鄭興

摘 要：高速鐵路是交通網(wǎng)絡(luò)的重要組成，而接觸網(wǎng)主要負(fù)責(zé)高速鐵路沿線為機車供電，如果其停電或者與高鐵列車之間的銜接不良，會給高速鐵路供電造成影響。在設(shè)計和施工階段要嚴(yán)格按照高鐵運行需求，保證接觸網(wǎng)符合要求，在這一過程中，BIM技術(shù)發(fā)揮著重要的作用。為研究BIM技術(shù)在高速鐵路接觸網(wǎng)工程中的應(yīng)用，文章基于筆者在中鐵建電氣化局集團南方工程有限公司的多年工作經(jīng)驗，在理論結(jié)合實際的前提下展開鐵路沿線上空架設(shè)高性能接觸網(wǎng)系統(tǒng)運行工程探討，系統(tǒng)闡述電力機車供電輸電線路穩(wěn)定性和高鐵列車運行系統(tǒng)性，為BIM技術(shù)在建筑行業(yè)革命性運用和突破式發(fā)展提供新的驅(qū)動力，供相關(guān)專業(yè)人士參考。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);高速鐵路;接觸網(wǎng);工程

中圖分類號：U225;TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1064（2021）11-074-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.11.025

高速鐵路是重要的交通設(shè)施之一，運行速度很快，保證其安全運行離不開接觸網(wǎng)的作用與支持。多維導(dǎo)向下的經(jīng)濟與技術(shù)發(fā)展帶來了生產(chǎn)效率的提高，而在高速鐵路建設(shè)過程中需要建筑工程、材料力學(xué)和電學(xué)等多方面的配合，在應(yīng)用和理論領(lǐng)域，協(xié)調(diào)發(fā)展以促進(jìn)接觸網(wǎng)工程的建設(shè)和運行水平[1]。

1 BIM技術(shù)及其功能

BIM技術(shù)屬于傳統(tǒng)建筑工程學(xué)科繪圖與信息工程結(jié)合類分支，是當(dāng)前最流行的營建領(lǐng)域?qū)嵱每茖W(xué)。該技術(shù)能在傳統(tǒng)3D建模程序中迭代大量有用信息，更好地適應(yīng)于工程設(shè)計、施工、管理等方面多任務(wù)框架，是一種科學(xué)而可用的數(shù)據(jù)化輔助工具。

而在高鐵建設(shè)領(lǐng)域，該技術(shù)能將項目的線路構(gòu)型和其他固定設(shè)施進(jìn)行融合，在高精尖的三維模型搭建完畢后，將內(nèi)置信息貫徹于項目設(shè)計、施工、運維等各種環(huán)節(jié)，方便不同工種不同施工階段的調(diào)運和決策。

隨著工程的推進(jìn)和其他維護(hù)性工作的進(jìn)行，相關(guān)的設(shè)備信息和構(gòu)件數(shù)據(jù)需要以數(shù)據(jù)庫的形式動態(tài)更新，幫助管理者和共享數(shù)據(jù)調(diào)用客戶的方便快捷預(yù)判。在項目管理中，特別是國際項目交涉領(lǐng)域，其協(xié)調(diào)合作和在線協(xié)商尤為重要，基于此，能充分凸顯BIM技術(shù)的長處并在多維應(yīng)用場景下拓展其輻射面和功能性，實現(xiàn)思維共享、業(yè)務(wù)共創(chuàng)和風(fēng)險共擔(dān)[2]。

1.1 深入理解式可視化

項目建設(shè)的各種環(huán)節(jié)需要不同工種和部門的人員進(jìn)行協(xié)調(diào)，而不同知識領(lǐng)域的人員對其他業(yè)務(wù)理解能力有限，甚至無法讀懂復(fù)雜圖紙，因此，運用較為簡便的可視化方法就能在極易簡便的狀態(tài)最快速地進(jìn)行技術(shù)交互與探討協(xié)作。

