青连铁路四电工程BIM技术的研究及应用

来源 :交通科技与管理 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tjmaomaoxiong
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  摘 要:青连铁路是首个以四电为主的成段落BIM试点应用的铁路项目。针对当前BIM技术在铁路四电专业领域的应用环境,以青连铁路四电工程为试点,对铁路四电BIM技术进行研究,并开展基于达索系统平台的铁路四电工程BIM技术的应用。探索出一种适用于铁路四电工程BIM应用的技术路线,从协同设计到标准验证,以及BIM技术的拓展应用,提供了系统的应用案例,为铁路四电工程BIM技术的应用和推广奠定了坚实的基础。
  关键词:四电工程;BIM技术;协同设计;标准验证;拓展应用
  0 引言
   目前,我国铁路行业在BIM技术的研究和应用上,已如火如荼,各个铁路项目逐渐将BIM技术作为衡量工程管理与施工质量的重要指标,推广应用BIM技术是建设数字铁路、智慧铁路、精品铁路的必然选择[1]。
   青连铁路四电工程作为中国铁路总公司工程管理中心选取的建筑信息模型技术(BIM)应用试点项目之一,为中国铁路BIM技术广泛应用进一步积累了技术、管理和人才,发挥了BIM技术应用示范带头作用。
   本次BIM工程研究及应用,采用达索系统为平台,从四电BIM协同设计到相关标准验证,以及BIM技术的拓展应用,提供了系统的应用案例,为铁路四电工程BIM技术的研究、应用和推广奠定了坚实的基础。
  1 工程概况
  1.1 试点工程概况
   青连铁路位于胶东半岛南部,途经山东省青岛市、日照市以及江苏省的连云港市,起自既有胶黄铁路上新设的洋河口站,至连盐铁路赣榆北站,线路长度152.66 km。
   本次试点工程包含两部分,一部分是选取青连铁路胶南中继站至董家口段,里程范围DK89+000~改DK105+450,线路长度16.45 km,包含一站一区间;另一部分为胶南牵引变电所及相应的土建配套工程。
  1.2 参与专业
   青连铁路四电试点工程虽然以四电专业为主体,但是鉴于四电工程的专业特点,仍需站前、房建以及其他站后工程参与,作为四电工程BIM研究的实施基础,配合四电专业完成相关模型的建立,因此本试点项目为站前、站后全专业协同设计。
   本次BIM研究参与的主要专业为通信、信息、信号、电力、牵引变电、接触网专业,站前线路、轨道、桥梁、路基专业,以及房建、给排水专业。
  2 基于达索平台的四电专业BIM协同设计方法研究
  2.1 BIM模型设计协同
   在BIM模型设计层面,实现四电专业与其他专业设计的有序衔接,建立四电专业主要模型BIM设计流程。
   虽然青连铁路四电BIM试点项目以四电为主,但四电专业不能独立于整个工程,故本试点项目要求站前及房建专业同时参与,共同研究铁路BIM技术,挖掘BIM应用价值点。站前站后共十多个专业要实现BIM协同设计,技术及管理难度较大。
   青连四电试点项目在达索平台上实现了多专业多角色的账户、权限、空间、角色等多项控制,并对骨架驱动、多专业结构树创建与优化等协同设计的深层机制研究也更加深入,基于达索平台实现铁路全专业BIM协同设计成为可能。
   统一的数据库及平台,为BIM设计及应用提供了同一数据源。各专业基于同一数据源同步开展设计,为设计过程中资料的传递带来了便利,也避免了传统设计上下序专业因使用的版本不一致产生的差错。相比传统设计中的点对点传送数据流,简化为所有人对同一数据库的存取流。
   遵循“自顶向下逐级展开、骨架驱动模型”的设计思路,开展BIM模型设计[2]。将每段BIM设计先按不同专业进行划分,专业内再按工点进行工程分解,形成总装结构树。以线路空间曲线为主骨架,各专业设计专业骨架,最后创建专业模型,开展专业设计。同时,各专业通过发布和引用骨架元素,来实现资料的接收和分发,并同步更新。
   通过梳理传统二维设计上下序资料,研究在BIM环境下,站前专业与四电专业的上下序资料内容和接口形式。在BIM设计环境下,四电专业通过协同设计管理平台,向站前专业提出土建要求,站前专业在进行BIM设计时,以点、线、面、实体、坐标系等形式,为四电专业预留相应骨架。四电专业确认骨架资料无误之后,进行四电专业BIM设计。协同设计流程见图2。
