青島地鐵集團有限公司 陳蘇南 李國玉 曲延璐

1 引言

城市軌道交通迎來了高速的發(fā)展，2021年國家發(fā)展和改革委員會批復青島市三期城市軌道交通建設規(guī)劃，規(guī)劃建設2號線二期、5號線、6號線二期、7號線二期、8號線支線、9號線一期、15號線一期等7個項目，線路規(guī)模139km，估算總投資980.7億元。項目建成后，形成共10條線路、總里程370.7km 的城市軌道交通網(wǎng)絡。我國城市軌道交通行業(yè)發(fā)展趨勢呈現(xiàn)良好態(tài)勢，城市軌道交通的快速發(fā)展為BIM 技術的產(chǎn)業(yè)化應用帶來了極大的機遇和應用基礎。

2 BIM 技術的發(fā)展簡介

圖1 2005—2001年國家發(fā)展和改革委員會批復里程對比圖

BIM 技術自從2003年正式進入我國以來，受到了國家的重視，各行業(yè)協(xié)會也在大力推廣BIM 技術的產(chǎn)業(yè)化應用，中國圖學學會和國家相關機構也在大力組織BIM 等級證書考試。正是基于BIM 產(chǎn)業(yè)的大力發(fā)展，在各大業(yè)主單位、政府部門的高度關注下，都對BIM 設計提出了一定的要求，也產(chǎn)生了大量的需求，帶來了BIM 的春天。目前，市面上主要以美國的公司為主，如PIC 公司的Pro/ENGINEER 軟件、WGS 公司的UNGRAPHICS 軟件、SPRC 公司的IDEAS 軟件、Bentely 公司的Micro station 軟件等。

BIM（建筑信息化模型），該技術具有信息可視化的功能，將原有的二維信息轉化成立體的三維信息，可以將原來二維信息無法讀取的信息變成可視圖形；模擬性和優(yōu)化性對數(shù)字信息進行三維建模，從模型中選出最優(yōu)解，找到最好的解決方案，能夠將建筑以三維空間模型的方式呈現(xiàn)出來，該系統(tǒng)可以使信息的展示更完整、更立體、更直接[1]。BIM技術已經(jīng)在全球范圍內得到業(yè)界的廣泛認可，被全世界工程領域高度的重視，視為一種革命性的力量，將為帶動整個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，創(chuàng)造需求解決問題。雖然BIM 在軌道交通領域仍然處于探索階段，但是得到了相關產(chǎn)業(yè)協(xié)會和國家的大力支持，也得到了各大地鐵公司的高度重視，將會為城市軌道交通領域帶來巨大變革。

3 BIM 在城市軌道交通領域的技術應用

3.1 BIM 設計分析工作

BIM 作為一種新的技術和傳統(tǒng)的CAD 制圖有著較大的區(qū)別，從目前的整個城市軌道交通的產(chǎn)業(yè)發(fā)展來看，BIM 技術的應用主要還是集中在施工圖設計階段，可以替代原有的CAD 技術，從二維信息的展示到三維立體圖形展示的較大飛躍。BIM 技術在我國雖然相較于國外較晚，但是從應用層面來說卻有著其他國家無法比擬的巨大潛力，尤其對于大型工程的應用來說意義非凡。BIM 這項新技術的推廣與應用涉及多方面的共同努力，業(yè)主方、設計單位、建設單位以及后期的運營維保，可以說是貫穿始終[2]。

BIM 的應用可以為城市軌道交通供電系統(tǒng)帶來較大的便利，例如該技術可以檢查接觸軌布置各專業(yè)接口之間的安裝合理性，及時對發(fā)現(xiàn)有安裝沖突的部位提前做出設計優(yōu)化。檢查合格后可以出具施工圖，利用BIM 模型提前出具各類圖紙，可以直觀、準確、發(fā)現(xiàn)前期設計當中的問題，為后期的施工帶來便利。也可以在BIM 模型軟件中繪出接觸軌的施工布置圖，在發(fā)現(xiàn)有問題時可以及時更改和調整，極大地提高了接觸軌繪圖的工作效率，提高了繪圖質量，帶來施工便利。在生成三維立體化圖紙后，使用相關的程序對BIM 進行持續(xù)的優(yōu)化和調整，需要業(yè)主單位在用戶需求階段對于廠家提出提供圖紙的相關要求，要求廠家針對最小可更換元器件出具BIM 模型。

