鐵路信號設計與施工BIM技術應用分析

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摘要：采用傳統(tǒng)二維圖形軟件設計的鐵路信號圖紙在實際應用中容易出現(xiàn)“漏、錯、交叉、碰”等問題，給施工安全帶來隱患、影響工程進度、浪費人力資源。因此，文中首先闡述目前傳統(tǒng)鐵路信號設計存在的問題和BIM技術的優(yōu)勢，然后分析BIM技術在鐵路信號設計與施工中的應用，得出bim技術的應用可解決傳統(tǒng)鐵路信號設計和施工中的“錯、漏、交叉”等問題，其利用三維技術建模，優(yōu)化了設計、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。

關鍵詞：BIM技術；鐵路信號；二維圖形軟件；應用設計；施工；三維立體

引言

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

1傳統(tǒng)的鐵路信號設計與施工存在的問題

目前，鐵路信號工程設計普遍采用二維設計的CAD和Visio繪圖軟件，設計成果主要以平面圖紙和相關的說明文件為主。這種形式的鐵路信號工程設計圖紙中沒有體現(xiàn)出鐵路信號設備限界問題，鐵路信號設計是否存在設備侵限的問題，這在二維圖紙中是無法進行體現(xiàn)，只有在施工過程中發(fā)現(xiàn)，一旦發(fā)現(xiàn)就必須重新調整導致設計返工。鐵路信號設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，工作量非常大，同時也要兼顧隧道和橋梁的電纜管線和站內電纜設計原則、其他專業(yè)電纜等的隔離保護等，這些無法通過二維圖紙來進行解決，需要工作人員現(xiàn)場協(xié)調和調整，影響工程進度。

2BIM技術應用于鐵路信號中的優(yōu)勢

BIM技術是一種建筑信息仿真模型技術。采用BIM技術在布置信號設備時直觀看到模型與線路的關系，避免了設備的侵限問題。在設計的時候可以會同多專業(yè)協(xié)同設計，及時發(fā)現(xiàn)設計過程中的碰撞、遮擋問題。信號設備之間的碰撞也就是專業(yè)內部的問題，專業(yè)內部的問題主要考慮信號設備之間是否存在重疊、因尺寸問題導致的空間不足等；但專業(yè)之間的碰撞問題主要考慮信號設備與其他專業(yè)設備之間是否發(fā)生碰撞。上海鐵路局集團公司利用BIM技術對施工作業(yè)進行模擬計算，提前發(fā)現(xiàn)了100多處碰撞點，有效地避免了事故的發(fā)生。BIM的技術優(yōu)勢具體體現(xiàn)在以下幾個方面。

2.1設計成果可視化

現(xiàn)有鐵路信號工程設計交付成果主要是二維的信號平面布置圖和雙線圖等，在設計初期誤差不明顯，由于信號設備室內布置比較繁瑣、室外電纜敷設強弱電交叉點多，在施工階段就會發(fā)現(xiàn)設計結果誤差較多。BIM技術可以有效地解決傳統(tǒng)設計帶來的一些問題，有效解決施工中的“交叉、錯、漏”等問題，將設計以可視化的三維立體模型呈現(xiàn)給施工人員，既可以保證設計圖的美觀，施工的時候可以直觀地看到模型與線路的位置、角度等之間的關系，避免了設備侵限的問題、優(yōu)化了設計，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)調合理化

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

2.3信息歸檔高效化

鐵路信號設備雖然結構、尺寸與其他電氣、機電設備有很多相似的地方，但也有自身的特殊性，同時隨著鐵路信號技術的快速發(fā)展，鐵路信號工程項目也變得日益復雜，施工標準也越來越高，工程量也不斷增大。如果用傳統(tǒng)的方式進行計算，對人力資源構成浪費，效率也會降低，利用BIM技術進行三維設計建模，建模導入模型庫，對鐵路信號設備模型進行參數(shù)化配置，有效地方便了日后的施工和運維管理。同時BIM技術可以通過信息模型快速構建明細表，對工程造價進行準確的預估，還可以對設計資料和明細表進行及時的更新，以此提高工作人員的效率，杜絕了人力資源的浪費。利用BIM技術制作施工圖紙的應用如圖1所示。

3BIM技術在鐵路信號的應用

鐵路信號系統(tǒng)采用BIM技術設計，3D建模是基礎。鐵路信號主要是在土建的基礎上進行各種設備的安裝和線纜的布置，空間立體結構不是特別明顯，所以鐵路信號主要采用系統(tǒng)分解和實體構建相結合的方式建模。具體分解和建模流程如圖2所示。

3.1鐵路信號BIM數(shù)據(jù)獲取

鐵路沿線、站場和鐵路信號設備可視化系統(tǒng)的構建需要鐵路沿線建筑物、地形圖數(shù)據(jù)及地面信號設備的數(shù)據(jù)等基礎信息數(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、站場和鐵路信號設備處于三維空間中，可以通過影像、地形圖和精密測量獲得信息數(shù)據(jù)。為了增強鐵路信號設備表面的真實感，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)絡圖片、遙感影像、相機拍攝和計算機模擬繪制得到。

3.2BIM模型構建

在進行鐵路信號設備BIM模型構建時，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軟件構建模型庫，如信號機、表示器、標志牌、應答器、轉轍機、計軸設備等常見信號設備，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，布置受力構建，選擇有限元分析軟件對模型進行檢查三個步驟，Revit軟件中的數(shù)據(jù)是可以共享的，可以使多個設計人員在相同的網(wǎng)絡中共享同一個模型，為設計人員在結構設計中提供技術支撐，具體建模過程如圖3所示。利用Revit軟件構建的結構模型，設計人員可以通過結構模型對工程項目進行簡單分析，在結構模型中也可以對工程中的數(shù)據(jù)進行修正，根據(jù)設計的三維模型得到施工用的剖面圖、立體圖和平面圖，自動更新生成視圖和圖紙，完成三維工程圖的制作。

4結語

綜上所述，BIM技術的應用解決了傳統(tǒng)鐵路信號設計和施工中的“錯、漏、交叉”等問題，利用三維技術建模，優(yōu)化了設計、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技術主要運用于建筑行業(yè)，適用范圍較小，同時需要獲得從業(yè)資格證書的BIM技術人員較少，而且還需要相關軟件的支持。為了促進BIM技術在鐵路信號設計與施工中的應用，需要從軟件性能提高、從業(yè)人員的素質等方面發(fā)展。BIM技術的在鐵路信號的發(fā)展處于起步階段，還需一定時期的發(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)技術學院