BIM技术在铁路四电工程施工管理中的应用研究

张杰

(中铁十二局集团电气化工程有限公司)

1 铁路四电工程施工管理的现状

铁路四电工程作为铁路建设中的重要组成部分，对后期铁路顺利开通、平稳运营起着决定性作用。目前，该部分施工管理模式已趋于成熟，但在以机械化、工厂化、专业化及信息化等为手段的项目管理新模式下，仍存在着诸多管理困境和瓶颈。铁路四电工程的困境包含以下几个方面：

①设计进度时有滞后，图纸交付后设计交底、图纸会审及优化设计周期过长，影响项目前期的进程。

②工期进度受土建施工进度制约严重，具备施工条件后，各专业的交叉、协同施工以及进度管理较难掌控。

③铁路四电工程涉及的设备、材料品种较多，材料计划的提报以及后续的物资管理一直处于薄弱的环节，因材料计划漏报、超量引起的成本增加时有发生。

④铁路四电工程一般标段划分较少，导致项目管理战线较长，要确保安全质量管理及时到位，要素配置量大，成本较高。针对以上问题，亟待通过以BIM技术为代表的信息化手段协助走出管理困境，提升管理水平[1]。

2 铁路四电工程BIM应用平台规划与搭建

针对铁路四电工程施工过程中的管理需求，梳理好传统施工模式下存在的问题，并充分理解设计意图，采用三维和四维信息技术协助施工虚拟仿真工程量的计算，对工程项目进行深化设计，以达到复杂节点的可视化、构件精准化，协助施工过程“三控三管一协调”工作。

2.1 平台集成

项目进场，根据项目特点和技术、质量、安全及工期等管理需求，搭建模型整合、信息集成的施工管理平台。施工管理平台包含4个部分：

①轻量化图形引擎。实现BIM模型的专业化、流畅化和无压力展示，可在浏览器、平板电脑及手机端运行。

②可视化施工管理模块。实现人员、物资、进度、安全和质量管理。

③异地三维会审引擎。实现专业模型校审，组建专家库和异地会议系统。

④可定制化表单引擎。针对业务需求，配置化创建三维出图、工程量、下料单等各类业务表单。

2.2 编码管理

考虑市面上各类编码标准，结合四电工程专业特性和项目要求，制定可配置、可扩展、满足BIM建模和管理需要的编码标准，并将编码标准内置在CAD（REVIT、CATIA）插件中，根据项目设置数据和选填内容自动生成编码。也可将CAD与平台连接，通过平台提供的API在线获取编码，存储于BIM模型的属性中。将模型上传至平台前，对构建的编码从格式、内容及查重等方面进行校验，根据校验结果，不断修改完善直至满足施工需求。同时,对每个编码进行识别和管理，根据编码构建分配二维码，最终根据编码规则动态生成BIM模型的产品结构树。

3 铁路四电工程施工管理过程中的BIM解决方案

3.1 图纸会审

图纸会审是四电工程施工准备阶段技术管理的主要内容之一。基于BIM技术的图纸会审是在三维模型中进行的，接触网、电力、通信及信号等各专业构建之间的空间关系在模型中一目了然，可以直观地发现图纸不合理的地方。依据施工图创建设计模型的过程中，可以发现图纸中隐藏的问题，并利用点云、倾斜摄影技术在工程环境下建模，提前发现外部环境对工程建设的影响，最终在BIM平台上进行图纸会审，实现跨区域协同合作，在会审过程中，实现问题标注，生成会审记录。

3.2 深化设计

完成四电工程施工图BIM模型的创建后，各专业技术人员协同BIM工程师在设计模型基础上进行深化设计，结合现场情况，对设计方案进行优化。四电工程施工前，可根据设计规范要求，利用BIM模型校验安全距离，优化变压器间的防火墙布置。信号专业还可根据室内机柜布置情况，规划电缆桥架布置，预先排布线缆，从而发现线缆交叉点和不满足线缆弯曲半径大于线缆直径15倍的地方，规避交叉，制定出耗材最短，满足弯曲半径的优化布线方案。现场施工按照BIM优化路径布线，节约线缆耗材和线缆布置时间。