1.2 數(shù)字模擬化

不同工況下的運行及不同方案下的整體優(yōu)化都會對電力系統(tǒng)或者機械設(shè)備的耐久性、容錯性和使用壽命產(chǎn)生影響，而運用數(shù)字模擬能在各種因素干擾下完善性結(jié)果論述，甚至以權(quán)重的方式進(jìn)行不同方案的打分性判定，形成最優(yōu)解[3]。

1.3 協(xié)同辦公與歸并管理

依托不同業(yè)務(wù)部門的數(shù)據(jù)庫和顯現(xiàn)3D模型，在系統(tǒng)流前提下開展不同項目過程額流水線化運作，在將不同分界線任務(wù)進(jìn)行歸并，做到協(xié)同辦公與優(yōu)化解決，提高工作效率。

1.4 良好的監(jiān)督模式

綜合管理需要以質(zhì)量工程領(lǐng)域進(jìn)行系統(tǒng)化操作，而良好的監(jiān)督需要建立在明顯的業(yè)務(wù)范疇和較為顯現(xiàn)的工作業(yè)績狀態(tài)下，以考核與工作流程化運營的不同模式能全過程監(jiān)管工程質(zhì)量，并把施工成本降至最低。

1.5 BIM技術(shù)的拓展

第一，模型集成。在應(yīng)用BIM技術(shù)的過程中，其基本特征是模型的集成，不僅量化收集到的基礎(chǔ)信息，而且對應(yīng)用的內(nèi)容進(jìn)行綜合分析，建立技術(shù)細(xì)節(jié)信息模型。建立的信息模型可以捕捉項目，在綜合模型上標(biāo)出涉及的各個組件和組件的相對位置[4]。詳細(xì)輸入系統(tǒng)的具體應(yīng)用特點，并借助建立模型，通過動態(tài)仿真和物理信息處理分析設(shè)計結(jié)果。

第二，參數(shù)處理。BIM技術(shù)在接觸網(wǎng)應(yīng)用過程中具有參數(shù)處理功能工程部創(chuàng)建基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。在數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容中，量化參數(shù)非常重要，具體應(yīng)用中將考慮以下應(yīng)用內(nèi)容：首先，采集的參數(shù)信息必須與建立3D模型的相關(guān)參數(shù)保持強對抗性，即推動設(shè)計模型的應(yīng)用和加工，并加快錯誤修復(fù)，改進(jìn)系統(tǒng)內(nèi)容具有積極影響;其次，在應(yīng)用收集到的數(shù)據(jù)以方便數(shù)據(jù)需求時，應(yīng)標(biāo)注數(shù)據(jù)參數(shù)，提升參數(shù)內(nèi)容的使用價值，為后續(xù)工作的順利開展奠定基礎(chǔ)。

第三，信息交流。BIM技術(shù)是一種綜合應(yīng)用技術(shù)，在實踐中，它包括大數(shù)據(jù)技術(shù)、數(shù)字技術(shù)等多種技術(shù)，在特定的應(yīng)用程序中可以交換信息[5]。在控制指令技術(shù)建模過程中，設(shè)計者可以依靠模型存儲方式將建筑結(jié)構(gòu)涉及的參數(shù)信息整合到數(shù)據(jù)庫中。

2 高速鐵路接觸網(wǎng)工程中BIM技術(shù)的應(yīng)用

高鐵接觸網(wǎng)工程設(shè)計階段十分重要，主要是接觸網(wǎng)線路復(fù)雜，安全性要求高，還要保證節(jié)能環(huán)保，所以是一項系統(tǒng)性和集成性的工程，更要保證設(shè)計方案的優(yōu)良水平。在設(shè)計工作中，主要包括結(jié)構(gòu)設(shè)計、消防系統(tǒng)、三維設(shè)計、整體檢查等內(nèi)容，而BIM技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾方面。

