论文部分内容阅读
摘要：国内城市轨道交通发展的越来越迅速，BIM技术在地铁行业的应用也越来越广泛。目前，以上海、广州等城市为代表的地铁项目都已经将BIM技术深入的应用到了工程施工的日常管理当中，但大多都是以土建结构、机电安装等专业应用为主，而供电专业，由于其专业的特殊性，采用BIM建模具有一定的难度，目前国内还未有过城市轨道供电系统建模成功的先例。如何将BIM技术应用于城市轨道交通供电系统安装工程施工，已成为BIM技术在城市轨道交通全专业应用中一个急需研究与实施探索的技术课题。
关键词：BIM设计;地铁牵引供电系统;参数化建模;协同设计
1 BIM技术在地铁车站施工中的应用
1.1 施工场地动态布置
地铁车站位于人口聚集的市区，周围建筑和交通密度大，施工现场面积狭小，现场布置内容众多。在施工准备阶段，根据场布内容，结合现场实际情况，利用高清地图进行现场规划，构建精细化布置模型。在已完成模型的基础上，根据规范验算各工作面是否合理，模拟施工机械施工作业情况，提前发现施工过程中可能存在的冲突问题并进行优化。在施工阶段，根据施工内容更新精细化场布建模并进行优化，实现场布动态布置，确保满足不同阶段施工的需求。
1.2 施工方案评选及优化
地铁车站工程量大，施工涉及内容多、过程复杂。施工过程中通过BIM技术对多种可选施工方案进行初步模拟，选择最合适的施工方案。用根据选择出的方案完成BIM施工模型精细化建模。利BIM可视化和模拟性功能，模拟施工过程，使施工方案生动形象，分析施工顺序，进度计划等是否合理。通过施工模拟反馈的信息，综合考虑施工方案，对施工质量、可靠、安全、高效等方面进行优化，从技术方面出发，全方位、多层次措施确保施工目标顺利完成。
1.3 施工进度模拟及优化
以往施工进度大多是技术人员参考类似工程，依靠施工经验进行编排的，这样编排方法人为干扰因素多，缺少数据支撑[4]。而采用BIM技术将BIM施工模型和施工进度计划关联，实现BIM的4D施工进度模拟。一方面使施工过程直观清晰，便于各参与方针对施工过程中存在的问题进行有效的沟通处理，提高发现并解决问题的可能性，另一方面，施工方可以根据施工进度计划，结合施工方案进行施工进度模拟，对比分析不同的施工方案，选择最合适的施工方案，结合施工现场情况进行科学合理的安排，实现施工进度的优化。
2 供电系统BIM设计方案
2.1 电气设计
2.1.1 主接线设计
电气主接线图设计是牵引供电系统设计的基础工作。在AutoCAD软件平台上建立主接线模型，模型中元器件参数从知识库中调用并赋值。主接线元件及参数应尽量全面、丰富，直观反映电气设备之间的联系。
2.1.2 电气设备布置
在电气主接线图的基础上进行电气设备的三维布置，采用Revit平台完成布置工作。电气设备模型通过工艺编码与系统主接线自动关联，实现系统和模型之间逻辑表达和物理表达的一致性，完成二维与三维的联动设计。电气设备的布置，在满足设计要求的同时，能够进行碰撞检测，避免设备发生硬碰撞（设备与其他实体之间的交叉碰撞）和软碰撞（设备与其他对象之间的有效空间不满足要求）。
2.1.3 电缆敷设设计
通过电缆联系表的逻辑信息，依托既定的电缆敷设规则，自动进行电缆优化敷设。在具体的实现方式上，根据实际的模型环境，进行电缆支/吊/桥架和电缆沟的自动布置，在此基础上通过电缆的拓扑连接，完成电缆敷设。同时，软件能够自动精确统计电缆长度，根据需要从多视角、多维度展示电缆敷设分布情况。需要说明的是，电缆敷设应与低压配电、通信信号等专业协同设计，特别是在变电所外的电缆敷设，须结合具体路径及管线碰撞检测，实现三维状态下的合理优化设计。
2.1.4 接地设计
通过接地设计工具，动态绘制综合接地网，同时能够自动计算接地电阻、跨步电压、接触电势等，并且能够对相关参数进行校验，完成车站综合接地系统设计。对于变电所接地，通过动态绘制接地干线、支线，以及布置接地母排等，实现供电系统接地设计。
2.2 数据管理与信息联动
2.2.1 数据管理
知识库主要包括设备库、族库、图库等，同时涵盖制图规程及规范样式等内容。对知识库的管理，主要体现在数据的结构分类、数据集成及参数匹配、模型及样式管理等，此外知识库提供对外开放的接口，方便数据的编辑及导入导出，支持个性化定义等。
2.2.2 信息联动
