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BIM技术在铁路四电工程全生命周期中的应用

发表时间：2020/12/24 来源：《基层建设》2020年第24期作者：张宝平

[导读] 摘要：BIM作为建筑业的全新技术逐渐成熟应用于轨道交通工程中。在机电设计阶段，可进行管线改迁、管线综合与碰撞检查、工程量统计、机电装修效果模拟等：在施工阶段，可用于工程形象进度、施工方案模拟、施工安全监控、预制构件加工安装、材料精确下单、竣工信息整理、变更签证管理；在运维阶段，可基于机电运维平台，融合模型信息，实现机电设备精细化管理。

        呼和浩特铁路局集团有限公司工程质量监督站内蒙古呼和浩特 010000
        摘要：BIM作为建筑业的全新技术逐渐成熟应用于轨道交通工程中。在机电设计阶段，可进行管线改迁、管线综合与碰撞检查、工程量统计、机电装修效果模拟等：在施工阶段，可用于工程形象进度、施工方案模拟、施工安全监控、预制构件加工安装、材料精确下单、竣工信息整理、变更签证管理；在运维阶段，可基于机电运维平台，融合模型信息，实现机电设备精细化管理。本文基于BIM技术在铁路四电工程全生命周期中的应用展开论述。
        关键词：BIM技术；铁路四电工程；全生命周期；应用
        1系统架构设计
        智能建造的核心是以BIM+GIS技术为核心，综合应用物联网、云计算、移动互联网、大数据等新一代信息技术，与工程建造技术相融合，通过自动感知、智能诊断、协同互动、主动学习、智能决策等手段，进行工程设计及仿真、精密测控、自动化安装、动态监测，构建勘察、设计、施工、验收、运营全寿命的闭环管理体系，实现建设过程中进度、质量、安全、投资的精细化和智能化管理，推动高速铁路建设从信息化、数字化走向智能化。将工程施工过程中的质量、安全、进度、人员、成本、物资等信息与BIM模型构件、GIS场景、空间位置进行动态关联，实现基于空间位置信息的BIM模型服务，从而提高建设施工的过程管控质量，节省人力、物力资源，具有跨平台、无插件、多尺度、高精度等特点。系统架构分为用户层、服务接入层、前端呈现层、缓冲层、微服务层、数据支撑层和基础设施层。其中，用户层即终端应用层，表示不同的访问方式和所使用的设备；服务接入层负责承载大量的网络请求并进行负载均衡，同时实现资源隔离与统一认证；呈现层主要负责前端页面的展示和用户的交互，采用前后端分离技术，基于Vue+ElementUI实现页面设计；缓冲层通过Redis实现对动静态资源的缓存，提高访问效率和用户体验；微服务层是对业务逻辑独立化的封装，每个服务都是独立部署的功能模块，主要包括计划进度服务、物资管理服务、质量服务、安全服务、文件管理服务等；数据支撑层包括关系、非关系型数据库及文件存储系统，负责响应服务层对数据的请求；基础设施层主要包括软硬件环境及虚拟化的Docker存储容器。基于Revit软件平台的专业协同主要有2种方法：工作集模式和链接模式。工程采用工作集模式，在平台中心文件中通过工作集模式赋予不同工作人员设计权限，参与项目的各专业设计师可以在本地文件中对各自负责部分进行设计，不受其他部分干扰，也可以借用权限进行交叉设计，将设计成果阶段性更新至中心文件中。工作集具有灵活的划分方式，根据企业设计习惯，可以按楼层划分，也可以按系统划分。
        2铁路路基工程中的应用
        建筑信息建模(BIM)是基于三维建筑图形的数据模型，该模型在建筑设计、施工、运营和生命周期结束时合并了各种相关信息。BIM的概念是20世纪70年代由ChuckEastman首次提出的。通过近50年的研究和探索，BIM技术被广泛应用于建筑行业，对提高工程质量、降低造价、缩短建设周期有很大的效果。我国铁路BIM技术起步较晚，老工商BIM应用尚处于初级阶段。依靠中国国家铁路集团有限公司BIM应用示范及其他工程项目，构建了国内外10条铁路的BIM模式，但深入的应用问题仍有待解决。同时，传统的二维图形需要设计、施工人员将平面信息想象成三维实体，表达和理解的差异往往会导致错误。因此，利用BIM技术可视化、仿真性的特点，弥补现有设计的弊端，发挥已建成模型的应用价值，是当前亟待解决的问题。(威廉莎士比亚、Northern Exposure(美国电视连续剧)、工)铁路路基工程BIM模型包括路基主体、护坡、支护结构、地基处理、排水工程、转换和专业接口等，并适用产业基础分类(IFC)和国际词典框架。由于路基及其他专业接口较多，传统二维设计无法进行碰撞检测，可能会影响施工中的设计变更、工程进行，造成资源浪费。(威廉•莎士比亚，Northern Exposure(美国电视电视剧)，BIM设计可以实现专业内外的“差、错、漏、触”等检查，提高设计质量。提前预约电动过度轨及接触网支柱基础位置，检测是否与其他结构冲突。