2.1 參數(shù)化建模

接觸網(wǎng)工程包括支柱技術(shù)、定位設(shè)備、接觸網(wǎng)技術(shù)等多種應(yīng)用，其空間結(jié)構(gòu)繁瑣，學(xué)科門類繁多。基于BIM技術(shù)的設(shè)計是參數(shù)化建模的主要任務(wù)，結(jié)構(gòu)設(shè)計是整個設(shè)計工作的基礎(chǔ)，依賴于該技術(shù)協(xié)同性特征的實現(xiàn)。因此，要發(fā)揮BIM系統(tǒng)的協(xié)同效果，借助該技術(shù)可以收集接觸系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)等的動力支持條件，借助系統(tǒng)本身的檢查功能進(jìn)行動力回路檢查。在此期間，如果動力條件出現(xiàn)變化，接觸系統(tǒng)也會自動調(diào)整，實現(xiàn)全程自動化，不需要人力干預(yù)，進(jìn)而提高效率[1]。

從接觸網(wǎng)施工中的基本組成部分考慮，高鐵應(yīng)用的接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)比較簡單，有接觸懸掛、基礎(chǔ)、支柱等，每個結(jié)構(gòu)都承擔(dān)著不同的重任，聯(lián)系到一起形成總結(jié)構(gòu)，并穩(wěn)定為高鐵供電。這些結(jié)構(gòu)內(nèi)容在實踐中會涉及大量系統(tǒng)圖、剖面圖、施工總括圖等，利用該技術(shù)支持集成和整合各種圖紙，不僅包括數(shù)據(jù)，而且包括圖像信息，在繪圖軟件中進(jìn)行啟閉。通過匯總上述內(nèi)容信息構(gòu)建三維立體模型，向工作人員直觀地展示施工方案，發(fā)展、優(yōu)化并調(diào)整其中的難點和關(guān)鍵點，進(jìn)一步確保施工質(zhì)量[2]。

在具體應(yīng)用過程中要注意以下幾點：首先，建立3D模型零件庫，在懸鏈線項目的運營過程中，使用了許多建筑構(gòu)件?；贐IM技術(shù)可進(jìn)行三維建模，輸入不同的構(gòu)件參數(shù)，改進(jìn)新工藝裝置的參數(shù)，增加參數(shù)化應(yīng)用的價值。其次，進(jìn)行視覺安裝，基于BIM技術(shù)的優(yōu)勢，對裝配過程進(jìn)行模擬，明確裝配過程，合理布置節(jié)點參數(shù)，得到可靠的數(shù)據(jù)分析結(jié)果。

2.2 結(jié)構(gòu)沖擊試驗

懸鏈線項目工作流程包括大量應(yīng)用內(nèi)容和方法專業(yè)知識，在設(shè)計階段分成幾個部分，由不同部門填寫，很容易造成設(shè)計沖突。利用BIM技術(shù)，根據(jù)沖擊試驗?zāi)M的結(jié)果，確定沖擊試驗，評價設(shè)計應(yīng)用過程的合理性。例如，在懸鏈線柱與道路的碰撞試驗中，可以將結(jié)構(gòu)模型參數(shù)輸入具體模型，通過數(shù)據(jù)對比調(diào)整設(shè)計參數(shù)，使其更具科學(xué)性和實用性。

2.3 模擬處理

懸鏈線高鐵項目中，施工路線和施工內(nèi)容難度較大，在實際應(yīng)用中可以利用BIM技術(shù)完成仿真過程，測試彈簧懸架與受電弓的關(guān)系、偏載偏差、柱承載能力[4]。搭建好支撐系統(tǒng)之后，利用特定軟件可以調(diào)整負(fù)荷內(nèi)容，采取三相平衡的方式，保證整體的供電質(zhì)量。例如，設(shè)計高鐵列車內(nèi)的照明系統(tǒng)時，設(shè)計人員要嚴(yán)格按照施工要求并考慮高鐵的運行需求例如節(jié)能、環(huán)保等，合理設(shè)計，優(yōu)化布置，保證符合規(guī)范要求，提高設(shè)計質(zhì)量。借助BIM技術(shù)計算預(yù)計出發(fā)時間，如果該值超過安全值并滿足傳輸網(wǎng)絡(luò)安全要求，則使用相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)容，并將其作為項目中使用的數(shù)據(jù)。否則，需要繼續(xù)實驗，直到獲得最佳參數(shù)組合。

