BIM技术在铁路信号设计与施工中的应用分析
李奎军
通号工程局集团有限公司天津分公司 天津市 300250
摘要：随着社会的快速发展，BIM技术在国内得到了广泛的认识，并逐渐应用到各行各业中。2018年，我国推广BIM技术在交通类工程中的应用，并发布了《城市轨道交通工程BIM应用指南》。目前，北京、上海、广州、深圳等城市轨道交通项目已开始应用BIM技术，但从应用上来看，主要集中在利用BIM技术进行可视化效果展示、管线综合设计等方面，还没有形成整体化的应用。因此BIM技术在轨道交通行业的应用还处于起步阶段。在铁路信号设计与施工中的应用领域几乎处于空白，随着计算机的快速发展，BIM技术在铁路信号专业的工程设计和施工必将成为一种趋势。
关键词：BIM技术；铁路信号；应用设计；施工
引言
BIM技术已经广泛应用在建设工程的全生命周期，加强了工程的过程控制，降低施工工期内作业内容的交叉影响，提高了工程的质量和效率。在施工管理部门的全面管理下，开展信号工程BIM技术应用与管理工作，实现对现场施工安全状态的实时监控。
1BIM技术应用于铁路信号中的优势
BIM技术是一种建筑信息仿真模型技术。采用BIM技术在布置信号设备时直观看到模型与线路的关系，避免了设备的侵限问题。在设计的时候可以会同多专业协同设计，及时发现设计过程中的碰撞、遮挡问题。信号设备之间的碰撞也就是专业内部的问题，专业内部的问题主要考虑信号设备之间是否存在重叠、因尺寸问题导致的空间不足等；但专业之间的碰撞问题主要考虑信号设备与其他专业设备之间是否发生碰撞。某铁路局集团公司利用BIM技术对施工作业进行模拟计算，提前发现了100多处碰撞点，有效地避免了事故的发生。BIM的技术优势具体体现在以下几个方面。
1.1设计成果可视化
现有铁路信号工程设计交付成果主要是二维的信号平面布置图和双线图等，在设计初期误差不明显，由于信号设备室内布置比较繁琐、室外电缆敷设强弱电交叉点多，在施工阶段就会发现设计结果误差较多。BIM技术可以有效地解决传统设计带来的一些问题，有效解决施工中的“交叉、错、漏”等问题，将设计以可视化的三维立体模型呈现给施工人员，既可以保证设计图的美观，施工的时候可以直观地看到模型与线路的位置、角度等之间的关系，避免了设备侵限的问题、优化了设计，又可以通过三维处理把施工完成后的整体效果呈现出来。
1.2布局协调合理化
目前，我国铁路各专业间协调的工作模式还属于传统的模式，专业间的协同设计并没有明确的集成图纸，专业间的协调仍然是在施工设计图纸制作完成之后才开始的。这样施工阶段经常会出现专业之间、系统之间的碰撞和遮挡。比如信号和通信、供电、工务等多专业都可能有碰撞和遮挡。利用BIM技术对施工设计图纸建立三维模型，让各专业来共同协作、判断、发现设计过程中的碰撞、遮挡问题。如果图纸缺乏合理性则可以立即进行修改，保证了最后交付的成果设计合理性和准确性，确保施工安全和顺利进行，减少了设计返工、降低设计成本、节约设计人员工作量和时间，提高设计效率，有效避免了施工工期的延误。
2 BIM技术的应用范围
根据设计和施工实际，开展对施工范围内信号设计移交模型的深化工作，利用BIM技术达成特定的成果，用以支持或完成全部的信号施工工作。信号设备在施工阶段的BIM技术应用范围可归类为以下内容。
（1）深化设计：在考虑现场实际并满足功能需求的前提下，利用BIM技术对设计成果进行验证并深化设计，交付以深化设计模型为代表的设计成果。
（2）综合协调：基于各专业BIM模型，对本标段内信号的管线进行统一的空间排布，确保管线可以满足自身系统以及其它系统的整体要求，以解决空间碰撞问题，同时对协调图和深化图出图以及施工作业进行指导、协调。
（3）施工工艺模拟：利用BIM施工模型，对施工工艺进行三维可视化模拟展示或探讨验证。模拟中的工艺要素是由施工工艺标准或技术交底所提供的。
（4）视频动画：利用模型的三维可视化特点，对模型进行操作或演示，并制作成一定时长的视频格式文件。
（5）施工工序模拟：利用BIM施工模型，对于施工工艺进行三维可视化的模拟展示或探讨验证。模拟中的工序要素是由施工作业流程所提供的。
3 BIM技术在铁路信号的应用
3.1BIM模型构建
在进行铁路信号设备BIM模型构建时，可以利用基于Autodesk公司开发的Revit建模软件。Revit软件是目前使用最广泛的BIM软件之一，利用Revit软件构建模型库，如信号机、表示器、标志牌、应答器、转辙机、计轴设备等常见信号设备，从而减轻建模工作量，提高建模效率。
Revit软件建模包括加载建筑模型，布置受力构建，选择有限元分析软件对模型进行检查三个步骤，Revit软件中的数据是可以共享的，可以使多个设计人员在相同的网络中共享同一个模型，为设计人员在结构设计中提供技术支撑。
3.2实现运维数据的积累与分析
基于BIM技术的运维管理平台，可实现对信号设备台账、信号设备履历、信号设备故障、历史维护等数据信息的积累与分析，对铁路信号设备的维修维护工作作出判断、预警和指导。如果出现意外状况，运维大数据的分析可为信号维修人员高效应急处置提供基础保障，出具应急预案路线供管理者决策，从而避免更大的损失。
3.3铁路信号BIM数据获取
铁路沿线、站场和铁路信号设备可视化系统的构建需要铁路沿线建筑物、地形图数据及地面信号设备的数据等基础信息数据和空间信息数据。这些信息数据因形态和属性等不同获取方式也不同，一般建筑物数据利用激光扫描、影响数据和二维数据获取，二维数据通过传统的施工图纸和数字地图获取精准的信息，可以直接利用二维图建立三维信息模型。铁路线路、站场和铁路信号设备处于三维空间中，可以通过影像、地形图和精密测量获得信息数据。为了增强铁路信号设备表面的真实感，使得BIM模型更加逼真采用纹理数据建模。纹理数据的获取主要通过网络图片、遥感影像、相机拍摄和计算机模拟绘制得到。
结语
BIM技术的应用可为铁路信号施工带来长远的效益，是铁路信号施工管理发展的必然要求。但受模型精度条件限制，BIM技术在铁路信号施工的应用仍有很大提升空间。精确度是BIM技术运用的高标准，数据累计是BIM技术运用的基础，因此下一步将积累信号工程数据，增加数据的模块化存储，提高BIM技术的模型精度，并进一步引入3D的全新视点，全面解决在信号施工过程中经常出现单位之间协作的效率差问题，大幅度提高施工的质量和施工进度，为铁路建设提供了技术平台和技术支撑。
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