BIM技術在鐵路信號設計與施工中的應用分析

陳紅霞 鄧麗敏

摘 要：采用傳統二維圖形軟件設計的鐵路信號圖紙在實際應用中容易出現“漏、錯、交叉、碰”等問題，給施工安全帶來隱患、影響工程進度、浪費人力資源。因此，文中首先闡述目前傳統鐵路信號設計存在的問題和BIM技術的優勢，然后分析BIM技術在鐵路信號設計與施工中的應用，得出BIM技術的應用可解決傳統鐵路信號設計和施工中的“錯、漏、交叉”等問題，其利用三維技術建模，優化了設計、避免了施工中不必要的爭議，降低了安全隱患、提高了工作效率。

關鍵詞：BIM技術;鐵路信號;二維圖形軟件;應用設計;施工;三維立體

中圖分類號：TP14文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2020）10-00-02

0 引 言

我國從20世紀末開始逐漸研究BIM理論和技術，經過十幾年的發展，BIM技術在國內得到了廣泛的認識，并逐漸應用到各行各業中。2018年，我國推廣BIM技術在交通類工程中的應用，并發布了《城市軌道交通工程BIM應用指南》。目前，北京、上海、廣州、深圳等城市軌道交通項目已開始應用BIM技術，但從應用上來看，主要集中在利用BIM技術進行可視化效果展示、管線綜合設計等方面，還沒有形成整體化的應用。因此BIM技術在軌道交通行業的應用還處于起步階段。在鐵路信號設計與施工中的應用領域幾乎處于空白，隨著計算機的快速發展，BIM技術在鐵路信號專業的工程設計和施工必將成為一種趨勢。

1 傳統的鐵路信號設計與施工存在的問題

目前，鐵路信號工程設計普遍采用二維設計的CAD和Visio繪圖軟件，設計成果主要以平面圖紙和相關的說明文件為主。這種形式的鐵路信號工程設計圖紙中沒有體現出鐵路信號設備限界問題，鐵路信號設計是否存在設備侵限的問題，這在二維圖紙中是無法進行體現，只有在施工過程中發現，一旦發現就必須重新調整導致設計返工。

鐵路信號設備之間主要通過電纜、光纜等連接，車站和區間有大量的電纜、光纜鋪設，工作量非常大，同時也要兼顧隧道和橋梁的電纜管線和站內電纜設計原則、其他專業電纜等的隔離保護等，這些無法通過二維圖紙來進行解決，需要工作人員現場協調和調整，影響工程進度。

2 BIM技術應用于鐵路信號中的優勢

BIM技術是一種建筑信息仿真模型技術。采用BIM技術在布置信號設備時直觀看到模型與線路的關系，避免了設備的侵限問題。在設計的時候可以會同多專業協同設計，及時發現設計過程中的碰撞、遮擋問題。信號設備之間的碰撞也就是專業內部的問題，專業內部的問題主要考慮信號設備之間是否存在重疊、因尺寸問題導致的空間不足等;但專業之間的碰撞問題主要考慮信號設備與其他專業設備之間是否發生碰撞。上海鐵路局集團公司利用BIM技術對施工作業進行模擬計算，提前發現了100多處碰撞點，有效地避免了事故的發生。BIM的技術優勢具體體現在以下幾個方面。

2.1 設計成果可視化

現有鐵路信號工程設計交付成果主要是二維的信號平面布置圖和雙線圖等，在設計初期誤差不明顯，由于信號設備室內布置比較繁瑣、室外電纜敷設強弱電交叉點多，在施工階段就會發現設計結果誤差較多。BIM技術可以有效地解決傳統設計帶來的一些問題，有效解決施工中的“交叉、錯、漏”等問題，將設計以可視化的三維立體模型呈現給施工人員，既可以保證設計圖的美觀，施工的時候可以直觀地看到模型與線路的位置、角度等之間的關系，避免了設備侵限的問題、優化了設計，又可以通過三維處理把施工完成后的整體效果呈現出來。

2.2 布局協調合理化

目前，我國鐵路各專業間協調的工作模式還屬于傳統的模式，專業間的協同設計并沒有明確的集成圖紙，專業間的協調仍然是在施工設計圖紙制作完成之后才開始的。這樣施工階段經常會出現專業之間、系統之間的碰撞和遮擋。比如信號和通信、供電、工務等多專業都可能有碰撞和遮擋。利用BIM技術對施工設計圖紙建立三維模型，讓各專業來共同協作、判斷、發現設計過程中的碰撞、遮擋問題。如果圖紙缺乏合理性則可以立即進行修改，保證了最后交付的成果設計合理性和準確性，確保施工安全和順利進行，減少了設計返工、降低設計成本、節約設計人員工作量和時間，提高設計效率，有效避免了施工工期的延誤。