3.2 基于BIM 技術在工程領域的應用

根據(jù)近年來的整個行業(yè)的發(fā)展程度來看，BIM總結出了以下幾方面應用場景，可以有效地提高施工質量、加快施工效率。

3.2.1 管線排布碰撞檢測技術

BIM 技術帶來的較大優(yōu)勢是將原有的二維信息轉化為三維信息，在城市軌道交通系統(tǒng)設備當中，相關專業(yè)較多，接口也較多，有供電、電扶梯、站臺門、通信、信號、車輛、綜合監(jiān)控等，各專業(yè)之間的接口密集，程序復雜。BIM 技術的應用可以有效降低施工單位人員的二次施工成本，提高工作效率，提前對各專業(yè)之間的管線有可能出現(xiàn)的碰撞進行模擬排布，大幅提高整體工程的安裝質量，提高業(yè)主對工程的滿意度和整體評價。

3.2.2 三維立體圖像渲染技術

三維立體圖像渲染技術通過虛擬現(xiàn)實建立現(xiàn)實與虛擬世界的映射，對現(xiàn)實場景進行模擬，讓人們得到更加直觀、精確、立體的信息。BIM 作為三維立體信息技術的集成與應用，為二維到三維的轉化提供了一項解決方案，重要的啟發(fā)意義在于，其實現(xiàn)了現(xiàn)實物理系統(tǒng)向賽博空間數(shù)字化模型的反饋。這是一次工業(yè)領域中逆向思維的壯舉。人們試圖將物理世界發(fā)生的一切，塞回到數(shù)字空間中，只有帶有回路反饋的全生命跟蹤，才是真正的全生命周期概念。這樣，就可以真正在全生命周期范圍內，保證數(shù)字與物理世界的協(xié)調一致。各種基于數(shù)字化模型進行的各類仿真、分析、數(shù)據(jù)積累、挖掘，甚至人工智能的應用，都能確保其與現(xiàn)實物理系統(tǒng)的適用性。這就是BIM 對智能制造的意義所在，BIM技術在工程領域當中的應用于推廣，推動了新技術的發(fā)展。

3.2.3 模擬施工

可以利用BIM 建模進行模擬施工，提前預判施工過程當中可能出現(xiàn)的具體問題，例如設備排布、管線敷設等，使業(yè)主、設計、施工、監(jiān)理等相關工作人員對現(xiàn)場施工有一個直觀地掌握。可以優(yōu)化施工工藝和施工流程，為后期的設計與施工配合提供了便利。

圖2 基于BIM 的虛擬施工體系流程圖

3.3 基于BIM 技術的電纜敷設及安裝工藝

近年來，隨著城市軌道交通領域的快速發(fā)展和新增運營里程的不斷增多，現(xiàn)場的施工管理和各專業(yè)之間的協(xié)調配合成為越發(fā)重要的一項課題，需要解決的實際問題相較以往難度增加，范圍擴大。另外，BIM 技術在建筑行業(yè)多年來取得的明顯效果，無疑使引進BIM 技術成為解決工程領域當中設計與施工問題的最優(yōu)解。因此，對其在具體施工時現(xiàn)場管理的難度也提出了更高的要求。需要在初步設計階段工程開始之前，就要對設計整體方案有所規(guī)劃、施工方案需要提前明確，提前發(fā)現(xiàn)問題，提前解決問題。BIM 技術在城市軌道交通領域的推廣和應用，可以使工程施工的各個單位的配合更加快速、簡單、明了。

此外，利用BIM 技術，統(tǒng)計工程當中的相關數(shù)據(jù)，可以對進度管理進一步的優(yōu)化，可以和實際設計方案提前對比，在發(fā)現(xiàn)問題之初迅速解決，根據(jù)實際工程當中所出現(xiàn)的問題進行及時的調整，達到最好的管理效果。除此之外，利用該技術可以在開工之前利用數(shù)字化三維技術手段了解該工程項目中的重難點問題，實現(xiàn)建筑材料的高效利用、有效降低工程成本，獲得更好的經(jīng)濟效益指標。

城市軌道交通供電系統(tǒng)中，交直流電纜是城市軌道交通當中重要的設備，在地鐵中主要有35kV 交流電纜、直流1500V 電纜和二次電纜。電纜的敷設是一項十分重要且復雜的工作，一般在隧道區(qū)間內敷設于電纜支架之上，在地鐵變電所內則沿著電纜橋架進行敷設，不僅用量大，而且敷設路徑錯綜復雜。電纜敷設工藝的好壞不僅影響其美觀，更重要的是影響供電系統(tǒng)運行。BIM 技術的應用可以利用計算機三維模型結合現(xiàn)場實際的施工情況進行模擬敷設演練，進一步評估工程量和提高施工效率，避免出現(xiàn)返工的情況，造成大量的時間和金錢的浪費。

