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高铁接触网工程BIM应用

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高速铁路接触网是沿铁路线上空架设的向电力机车供电的特殊形式的输电线路,是高速铁路重要基础设施,担负着为高速铁路机车提供电源的重要责任


传统接触网设计是基于二维CAD,一般将平面布置图、装配图等作为设计成果进行交付。


CAD 图纸看起来不直观,非专业人员很难理解,且无法表现接触网设备和周围环境之间复杂的关系,很难发现侵限或者绝缘不满足要求等问题。此外,接触网和路、桥、隧等站前专业接口不易检查,很难发现设计之间的冲突。而这些问题往往都是集中在施工阶段才被发现,容易引起设计变更,造成资源和工期的浪费,甚至会带来质量隐患。基于二维CAD 的接触网设计期、施工期数据比较分散,很难有一套成熟的机制将设计、出厂、安调等信息数据有机地结合在一起,竣工交付后很难支撑后期智能运维。BIM技术作为一种全新的设计手段和信息化手段,可有效地解决这些问题。


本文依托BIM技术数字化、可视化、设计协同、全生命周期等特性,研究BIM 技术在接触网设计、施工过程中的应用,以达到辅助设计、指导施工、数据集成与传递、服务运维的目的。


接触网设计阶段BIM应用


参数化快速建模

接触网设备是由支柱基础、支柱、腕臂、定位装置、接触线、承力索、吊弦、附加导线等构成。接触网设备零部件众多,空间结构复杂,涉及电气、结构、机械等多个领域,需要一种参数化快速建模的方式,实现腕臂的装配设计和线路布置。


零部件三维族库

根据《电气化铁路接触零部件(TBT 2075-2010)》标准,对腕臂支撑装置、定位装置、补偿装置、接触悬挂等涉及到的零部件,根据功能及型号进行建模,建立零部件三维族库。对于工程实际中运用到的非标零部件或新设备,要及时在族库中增加,保证族库零部件模型的完整。


接触网零部件三维族库

目前,只有Power rail overhead line 接触网专用软件,因此,在选择某一软件平台后,用户要建立自己的三维族库,并随着接触网新工艺、新设备的出现,及时完善三维族库。


腕臂计算及可视化装配

零部件三维族库建立以后,调取族库模型,对接触网腕臂支撑装置进行可视化装配,形成接触网腕臂装配库,包括下锚柱、中间柱、转换柱、中心柱等腕臂装配类型。


在Autodesk 等平台中,开发二次插件,实现腕臂理论计算,根据设计要求的侧面限界、外轨超高等,生成腕臂管及相关部件的理论长度,并实现腕臂的可视化、参数化装配。


接触网中间柱装配图

在腕臂可视化装配过程中,将腕臂零部件的几何信息和非几何信息等设计期属性数据补充完整,例如,定位点导高、拉出值,腕臂零部件的长度、尺寸、名称、材质等。


接触网模型线路布置

将生成的腕臂装配以及支柱、支柱基础、接触线、承力索、附加导线等模型按照设计规则,布置到路基、桥梁、隧道、站场等站前专业的模型上。


碰撞检查

将生成的BIM和其他专业模型进行碰撞检查,达到设计协同的目的。硬碰撞检查,对接触网基础、支柱等与路基、桥梁、隧道、声屏障专业进行“差、错、漏、碰”检查,生成检查报告,对设计错误或者设计冲突的及时修改,减少设计变更的发生;软碰撞检查,检查接触网线路的绝缘距离是否符合要求,尤其是在上跨接触网的大桥、电力线路等绝缘薄弱位置。


仿真模拟

接触网设计过程中,利用BIM通过专门软件进行接触网的仿真模拟,对接触网的弹性悬挂、弓网关系、风偏、支柱容量等进行仿真计算。设计人员对仿真计算结果进行评估,使其满足接触网安全性、可靠性原则,以达到设计最优。


工程量统计及出图

接触网模型建立以后,可以实现零部件自动统计,生成工程量清单,解决了人工通过CAD图纸扒图算量费时、费力且容易出错的难题,提高了设计效率。接触网的图纸主要是以平面图和装配图为主,基于BIM的可视化三维图纸通过渲染、漫游,使其相比二维CAD图纸更直观,更易于理解。BIM出图功能可方便地建立接触网的“平、立、剖”图纸,而所生成的图纸和模型逻辑相关,与之关联的图形和参数将自动更新。


接触网施工阶段BIM应用


施工指导应用

设计交底

借助BIM技术,采用可视化的方式,施工单位可以快速理解铁路线路的概况,路基、桥梁、隧道的布置,接触网的工程数量,悬挂方式等。对于二维图纸不利于表达的接触网细节,可以通过模型清晰表现出来。基于BIM 的接触网设计交底,更利于施工单位工程实施,减小了设计和施工之间的沟通难度。


技术交底

依托BIM技术可视化特点,通过动画、虚拟现实等手段建立接触网专业关键工序施工技术交底库,即三维作业指导书,供施工单位培训、学习,避免施工人员对施工图的误解,直观地指导施工。依托建立的三维模型,根据施工需求对重点设备安装或者特殊区段施工进行现场模拟,有助于施工预想、发现方案缺漏,熟悉施工流程,提高施工质量。