2.4 工程量測算及測繪

借助BIM技術(shù)建立懸鏈線工程模型，BIM技術(shù)的軟件功能可以執(zhí)行工程量的全過程，并可以生成系統(tǒng)應(yīng)用的單元號，節(jié)省了成本計算時間，降低了工程量的容錯性，提高了設(shè)計內(nèi)容的應(yīng)用效率。在成本分析中，將在精細(xì)化管理模型的基礎(chǔ)上，細(xì)化應(yīng)用內(nèi)容，明確不同構(gòu)建環(huán)節(jié)的成本以及后續(xù)成本管理的依據(jù)。配套圖紙為通用應(yīng)用圖、工程圖、裝配圖，借助BIM技術(shù)可以對其進(jìn)行渲染，改進(jìn)內(nèi)容檢測，顯示三維圖形，為其他任務(wù)奠定基礎(chǔ)[5]。

另外，要進(jìn)行三維碰撞檢查，尤其是嚴(yán)格檢查弱電和強電的碰撞點，聯(lián)系現(xiàn)場施工要求，確定碰撞點的安全可靠性。上述內(nèi)容依靠傳統(tǒng)的二維設(shè)計方法難以實現(xiàn)，或需要消耗大量資源，而應(yīng)用BIM技術(shù)，支持這些操作快速完成，且消耗資源量較少，還可以節(jié)約成本。

2.5 技術(shù)說明

高速鐵路接觸網(wǎng)工程在運營過程中，技術(shù)資料的質(zhì)量直接影響施工過程的有序性。從具體應(yīng)用過程看，可以利用BIM技術(shù)可視化應(yīng)用的優(yōu)勢，通過動畫、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)展現(xiàn)內(nèi)容。注重施工可建立技術(shù)要求公開數(shù)據(jù)庫，根據(jù)數(shù)據(jù)庫對施工人員進(jìn)行評價，使施工人員清楚了解設(shè)計圖紙上標(biāo)注的內(nèi)容，直觀的App布局進(jìn)行模擬一些有利于施工的關(guān)鍵設(shè)備和具體章節(jié)，及時查找施工方案中遺漏的部分，提前對施工過程內(nèi)容進(jìn)行分類，營造良好的工作環(huán)境[3]。

2.6 項目管理

在項目工作管理過程中，BIM技術(shù)的應(yīng)用體現(xiàn)在以下幾個方面：施工單位借助建立的三維模型，執(zhí)行儲備設(shè)計，避免預(yù)約失誤和大概率沖突。施工過程中，如在申請中發(fā)現(xiàn)問題，可直接在模型上標(biāo)注，相應(yīng)內(nèi)容可直接輸入施工單位進(jìn)一步處理。

3 高速鐵路接觸網(wǎng)工程中應(yīng)用BIM技術(shù)的注意事項

為構(gòu)建系統(tǒng)性工作流，讓每個部分效率最高、容錯性最低，并在高速鐵路接觸網(wǎng)工程中最大化發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢，將設(shè)計與管理工作協(xié)同性開發(fā)，多維運行人員要注意高速鐵路接觸網(wǎng)工程的技術(shù)特性。

3.1 人力資源組織

施工現(xiàn)場的人力資源組織關(guān)系到不同業(yè)務(wù)部門的配合與現(xiàn)場施工安全的保障，BIM技術(shù)的運用需要現(xiàn)場高頻次的數(shù)據(jù)采集，并通過自動化設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄與共享，所有人員都可能從該技術(shù)軟件中獲取信息，并展開設(shè)計、管理、施工等操作，這些人員來自不同項目部甚至分公司，具體工作時間無法協(xié)調(diào)一致。對此，要提前確定BIM技術(shù)負(fù)責(zé)人并保證其具有完全領(lǐng)導(dǎo)權(quán)，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)落實參與人員的時間，保證具體工作的有序開展?，F(xiàn)場人員與后臺人員的權(quán)重應(yīng)該匹配，項目設(shè)計方、施工方等各個參建方之間的數(shù)據(jù)要實現(xiàn)同步共享，保障不同施工環(huán)節(jié)的工作時間和效率。

3.2 避免和生產(chǎn)脫節(jié)