2.3 信息歸檔高效化

鐵路信號設備雖然結構、尺寸與其他電氣、機電設備有很多相似的地方，但也有自身的特殊性，同時隨著鐵路信號技術的快速發展，鐵路信號工程項目也變得日益復雜，施工標準也越來越高，工程量也不斷增大。如果用傳統的方式進行計算，對人力資源構成浪費，效率也會降低，利用BIM技術進行三維設計建模，建模導入模型庫，對鐵路信號設備模型進行參數化配置，有效地方便了日后的施工和運維管理。同時BIM技術可以通過信息模型快速構建明細表，對工程造價進行準確的預估，還可以對設計資料和明細表進行及時的更新，以此提高工作人員的效率，杜絕了人力資源的浪費。

利用BIM技術制作施工圖紙的應用如圖1所示。

3 BIM技術在鐵路信號的應用

鐵路信號系統采用BIM技術設計，3D建模是基礎。鐵路信號主要是在土建的基礎上進行各種設備的安裝和線纜的布置，空間立體結構不是特別明顯，所以鐵路信號主要采用系統分解和實體構建相結合的方式建模。具體分解和建模流程如圖2所示。

3.1 鐵路信號BIM數據獲取

鐵路沿線、站場和鐵路信號設備可視化系統的構建需要鐵路沿線建筑物、地形圖數據及地面信號設備的數據等基礎信息數據和空間信息數據。這些信息數據因形態和屬性等不同獲取方式也不同，一般建筑物數據利用激光掃描、影響數據和二維數據獲取，二維數據通過傳統的施工圖紙和數字地圖獲取精準的信息，可以直接利用二維圖建立三維信息模型。鐵路線路、站場和鐵路信號設備處于三維空間中，可以通過影像、地形圖和精密測量獲得信息數據。為了增強鐵路信號設備表面的真實感，使得BIM模型更加逼真采用紋理數據建模。紋理數據的獲取主要通過網絡圖片、遙感影像、相機拍攝和計算機模擬繪制得到。

3.2 BIM模型構建

在進行鐵路信號設備BIM模型構建時，可以利用基于Autodesk公司開發的Revit建模軟件。Revit軟件是目前使用最廣泛的BIM軟件之一，利用Revit軟件構建模型庫，如信號機、表示器、標志牌、應答器、轉轍機、計軸設備等常見信號設備，從而減輕建模工作量，提高建模效率。

Revit軟件建模包括加載建筑模型，布置受力構建，選擇有限元分析軟件對模型進行檢查三個步驟，Revit軟件中的數據是可以共享的，可以使多個設計人員在相同的網絡中共享同一個模型，為設計人員在結構設計中提供技術支撐，具體建模過程如圖3所示。

利用Revit軟件構建的結構模型，設計人員可以通過結構模型對工程項目進行簡單分析，在結構模型中也可以對工程中的數據進行修正，根據設計的三維模型得到施工用的剖面圖、立體圖和平面圖，自動更新生成視圖和圖紙，完成三維工程圖的制作。

4 結 語

綜上所述，BIM技術的應用解決了傳統鐵路信號設計和施工中的“錯、漏、交叉”等問題，利用三維技術建模，優化了設計、避免了施工中不必要的爭議，降低了安全隱患、提高了工作效率。但現階段BIM技術主要運用于建筑行業，適用范圍較小，同時需要獲得從業資格證書的BIM技術人員較少，而且還需要相關軟件的支持。為了促進BIM技術在鐵路信號設計與施工中的應用，需要從軟件性能提高、從業人員的素質等方面發展。BIM技術的在鐵路信號的發展處于起步階段，還需一定時期的發展壯大。

參考文獻

[1]羅芹，水濱，歐陽院平.BIM技術在城市軌道交通行業的應用[J].現代城市軌道交通，2019，15（12）：76-79.

[2]胡文科.BIM技術在地鐵通信信號工程中的應用[J].智能城市，2019，5（23）：154-155.

[3]林昌瑞.BIM技術在鐵路信號工程施工中的應用[J].工程技術研究，2018，46（12）：53-54.

[4]張峰.BIM技術在廈門地鐵1號線軌道工程施工中的應用[J].價值工程，2019，38（7）：174-176.

[5]田耕.鐵路信號設備數據管理中BIM技術的應用[J].交通世界，2018，24（25）：22-23.

[6]舒適.BIM技術在軌道交通工程設計中的應用[J].建材與裝飾，2020，15（1）：256-257.

[7]王懷松，鄒少文.鐵路信號BIM數據存儲標準的研究與制定[J].鐵路技術創新，2019，17（4）：50-54.

[8]車爽.BIM技術在鐵路信號工程設計中的應用[J].鐵路技術創新，2017，15（1）：69-71.

[9]陳英，郭陽.基于Revit軟件的三維工程制圖系統設計[J].現代電子技術，2018，41（22）：147-150.

[10]柳茂.基于BIM技術的建筑施工進度優化研究[J].現代電子技術，2017，40（3）：103-105.