通过软件平台进行二维与三维的数据交互，以数据驱动为核心，实现主接线与电气设备模型之间的关联，保证二维与三维之间的一致性。真正意义达到“一图修改、多图联动”的效果，减少重复操作，提高设计效率和质量。
2.3 多专业间的协同设计
传统设计采用二维设计，各个专业通过在约定的节点互提资料完成配合。虽然这种方式较为成熟，但仍然存在着数据交换不充分、信息互通不健全等问题。对于信息量更大、表达方式更复杂的三维设计，专业间的配合要求也越高。因此，各专业不仅仅是配合，更要协同，即在设计中保持协调、同步，同时做到信息共享和精确配合。
2.4 后期处理程序
（1）电气网络匹配检查：可通過对电气主接线和电气设备三维布置模型之间的关联，通过电气主接线检查设备布置、设备间连线的正确性，检查设备间电路逻辑关系，直观地反映出电气设备的关联。
（2）碰撞绝缘检查：通过三维模型精确的坐标和属性，自动检查机械安装方面的冲突，以及带电体与接地体之间的绝缘间距要求，避免了工程设计中的“碰、漏、缺”现象，实现高精度无差错设计。
（3）工程数量统计：通过对主接线中设备的统计得到电气设备清单，并对设备材料清册中的设备数量进行核实。
（4）生成施工图：系统可以自动生成平面布置图、立面图、剖面图，该图纸随着三维模型的改动而自动实现关联改动。
（5）协同设计：使各工种之间的设计数据得到可视化共享，系统数据自动更新保证成果的实时性及唯一性，避免传统设计中由于各个专业间互提资料、沟通问题造成的数据前后不一致，并实现正确的设计流程管理。
（6）数据软件接口：牵引变电所三维模型包含整个工程的所有数据，通过数据接口可以很方便地导出设计参数至相关的计算软件，进行分析计算，例如把数据导入CDEGS Software软件，对接地、防雷保护进行仿真计算;可以直观地查看跨步电势、电气设备和导线是否处于避雷装置的保护范围内，提高了设计的准确性和可信度。
结语：。BIM技术应用成果不断涌现，逐渐实现从局部到总体的四维、五维的现场施工动态模拟，初步实现了可视化、精细化的现代化管理模式。这种变革性的现代管理模式给地铁供电系统施工项目实现精细化管理提供了新的契机。
参考文献
[1]苏斌，苏艺，赵雪锋，王磊.BIM在地铁站点工程中的应用探索[J].土木建筑工程信息技术，2013，5（06）：95-100.
[2]李多贵.BIM在地铁工程的应用初探[J].工程质量，2013，31（10）：52-54.
关键词：BIM设计;地铁牵引供电系统;参数化建模;协同设计
1 BIM技术在地铁车站施工中的应用
1.1 施工场地动态布置
地铁车站位于人口聚集的市区，周围建筑和交通密度大，施工现场面积狭小，现场布置内容众多。在施工准备阶段，根据场布内容，结合现场实际情况，利用高清地图进行现场规划，构建精细化布置模型。在已完成模型的基础上，根据规范验算各工作面是否合理，模拟施工机械施工作业情况，提前发现施工过程中可能存在的冲突问题并进行优化。在施工阶段，根据施工内容更新精细化场布建模并进行优化，实现场布动态布置，确保满足不同阶段施工的需求。
1.2 施工方案评选及优化
地铁车站工程量大，施工涉及内容多、过程复杂。施工过程中通过BIM技术对多种可选施工方案进行初步模拟，选择最合适的施工方案。用根据选择出的方案完成BIM施工模型精细化建模。利BIM可视化和模拟性功能，模拟施工过程，使施工方案生动形象，分析施工顺序，进度计划等是否合理。通过施工模拟反馈的信息，综合考虑施工方案，对施工质量、可靠、安全、高效等方面进行优化，从技术方面出发，全方位、多层次措施确保施工目标顺利完成。
1.3 施工进度模拟及优化
以往施工进度大多是技术人员参考类似工程，依靠施工经验进行编排的，这样编排方法人为干扰因素多，缺少数据支撑[4]。而采用BIM技术将BIM施工模型和施工进度计划关联，实现BIM的4D施工进度模拟。一方面使施工过程直观清晰，便于各参与方针对施工过程中存在的问题进行有效的沟通处理，提高发现并解决问题的可能性，另一方面，施工方可以根据施工进度计划，结合施工方案进行施工进度模拟，对比分析不同的施工方案，选择最合适的施工方案，结合施工现场情况进行科学合理的安排，实现施工进度的优化。
2 供电系统BIM设计方案
2.1 电气设计
2.1.1 主接线设计