  2.2 协同设计管理
   在协同设计管理层面,应用达索系统ENOVIA平台实现设计任务的分解、派发、填报、审核、交付管理。达索系统前台建模主要使用Catia软件,在后台由Enovia协同管理系统负责提供支承,同时Enovia系统负责整个项目的管理,包括人员、权限、任务、流程、交付等。
   任務管理采用自顶向下逐级分解模式,依据WBS分解原则,对青连铁路四电BIM试点项目的相关工作进行任务分解。总体建立总任务节点、各专业互提信息要求的子任务和各专业设计总任务子节点,并将不同任务分别指派给各专业负责人,由专业负责人再分下一级任务并指派,直至任务分解完成。
   在BIM设计过程中,各专业每天按时填报进度,项目总体进展可控。通过使用ENOVIA项目管理使总体进度可控,过程中能及时发现控制点并提前做好协调工作。
  3 铁路BIM标准验证
  3.1 铁路工程四电数据存储标准(IFC)应用和验证
   铁路IFC标准是铁路行业的数据存储标准,是规范铁路信息描述与存储的语言,以结构化的方式定义铁路实体及其属性,是面向IT领域的技术规则类的标准。应用IFC标准的意义在于,使成果遵循统一的数据标准格式,保证设计成果能在不同设计阶段、不同设计软件中都能正确的识别,信息的交换和重用变得更加容易和高效[3]。
   2016年7月铁路BIM联盟发布了铁路四电工程信息模型数据存储标准。
   铁路四电工程信息模型基础数据体系结构是在IFC4和铁路工程信息模型数据存储标准1.0版的基础上,根据铁路四电工程的特点及需求进行扩展。由此可知,IFC4.0中原有的实体和属性集未包含在铁路四电IFC标准中,所以在达索系统中不仅要补充铁路四电IFC相关实体和属性集,还需要将原IFC4.0中与四电有关的内容部署至达索系统。    在青连铁路四电BIM试点项目中,四电专业核查原有
  的IFC类型,并补充需要的类型及属性级,和铁路四电IFC统一部署至系统。
   四电专业首先形成了本专业的IFC分类和属性表,然后在Enovia平台上通过定义扩展类型的方式,完成了IFC分类和属性集在达索系统的部署,并进行了将BIM模型导出成IFC格式的文件的测试验证,保证创建的BIM模型符合IFC标准,能被其它支持IFC的软件正确识别。
   经本项目验证,铁路四电IFC标准逻辑清晰,与buildingSMART组织已发布的IFC(Industry Foundation Class)标准兼容性强,具有高度抽象性,且被整个领域共同认知与接受,为中国铁路四电IFC标准走向世界奠定了基础。
  3.2 铁路工程信息分类与编码标准(IFD)应用和验证
   IFD标准涵盖范围广,分类众多,是从不同的方面对铁路工程信息进行描述,可以通过编码描述出任一工程结构或属性的分类。四电专业根据工
  程实际情况与设计习惯,制定IFD编码原则,使本项目中设备和构建编码规则一致,为查询和搜索奠定基础[4]。
   在试点项目中,为达索系统中各个设备、构件等IFC类型实体,以及原生的physical product类型增加IFD分类编码属性IFD_CODE,并通过开发工具在CATIA中设计时填写该分类属性编码,并能导出IFD。
   经本项目验证,《铁路工程信息模型分类与编码标准》(IFD)采用分面分类法,通过将22个不同方面的信息进行组合来描述一件事物,表达能力强,同时信息满足结构化,计算机索引非常容易,适用于查找、搜索等管理应用。
  3.3 铁路工程信息模型交付精度标准应用和验证
   本项目对照《铁路工程信息模型交付精度标准》,将标准中所要求的几何精度和信息深度以三维模型和IFC、IFD的形式添加至BIM模型中。
   几何精度:按照工程图纸,建立四电各专业设备、构件及线缆的模型,模型几何精度均可达到1 mm。
   几何信息:根据工程实际需求,建立工程三维模型,包含设备模型的长、宽、高以及定位信息等。
   非几何信息:通过部署IFC属性集、IFD分类编码以及达索系统自带的模型信息,完成模型的非几何信息的添加。
   本次BIM设计依据《铁路工程信息模型交付精度标准》,本项目为施工图设计阶段,故几何精度选用标准中LOD3.5。
