIM模型對接，對預配數據生成BIM模型校核，檢查測量及預配計算中存在的問題，減少預制出錯率。把有關預配相關的測量數據和預配數據、安裝數據整個預配生產鏈管理起來，保證預配數據的有序流轉、集中規范管理、歸檔存儲，為后期基于BIM運維一桿一檔提供數據依托。實現基于BIM的接觸網腕臂預配管理。

4.1 系統總體結構設計

基于BIM的預配管理工作流程見圖2。

圖2 基于BIM的預配管理工作流程

4.2 系統硬件架構設計

本系統采用基于BIM的接觸網腕臂預配系統，包括后臺服務器2臺，工作站1或多臺，硬件架構如圖3所示。其中，1臺服務器用于接觸網預配的Web發布，另1臺服務器安裝標準版SqlServer數據庫軟件，用來提供數據庫存儲及管理服務。

圖3 基于BIM的接觸網腕臂智能預配系統硬件架構

數據庫服務器包括中心數據庫、配置文件、BIM模型系統和接觸網預配管理系統。其中接觸網腕臂智能預配管理Web服務器用于預配管理的Web發布。工作站，可以是一臺或多臺，操作人員通過工作站登陸服務器，進入接觸網腕臂預配管理系統。

4.3 軟件結構設計

系統軟件結構設計如圖4所示。

圖4 系統軟件結構設計

(1)數據層。基于BIM的接觸網腕臂預配軟件數據層主要由接觸網腕臂智能預配管理數據庫和配置文件組成。

(2)服務層。主要由DAL數據訪問層和Web-Service構成。DAL數據訪問層:B/S數據處理程序的基礎，主要負責數據庫中數據的增、刪、改、查，以及配置文件的讀取等基本操作。WebService:為應用層的B/S頁面提供RESTful Web API接口服務。

(3)應用層。應用層表現為Web頁面，基于服務層和數據層實現，應用功能包括:測量數據、計算數據、預配初始數據、數據維護和密碼保護功能，見圖5。

圖5 接觸網預配管理工作分解結構

4.4 系統應用

(1)數據傳輸及數據集成

BIM平臺提供統一預配模型信息模板及預配數據上傳的功能，配置不同責任人進行賬號登錄錄入，實現預配數據的流轉和共享的規范管理。其中預配模型包括腕臂裝置和整體吊弦，預配信息包括設計數據、測量數據、計算數據、預配初始數據、預配過程數據等。當相關數據錄入BIM平臺后，通過構件模型編碼體系，實現數據與對應預配模型的匹配與關聯，如圖6所示。值得注意的是，預配過程數據宜包括螺母實際力矩、工序加工時間、報警信息、批次信息等。批次信息對接觸網原材料的重要性不言而喻，實現對物資的批次信息通過人工干預錄入的方式。

此外，接觸網預配模型能夠以二、三維相結合的方式自動生成預配圖紙，該出圖模式與常規二維出圖模式相比，具有可視化、信息化及參數化程度高等優勢，能夠直觀反映預配成果，有效指導現場施工。

最后，完成預配模型裝配后，系統能夠自動調用excel表格，動態生成接觸網腕臂零部件工程數量表，并以單腕臂或批量匯總的形式分類匯總，實現工程量精細化統計功能。

(2)基于BIM的智能預配全流程管理

智能預配數據應明確基于BIM的預配管理工作流程包括測量數據(含設計數據)的上傳、測量數據的審核并計算、計算數據的上傳、預配初始數據的編制審核并上傳、預配初始數據的下載并預配加工、通過API接口向平臺推送預配過程數據。

其中批次信息宜包含該零件批次的加工完成數量、剩余數量。該批次的零件不足時，系統具備提示和警告功能。

圖6 BIM平臺的數據集成

應該指出，設計數據、測量數據、計算數據、預配初始數據等配置不超過3人來完成相關數據的錄入、復核、使用工作，既提高了數據流轉的準確性和精細化管理水平，又提高了現場人員的工作效率。

(3)二維碼接口

為了實現平臺對二維碼信息的統一管理，BIM平臺給智能預配平臺提供一個二維碼訪問鏈接的固定字符串，智能預配平臺在此字符串的基礎上增加支柱、腕臂號等字符信息形成完整的二維碼鏈接并生成二維碼噴涂。

動態二維碼采用鏈接方式，其功能應可讀取BIM平臺相關模型構件所關聯的所有數據，BIM平臺對二維碼所讀取的信息進行集成管理。動態二維碼包括預配過程數據、加工零件的批次信息、加工時間等數據。

動態二維碼所確定的動態ID，具備唯一性和可識別性。本系統動態ID采用以“公司編號-生產日期(年、月)-區間號-錨段號-支柱編號-平/斜腕臂代號”的形式，見圖7。

圖7 動態二維碼應確定的動態ID

5 結論

本文利用BIM技術承載一個包含接觸網腕臂預配相關信息的數據庫，對腕臂的預配件數據和預配流程進行全過程數字化管理?，F場測量人員、預配計算人員、預配生產人員均將相關測量、計算數據，預制加工機器數據實現無縫對接，避免數據信息孤島。該基于BIM的接觸網智能預配管理系統具備如下特點:三維模型展示精度高；管理精細化度高；形象展示直觀。把有關預配的測量數據和計算數據、預配初始數據、加工數據整個預配生產鏈管理起來，保證預配數據的有序流轉、集中規范管理、歸檔存儲，為后期基于BIM運維一桿一檔提供數據依托。對貫徹中國國家鐵路集團有限公司信息化總體規劃，實現統一系統架構和技術標準，提高信息應用效率和效益，實現信息共享，具有指導和借鑒意義。