3.4 基于BIM 設計質量管理

BIM 的應用在提高設計質量方面有著很好的效果，一般情況下在施工圖設計階段應用較多，現(xiàn)在全國各大設計院對此也十分的重視，組織設計院的相關人員進行了BIM 的取證學習，在設計應用中也是逐步得到了推廣。在設計質量控制方面可以提前建好設計模型，錄入具體信息。BIM 軟件可以進行施工圖的深化，提供剖析三維軸側圖等圖紙，部分設計院已經(jīng)開始采用BIM 軟件進行施工圖的出圖工作嘗試。可以說BIM 技術的應用和推廣可以保障設計工作效率，提高工程質量，對已出現(xiàn)的質量問題和風險點進行跟蹤，優(yōu)化設計質量管理流程。

3.5 BIM 可視化技術在研究施工工藝工法中的應用

BIM 技術的可視化是在建立空間3D 模型的技術之上的具體應用。在城市軌道交通的實際應用當中，很多的業(yè)主單位將BIM 模型的相關要求在合同談判階段就提前提出，確保各參與廠家能夠提供設備的基礎數(shù)據(jù)，但是數(shù)據(jù)的公開對于廠家來說，相當于核心機密的公開，會遇到一定的阻力[3]。但是BIM 技術的應用和推廣已經(jīng)成為大勢所趨，對地鐵施工過程的優(yōu)化和提升起到了較大的推動作用，在提高員工實踐技能的同時，也在一定程度上提升了城市軌道交通的施工質量，促進城市軌道交通供電系統(tǒng)設計從二維到三維，從數(shù)據(jù)化到立體圖像化的轉變，不僅可以提高地鐵施工的精度，也可以節(jié)約很多的不必要的損耗，對提高企業(yè)的核心競爭力也有著極為重要的意義。

3.6 BIM 技術與供電智能運維技術的結合

近年來，隨著城市軌道交通供電系統(tǒng)的快速發(fā)展，各大地鐵公司已經(jīng)開展供電智能運維系統(tǒng)的研究，地鐵供電智能運維系統(tǒng)已經(jīng)成為城市軌道交通智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡化轉型升級，以及實現(xiàn)軌道交通產(chǎn)業(yè)的高質量發(fā)展建設的重要課題。

供電智能運維系統(tǒng)通過集成和分析設備運行狀態(tài)，以及管理過程中的各類復雜的數(shù)據(jù)，融合供電設備智能管理、智能診斷、智能決策、智能巡視系統(tǒng)構建的統(tǒng)一智能化運維系統(tǒng)。系統(tǒng)基于數(shù)據(jù)模型集成的相關技術標準，整合各系統(tǒng)模型和數(shù)據(jù)；以設備為主線，將各子系統(tǒng)信息進行融合，實現(xiàn)設備的全景運維；同時，基于運維實際需求，構建全周期管控、風險預警、故障聯(lián)合診斷、應急處理場景。將被動的事后運維轉化為積極的主動運維，降低供電設備全壽命周期成本，提高系統(tǒng)可靠性。系統(tǒng)采用模塊化、服務化設計，構建供電運維業(yè)務融合一體化平臺，實現(xiàn)供電設備的智能巡視、智能管理、智能診斷、智能決策四大功能，達到供電系統(tǒng)運維系統(tǒng)的規(guī)范化和智能化，強化對供電設備的全過程控制和優(yōu)化，并為企業(yè)決策提供支持是城市軌道交通行業(yè)供電智能運維系統(tǒng)行業(yè)發(fā)展的整體方向。

BIM 技術作為供電智能運維技術的底層應用軟件，可以為供電智能運維系統(tǒng)提供底層的數(shù)據(jù)支撐，使供電設備實現(xiàn)數(shù)字化智能化。

4 結語

地鐵供電系統(tǒng)的建設受施工工藝流程和專業(yè)協(xié)調配合的約束，城市軌道交通設計施工流程較為復雜，各專業(yè)接口多，各種設備系統(tǒng)數(shù)量龐雜，BIM的應用和推廣將極大地優(yōu)化和提升城市軌道交通的設計流程和施工流程，雖然目前對于我國來說BIM工作啟動相對較晚，但是發(fā)展后勁十足，尤其是作為底層的應用軟件，BIM 技術與供電智能運維技術的有機結合將會加快數(shù)字化轉型的進程，國家對于該技術十分重視，這也是未來的發(fā)展方向。