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优化涵洞路基和桥梁隧道接口设计，避免不必要的返工。优化长度和机翼高度，确保路基边坡的稳定性。
        3 BIM+GIS多源数据融合技术
        多源异构数据融合及多尺度展示技术以BIM、GIS多源异构数据融合为主线。突破倾斜摄影模型与地形数据融合、粗略卫星影像与局部精细航测影像融合及粗略DEM与局部精细制作DEM融合以及BIM模型与地形影像数据融合等关键技术。通过GIS平台对融合数据进行综合管理，为不同管理需求提供宏观、中观、微观三个层次尺度的服务，有效辅助建设施工及后期运维管理。（1）宏观尺度宏观尺度主要展现铁路建设整块区域全线建设概貌。采用整个大范围粗略卫星影像与局部精细航测影像进行数据融合数据，在铁路大场景模型数据中宜采用混合分辨率数据管理(瓦片图像多层分级管理)；铁路线路及1Km左右范围的地形模型与影像采用高分辨率的数据；对距铁路线较远处采用低分辨率数据。通过设置不同高度对应的影像显示分辨率级别。（2）中观尺度中观尺度上表现为某一标段，切换到局部视角时则显示地表精细航测影像以表达详细地表纹理信息、重要标段、铁路线沿线周边地形地貌、风险动态监测区域。（3）微观尺度微观尺度主要展现为模型构件各专业单体内部相关构件及其详细的三维形象进度、质量安全红线及问题部位处理进程。
        4在施工阶段的应用
        (1)管理驾驶舱使您能够一眼就能看到项目的三维模型，动态查看施工进度、材料跟踪、安全管理等所有信息，并为管理层有效的控制项目和决策提供信息支持。(2)根据方案优化、BIM模型结合现场情况，施工前可以在计算机上模拟并自动优化部分方案的各种可能性，从而减少返工。例如，京张高速铁路从深化的型号中导出电缆长度列表，准确报告生产计划，将电缆工艺裕度减少了50%。优化电缆布线和布线顺序后，可以一次整齐地放置电缆。(3)结合材料管理、Qual(QR)代码等技术，控制施工现场材料各部分，记录材料购买、入场、出库、安装、运营和维护等所有工作，方便管理层追溯查询。基于BIM的设备管理缩短了迁移时间，确保了数据的可靠性、及时性和效率。例如，在设备管理中，填写数字设备简历，收购设计阶段传递的设备信息，并在施工阶段根据进度输入设备的运营信息。设备简历是设计参数、运营记录、设备照片、视频等多种设备信息的集合(例如，电车专业“一打一段”)。(4)利用进度管理、模型可以看到实际进度和计划进度的差异，从而及时发现问题，调整施工方案，有效控制项目施工进度。(5)安全质量管理，基于BIM的安全质量管理，具有对安全问题进行在线报告、处理、销售、保管的全过程闭环管理功能。现场操作员在手机端上报问题，系统立即自动将问题反馈给相关所有者，及时处理问题，大大提高问题处理的及时性、准确性、智能化和便利性。(6)将数据管理、工程项目的各种地图图纸、文档、资料等存放在云端并共享，参与施工的各方分权访问不仅防止重复输入，还防止重复输入造成的数据污染。
        结束语
        铁路建设属于大型基建项目，具有规模大、标准高、周期长，建设速度快、管理分散，协调关系复杂等特点。随着铁路技术的不断发展，“高质量、高速度、高舒适、高安全”已成为现在铁路工程建设的目标。传统的管理模式很难实现铁路建设过程中进度、质量、安全等各项数据资源的高效协同管理。因此，利用建筑信息模型（BIM）及三维可视化的地理信息系统（GIS）对铁路工程在其建设管理过程中所涉及的资源、活动和产品等进行有效的组织和管理，提高工程建设各阶段信息共享水平，节约成本，避免浪费。
        参考文献
        [1]席博阳.BIM技术在高速铁路山岭隧道设计中的应用及研究[J].科技与创新,2019.
        [2]刘为群.BIM技术应用于数字铁路建设的实践与思考[J].铁道学报,2019.
        [3]李成成.BIM技术在大型铁路站房机电安装工程管线综合排布中的应用[J].工程建设与设计,2019.