建模和實踐存在一定的差距，多維導(dǎo)向下的細(xì)節(jié)性建模通常需要現(xiàn)場人員的三輪論證，由于不同元件和附屬線路存在的差異，BIM技術(shù)在高鐵接觸網(wǎng)中會導(dǎo)致項目期間階段性成果的失敗或核算結(jié)果差距過大。所以，提升模型實用性至關(guān)重要，要保證該技術(shù)應(yīng)用期間生成的模型、參數(shù)等要與實際施工數(shù)據(jù)保持一致，避免脫離實際導(dǎo)致最終無法使用。這意味著設(shè)計人員與施工人員要積極溝通，避免出現(xiàn)技術(shù)應(yīng)用與施工兩條線的問題，強化施工人員與技術(shù)人員之間的互動交流，保證該技術(shù)的實效性。

3.3 科學(xué)控制施工流程

接觸網(wǎng)工程的施工流程比較復(fù)雜，要與其他工程配合，要求施工人員精確控制施工流程，準(zhǔn)確傳遞信息，以保證各個環(huán)節(jié)的有效銜接。該技術(shù)的利用可以使用特殊軟件，加上數(shù)據(jù)庫的支持，快速繪制施工平面圖，保證給出的系統(tǒng)圖數(shù)據(jù)具有較高的準(zhǔn)確度，同時，這個過程中可以發(fā)揮技術(shù)的自動化處理功能。

在接觸網(wǎng)施工的整體工作流程控制中，要建立數(shù)據(jù)庫，設(shè)定相應(yīng)的分類和屬性，以便于為系統(tǒng)圖服務(wù)，幫助工作人員更好地把握每個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)傳輸操作，為準(zhǔn)確分析各個階段的施工內(nèi)容提供支持，有效控制施工進(jìn)度。

4 結(jié)語

高速鐵路接觸網(wǎng)工程需要建筑工程和電力科學(xué)的雙重結(jié)合，BIM技術(shù)可以集合建筑信息數(shù)據(jù)，從勘察、設(shè)計、施工、運行等階段的所有數(shù)據(jù)入手集成，建立起目標(biāo)建筑的三維模型信息數(shù)據(jù)庫，借助模型的打造，提高了建筑信息的集成化水平，進(jìn)而指導(dǎo)建筑工程的科學(xué)進(jìn)行。

在真實施工環(huán)境下，高速鐵路接觸網(wǎng)工程項目數(shù)據(jù)構(gòu)型龐大而復(fù)雜，借助BIM技術(shù)的可視化和參數(shù)化優(yōu)勢可以提高道路設(shè)計效率，通過碰撞試驗和仿真，優(yōu)化車票設(shè)計，滿足道路設(shè)計的安全性和可靠性。在接觸網(wǎng)安裝實施階段，采用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計施工方案交底，負(fù)責(zé)接觸網(wǎng)的安裝施工、施工質(zhì)量和施工管理改進(jìn)。改進(jìn)BIM技術(shù)服務(wù)于接觸網(wǎng)設(shè)計和施工中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)的有效集成和傳輸，數(shù)字化竣工交付將施工階段的數(shù)據(jù)無縫傳輸至運維階段，為實現(xiàn)智能運維奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉紅良，王萬齊，王輝麟，等.BIM技術(shù)在高速鐵路接觸網(wǎng)工程中的應(yīng)用研究[J].鐵路計算機應(yīng)用，2019，28（6）：54-58.

[2] 鄧夢.BIM技術(shù)在高速鐵路接觸網(wǎng)工程應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2021（9）：193-194.

[3] 黃鑫，魯小兵.BIM技術(shù)在400km/h高速鐵路接觸網(wǎng)工程中的應(yīng)用[J].高速鐵路技術(shù)，2021，12（5）：102-106.

[4] 談敦龍.BIM技術(shù)在高速鐵路接觸網(wǎng)工程中的應(yīng)用研究[J].智能城市，2020，6（24）：109-110.

[5] 胡峰.BIM技術(shù)在高速鐵路接觸網(wǎng)工程中的應(yīng)用研究[J].城鎮(zhèn)建設(shè)，2019（8）：103.