接触网关键工序包括:支柱(吊柱)组立及整正、腕臂预制装配、补偿下锚安装、承力索架设、接触线架设、吊弦预制安装、弹性吊索安装、锚段关节(含电分相)调整、交叉(无交叉)线岔安装调整、电连接线安装、设备安装、附加导线架设调整、接触网精调等。


基于BIM的腕臂装配过程


技术交底库依托BIM技术,细化设备安装流程及工艺、工法。通过BIM 技术的运用,指导编制专项施工方案,直观地对复杂工序进行分析,指导施工快速有序进行。


接触网基础施工管理

高速铁路中,接触网在路基、桥梁段的支柱基础、拉线基础以及隧道中的滑道都是由站前施工单位制作,由接触网施工单位负责检查预留、预埋位置是否正确,检查施工质量是否符合规范。接触网基础、滑道属于站前专业和站后四电专业的接口部分,为了规范接口部分的施工管理,可利用BIM 技术,在站前专业BIM 的基础上加载接触网基础BIM,进行虚拟建造、虚拟检查。BIM 技术的应用:(1)指导站前施工单位预留施工,防止发生预留错误、侵限、碰撞等问题的发生;(2)指导站后四电施工单位进行检查,发现问题在模型上进行标注,并反馈给站前施工单位进行处理。基于BIM 的接触网基础施工管理,可提高接口的施工质量,还能解决站前与站后施工单位之间沟通、协调不畅的难题。


进度管理

工程实施期间,对接触网设备进行构件化工程分解,例如,支柱基础、支柱、拉线、腕臂支撑、定位装置、下锚补偿装置、中心锚结、吊弦、隔离开关、避雷器等,并对构件进行实例化编码。施工时,通过完成的接触网工程实体构件编码关联BIM的ID,驱动模型变色,通过颜色变化展示工程进度,红色表示接触网支柱组立完成。利用BIM对工程实际进度与计划进度进行对比,分析工期提前或滞后,达到滞后预警值时,进行相应的报警,将施工组织信息和BIM 融合,辅助施工管理。


接触网工程进度展示


人员和机械管理

基于BIM+GIS模型,接入人员、大型机械设备(轨道车、接触网放线车等)的定位数据,对人员、大型机械设备进行定位及管理工作,实现人员、大型机械设备位置实时监测;并接入大型机械设备上的视频信息,实现在模型上查看行驶及施工状态。基于BIM+GIS的人员、车辆定位管理,达到人员、机械位置可视化,行车、施工可视化的目的。此外,根据上道任务计划,结合作业区间机械设备的运行计划(时间、路线等),在上道作业前给出风险提示。通过人员、机械车辆的定位数据、速度数据,对施工人员与危险源的距离进行预判,并提前预警。


接触网数据集成与传递

数据种类

接触网在工程实施过程中,产生了大量的数据,包括设计信息、生产制造信息、进场检验信息、预配加工信息、施工安装信息、竣工验收信息等,这些数据随着工程的推进逐渐增加。


数据采集与集成手段

在接触网设计期建模的过程中,将设计信息添加到BIM中,包括几何属性和非几何属性,例如支柱的长度、截面尺寸、型号、名称、材质、支柱容量、寿命等。


接触网支柱制造完成出厂前,在支柱表面粘贴二维码,通过信息化的手段,将支柱的出厂信息和二维码绑定,通过扫描二维码的方式能够调阅支柱的厂家、生产批次、出厂编号、型号、材质等基本信息。接触网腕臂支撑装置在安装之前,需要提前进行工厂化预配。根据现场测量的侧面限界、外轨超高、支柱斜率等参数计算腕臂等相关部件的下料长度,经过切削、加工,最后组装成腕臂支撑装置。只有经过现场测量和计算才能满足接触网导高、拉出值等设计要求。


在接触网支柱及其他设备安装、调试过程中,再次扫描二维码,附加安装、调试信息,例如安装(调试)时间、负责人、监理人、现场安装照片、安装(调试)记录等。对设计期BIM,经过轻量化处理后,进行数模分离,将BIM属性信息导入到数据库中。再将接触网设计信息、出厂信息、入场检验信息、安装信息、腕臂(吊弦)预配信息、验收信息等也导入数据库中,通过BIM的ID 关联接触网构件实体构件编码,按照“一杆一档”的数据要求进行重新组织,实现BIM的数据关联和集成,最终实现基于BIM的设计、施工数据传递。


接触网数据集成与传递


数字化竣工交付

针对新建高速铁路,铁路BIM联盟提出了基于BIM技术的数字化竣工交付,按照运维管理资料移交要求,辅助运营单位对各种资料进行收集、整理。通过建设阶段的数字化移交,将接触网BIM承载的建设管理的过程信息无缝转移到运维阶段,完成建设BIM向运维BIM的深化,实现运营期的基于BIM的接触网台账、故障病害和维修履历管理;通过有效管理和融合分析运维阶段的各类检测和维修数据,实现接触网设备的安全、高效运行。


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文章分类: BIM行业资讯
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