高铁接触网工程的BIM应用赏析
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、施工全套工艺流程中的应用，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。
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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。
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。
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。
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，根据设计的基本要求的侧面限界、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。
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。
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。
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不是满足要求，尤其是在上跨接触网的大桥、电力线路等绝缘薄弱位置。
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做评估，使其满足接触网安全性、可靠性原则，以达到设计最优。
接触网模型建立以后，能轻松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。
借助BIM技术，采用可视化的方式，实施工程单位能够迅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，能够最终靠模型清晰反映出来。基于BIM 的接触网设计交底，更利于实施工程单位工程实施，减小了设计和施工之间的沟通难度。
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实施工程技术交底库，即三维作业指导书，供实施工程单位培训、学习，避免实施工程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施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、设施安装、附加导线架设调整、接触网精调等。
技术交底库依托BIM技术，细化设施安装流程及工艺、工法。通过BIM 技术的运用，指导编制专项实施工程的方案，直观地对复杂工序做多元化的分析，指导施工快速有序进行。
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实施工程单位制作，由接触网实施工程单位负责检查预留、预埋位置是不是正确，检查实施工程质量是否符合规范。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)指导站前实施工程单位预留施工，防止发生预留错误、侵限、碰撞等问题的发生;(2)指导站后四电实施工程单位进行检查，发现问题在模型上进行标注，并反馈给站前施工单位做处理。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实施工程单位之间沟通、协调不畅的难题。
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。
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。
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。
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。
运利用BIM 技术可视化、参数化等特性，辅助接触网设计，提高设计效率，通过碰撞检查、仿真模拟，实现接触网设计方案最优，满足接触网设计安全性、可靠性原则;在接触网安装实施阶段，利用BIM 技术进行设计交底，施工方案交底，指导接触网安装施工，提高实施工程质量，提升施工管理水平。接触网设计、施工阶段产生的大量数据，利用BIM 技术实现有效集成和传递，通过数字化竣工交付，将工程建设阶段的数据无缝转移到运维阶段，为将来实现智能运维奠定基础。
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