   经本项目验证,《铁路工程信息模型交付精度标准》作为一项实施标准,其落地需IFC标准的支撑,即每项精度标准定义需有具体的IFC分类、属性与之对应,方可做到信息的标准化。为此,将交付精度标准与IFC标准进行了对照,发现两标准之间存在较大出入,建议调整IFC标准和交付精度标准。
  4 BIM技术拓展应用
  4.1 碰撞检查
   利用BIM设计多专业成果统一、协同的特点,在三维环境中全面检查各专业设计成果,通过建立设备实际尺寸模型,并布置在三维环境中,可快速发现专业间设备碰撞、冲突,通过与设计团队密切合作,修改碰撞和冲突,优化传统二维设计,为施工阶段提供高质量的设计图纸和BIM模型。
   碰撞检查功能主要应用于检查模型和模型之间、模型和曲面之间的空间位置关系。确保指定对象空间位置上存在的碰撞、接触和间隙状态是否满足设计要求。
   碰撞检查结果可存储于数据库中,并可挂接在结构树上,便于查看。也可输出碰撞检查报告,以网页的形式查看。
   通过碰撞干涉检查,可发现BIM模型一系列的碰撞、干涉和冲突,诸如,电缆沟与给排水管线碰撞冲突,四电专业设备基础与其他专业构件碰撞冲突,桥梁上接触网支柱与桥梁结构冲突,以及站场接触网支柱基础与排水沟、电缆井、过轨管冲突等。
  4.2 工程数量统计
   创建出具有IFC信息的BIM模型,探索基于BIM模型进行四电工程算量的可行性。步骤如下:a.制定青连铁路专业工程分解方案,配置工程设备相关IFC类型及属性集;b.制作专业工程量统计模板,选择需要统计设备的IFC类型,并选用相应属性集进行过滤筛选;c.选用制作好的模板统计设备或者线缆的工程数;d.选择需要统计数量的工点,并输出统计结果,输出结果可导出为excel、xml、html或者TXT文件。
  4.3 设备安装位置合规性检查
   利用BIM技术,可对四电设备的安装位置进行合规性检查,例如,对信号设备外缘限界检查,以及信号机显示距离及遮挡检查。利用此项BIM研究成果,可以实现信号设备设施的限界、碰撞、视距范围的可视化,能够一目了然的了解各个设备设施的安装情况是否满足设计规范、是否发生冲突与碰撞、是否出现显示范围内的遮挡等设计问题,能够有效开展多专业协同设计及碰撞检查,提高设计的准确性和适用性。
  4.4 设计协调性检查
   利用BIM模型,可进行专业间协调检查,发现BIM设计过程中及图纸设计过程中的部分专业接口问题。例如,路桥连接段电缆槽的设计。
   通过建立连贯的三维路基、桥梁电缆槽,发现传统电缆槽各自为政的设计方法存在的弊端。桥梁、路基完成各自区域内电缆槽之后,未进行区间电缆槽过渡段设计,导致电缆槽无法衔接,电缆无法敷设。此类问题在实际设计时也经常出现,路桥隧等站前专业在设计或者施工时,没有考虑站后电缆槽衔接问题,导致四电施工进场之后,需要对电缆槽进行破坏和修复,造成不必要的损失。
   針对这一问题,BIM设计人员根据标准图集,结合工程实际情况,建立桥路、桥隧过渡段电缆槽详细模板,提交路桥隧等相关专业,完善电缆槽过渡段设计。
  5 结论
   青连铁路四电BIM试点项目是首次开展以四电为主的全专业的BIM应用项目,站前站后多专业BIM协同设计,实现铁路四电工程信息模型数据存储标准(IFC)的部署、验证和补充,实现铁路工程信息模型分类和编码标准(IFD)查询和部署,探索BIM三维模型的建立,完成四电工程由2D向3D、4D转变,探索BIM技术在设计、施工、运维中的应用,以数字化、信息化和可视化的方式提升设计精度和深度,并达到施工信息的无缝传递、管理协调、安全质量控制等目的。
   通过青连铁路四电BIM试点工程的探索,为真正实现BIM技术在铁路四电工程全生命周期中的应用,提供了可参考的案例。
  参考文献:
  [1]王同军.基于BIM的铁路工程管理平台建设与展望[J].铁路技术创新,2015(3):8-13.
  [2]齐春雨,苏林.京沈客专成段落BIM试点多专业协同设计研究与应用[J].铁路技术创新,2016(3):13-17.
  [3]杨绪坤.基于IFC的铁路工程信息模型数据存储标准研究[J].铁路技术创新,2015(6):8-12.
  [4]李华良,杨绪坤,沈东升,等.铁路工程信息模型分类与编码标准研究[J].铁路技术创新,2015(3):17-20.
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