电气主接线图设计是牵引供电系统设计的基础工作。在AutoCAD软件平台上建立主接线模型，模型中元器件参数从知识库中调用并赋值。主接线元件及参数应尽量全面、丰富，直观反映电气设备之间的联系。
2.1.2 电气设备布置
在电气主接线图的基础上进行电气设备的三维布置，采用Revit平台完成布置工作。电气设备模型通过工艺编码与系统主接线自动关联，实现系统和模型之间逻辑表达和物理表达的一致性，完成二维与三维的联动设计。电气设备的布置，在满足设计要求的同时，能够进行碰撞检测，避免设备发生硬碰撞（设备与其他实体之间的交叉碰撞）和软碰撞（设备与其他对象之间的有效空间不满足要求）。
2.1.3 电缆敷设设计
通过电缆联系表的逻辑信息，依托既定的电缆敷设规则，自动进行电缆优化敷设。在具体的实现方式上，根据实际的模型环境，进行电缆支/吊/桥架和电缆沟的自动布置，在此基础上通过电缆的拓扑连接，完成电缆敷设。同时，软件能够自动精确统计电缆长度，根据需要从多视角、多维度展示电缆敷设分布情况。需要说明的是，电缆敷设应与低压配电、通信信号等专业协同设计，特别是在变电所外的电缆敷设，须结合具体路径及管线碰撞检测，实现三维状态下的合理优化设计。
2.1.4 接地设计
通过接地设计工具，动态绘制综合接地网，同时能够自动计算接地电阻、跨步电压、接触电势等，并且能够对相关参数进行校验，完成车站综合接地系统设计。对于变电所接地，通过动态绘制接地干线、支线，以及布置接地母排等，实现供电系统接地设计。
2.2 数据管理与信息联动
2.2.1 数据管理
知识库主要包括设备库、族库、图库等，同时涵盖制图规程及规范样式等内容。对知识库的管理，主要体现在数据的结构分类、数据集成及参数匹配、模型及样式管理等，此外知识库提供对外开放的接口，方便数据的编辑及导入导出，支持个性化定义等。
2.2.2 信息联动
通过软件平台进行二维与三维的数据交互，以数据驱动为核心，实现主接线与电气设备模型之间的关联，保证二维与三维之间的一致性。真正意义达到“一图修改、多图联动”的效果，减少重复操作，提高设计效率和质量。
2.3 多专业间的协同设计
传统设计采用二维设计，各个专业通过在约定的节点互提资料完成配合。虽然这种方式较为成熟，但仍然存在着数据交换不充分、信息互通不健全等问题。对于信息量更大、表达方式更复杂的三维设计，专业间的配合要求也越高。因此，各专业不仅仅是配合，更要协同，即在设计中保持协调、同步，同时做到信息共享和精确配合。
2.4 后期处理程序
（1）电气网络匹配检查：可通過对电气主接线和电气设备三维布置模型之间的关联，通过电气主接线检查设备布置、设备间连线的正确性，检查设备间电路逻辑关系，直观地反映出电气设备的关联。
（2）碰撞绝缘检查：通过三维模型精确的坐标和属性，自动检查机械安装方面的冲突，以及带电体与接地体之间的绝缘间距要求，避免了工程设计中的“碰、漏、缺”现象，实现高精度无差错设计。
（3）工程数量统计：通过对主接线中设备的统计得到电气设备清单，并对设备材料清册中的设备数量进行核实。
（4）生成施工图：系统可以自动生成平面布置图、立面图、剖面图，该图纸随着三维模型的改动而自动实现关联改动。
（5）协同设计：使各工种之间的设计数据得到可视化共享，系统数据自动更新保证成果的实时性及唯一性，避免传统设计中由于各个专业间互提资料、沟通问题造成的数据前后不一致，并实现正确的设计流程管理。
（6）数据软件接口：牵引变电所三维模型包含整个工程的所有数据，通过数据接口可以很方便地导出设计参数至相关的计算软件，进行分析计算，例如把数据导入CDEGS Software软件，对接地、防雷保护进行仿真计算;可以直观地查看跨步电势、电气设备和导线是否处于避雷装置的保护范围内，提高了设计的准确性和可信度。
结语：。BIM技术应用成果不断涌现，逐渐实现从局部到总体的四维、五维的现场施工动态模拟，初步实现了可视化、精细化的现代化管理模式。这种变革性的现代管理模式给地铁供电系统施工项目实现精细化管理提供了新的契机。
参考文献
[1]苏斌，苏艺，赵雪锋，王磊.BIM在地铁站点工程中的应用探索[J].土木建筑工程信息技术，2013，5（06）：95-100.
[2]李多贵.BIM在地铁工程的应用初探[J].工程质量，2013，31（10）：52-54.