3.3 方案模拟

对于重、难点工程或者复杂工序，利用BIM技术对施工方案进行模拟，分析方案的可行性。还可利用BIM技术的可视化特性，让施工人员了解施工部位和对象。通过作业动画，形象展示施工工艺流程、施工先后顺序、施工工艺细则、操作要点以及质量标准等内容。如接触网腕臂安装流程的形象展示，突出螺栓穿向以及紧固力矩等工艺要求，还可展示高压电缆头的制作流程，电缆分层拨开的流程和绑扎工艺等[2]。

3.4 基于点云技术的施工预配及物资管理

采用激光扫描技术获取隧道点云数据，保证土建参照模型与现场一致性、真实性，实现基于点云数据的快速建模，模型精度满足指导预配施工的要求。如接触网锚栓的预配，传统施工在接收到设计图纸后可根据施工图纸订货锚栓的40%～50%，通过基于点云技术的BIM应用，根据试验区间接触网锚栓数据分析，准确率可达到95%，点云数据与实测数据的对比如表1所示。

另外，将接触网腕臂、吊弦预制管理整合至平台中，实现测量、计算及预制全流程管理。平台记录测量数据和计算结果，将信息整合至模型中便于后期查询。把预制成品纳入物资管理中，统一进行出入库管理，并与进度计划管理相结合，提醒施工人员及时安排安装进度。同时，也可结合二维码技术，便于查询安装的相关信息。通过BIM平台与物资管理系统的数据互通，实现物资信息共享，便于各部门实时掌握库存情况，进行完整的领料流程管理，物资、技术相关部门通过平台进行领料计划的审批，结合施工计划和领料计划，建立工序与材料的关联关系，达到按需领料、限额供料的目的。

3.5 技术变更管理

在施工过程中，技术人员可通过BIM平台申请技术变更，可以直接采集问题部位的照片或者视频，上传至平台并建立与模型的关联关系，技术负责人可通过平台直观查看问题位置、类型和影响范围，避免反复到现场查看。通过实际施工成果与设计模型的对比分析，准确掌握变更的相关资料，有效避免变更遗漏，提高项目经济管理水平。

3.6 进度和质量管理

通过施工任务的分解与BIM模型的结合，可对施工计划进行三维动态模拟，对工程进度进行数字预演。在铁路四电施工过程中，通过将作业票与现场实际进度完成情况反馈至BIM模型，与计划进行对比、分析及纠偏，实现施工进度控制管理，并能够生成各类施工报表，为项目、公司两级业务部门提供工程量信息。另外，通过进度管理与公司调度生产中心相结合，实现施工计划的申请、批复和执行的全流程记录，最终达到调度报表实时填报、分级查询及信息互通的目的。质量管理方面，问题整合、上报、整改及记录等环节，从违规违章、不定期巡检、工程质量事故及检验批等方面预制质量问题模板，当发现或得知问题时，通过BIM平台创建质量问题，启动质量问题处理流程，并跟踪和记录问题的处理过程，保证质量问题的闭环管理。

表1 点云数据与实测数据对比

3.7 上道作业安全管理

上道人员的管理范围主要包括基于人脸识别的考勤管理、违规管理及技能管理。将所有管理及作业人员信息录入项目管理平台中。根据上道作业计划，结合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。并通过人员定位数据，结合机械、设备的定位数据、速度数据，对施工人员与危险源的距离进行预判，并提前给出预警，利用管理平台基于BIM模型的培训和仿真操作功能，在上道作业前对施工人员进行安全培训，利用VR、漫游仿真等手段辅助施工人员提前熟悉作业环境，发现潜在的安全问题。同时，基于BIM模型及接入大型机械设备定位数据，实现大型机械设备实时位置、状态的可视化监测，提高现场施工的安全管理水平。

4 结语

综上所述，随着铁路建设的高速发展，以BIM技术为代表的信息化手段，将得到大力的推广和应用。随着铁路站前桥梁、路基等专业BIM正向设计的发展和进展情况，站后四电工程的施工管理也必将进入新的管理模式。随着中国铁路BIM联盟IFC存储标准的进一步完善，以及本文所述的BIM技术在铁路四电施工中的解决方案，必将为BIM技术在铁路建设全生命周期的管理奠定坚实的基础。