城市轨道交通动力照明设计中BIM技术应用分析

张晴雪 刘 琴 虞鸿基 唐鹏程 赵黎明 傅兆隆

（1.北方国际合作股份有限公司，北京 100040；2.南京国电南自轨道交通工程有限公司，江苏南京 210032）

城市轨道交通建设已经成为一个大型城市基础设施项目，大幅度缓解了城市交通堵塞、减少空气污染和提高出行效率。交通便利的同时也带来了大量能源的消耗问题。

以德黑兰地铁项目为例，德黑兰是一个大都市，对地铁供电系统的稳定性和持续性有严格要求。为了进一步节约能源，提升地铁项目整体的安全性，在城市轨道交通动力照明设计中引入了BIM技术，实现节能减排、优化用电质量以及提高供电可靠性的重要目标。

BIM技术当前在我国的轨道交通中已经有了较为成功的应用范例，并且逐渐融入更多的轨道交融项目设计中，通过轨道交通构建的实物化和数字化，有效地提高了设计和施工环节的效率，保证了工程项目的质量。但BIM技术在城市轨道交通动力照明中的应用目前还存在不足，为了进一步促进城市轨道交通的安全高效，深入探讨BIM技术在轨道交通动力照明设计方面的应用，分析优劣，抓住技术应用要点，解决现存的问题。

1 城市轨道交通动力照明系统

城市轨道交通动力照明系统如图1所示。

图1 城市轨道交通动力照明系统

由图1可知，动力照明专业上接供电专业，下接各专业的电源系统和最终的负载设备。轨道交通动力照明系统是供电系统的一部分，一般指提供车站和区间的400 V供电系统，通过降压变电所馈出的400 V电源，供车站和区间的动力和照明。

2 配电照明的要求

2.1 城市轨道交通应急照明

应急照明设计的目的在于保证车站在故障状态下的正常供电。在车站站厅中应急照明电源有两套，分别在站厅AB两端，使用EPS装置作为电源。在工作过程中，照明使用的是变电站提供的交流电，蓄电池的状态保持浮充，用于应急照明[1]。

2.2 城市轨道交通站厅及站台的照明

应急照明和工作照明是城市轨道交通站台和站厅照明的重要构成要素。应急照明和工作照明分别设有供电设备，安装在站台两侧的配电室内，保证应急照明以及工作照明的供电。在车站的公共区域可以使用LED灯，满足节约、节能的理念。

3 BIM技术在提高城市轨道交通动力设计效率中的应用

3.1 利用BIM技术解决动力照明专业的设计变更问题

在动力照明的设计过程中，不仅需要考虑照明应用，还要考虑在其上游的扶梯、通信、建筑等方面是否存在提资变化。动力照明设计会受到相关变化（如某一专业的设计调整、建筑底图变化）的影响，导致出图时间延迟。在应用BIM技术的过程中，可以通过协作机制使设计环节在统一的模型中完成，出现变化情况时，动力照明专业能够及时收到通知，不同的专业之间既能够并行设计，又可以交叉合作，减少了返工和遗漏的情况，降低了设计人员工作压力，提高了出图效率，节约了投资成本。

3.2 利用BIM技术对动力照明管线进行设计优化

城市轨道交通的电力系统交错复杂，不仅有通信信号的管线，还有照明管线、变电站等走线，在设计的过程中，基于二维平台进行设计统筹时常会出现错误的管线设计。例如在停车场室外管线埋设的过程中，出图由工作综合管线专业负责，其他专业方负责提资，校对配合依然由综合管线专业完成。在这种工作模式下，不同的专业具有不同的侧重点，综合管线设计的工作人员无法了解所有专业的需求，导致冲突问题。

设计过程中还有可能出现遗漏的情况，内容复杂，往往不能及时发现，直到施工时才被发现，导致施工的工期拖延。将BIM技术应用于管线设计，能够有效优化设计过程。可以利用不同专业的碰撞测试对管线碰撞进行模拟，通过得到的报告配合设计工作。设计动力照明的过程中，先根据不同专业的提资确定配电线缆设计，确定线缆的基本走向、规格、套管形式等内容，有效发挥BIM技术在城市轨道交通的良好作用。BIM技术的应用不仅在设计阶段对管线问题进行了处理，同时通过共享预埋管沟达到了节约成本的目的[2]。

4 基于BIM技术的城市轨道交通动力照明设计

现阶段，BIM技术在动力照明专业的应用较为单薄，只涉及车站内桥架和电气设备用房，动力照明还无法有效利用BIM技术达到系统化和数字化的标准。加强对BIM技术应用的研究，提高设计的深度，实现系统化的网络配电，是后续轨道交通电气设计的主要探索方向。

4.1 车站照明的BIM设计

进行车站照明设计时，应对照明平面进行BIM设计，对建筑的空间信息进行整体收集，用一个空间代表一个设备用房，按照相关规定的要求定义设备用房的照度级别，并编辑灯具的类型和属性，包括色温、功率、倾斜角、光线分布等，保证设计符合项目应用的要求。完成上述工作后，可以进行照明平面的设计，将灯具按照要求在房间内布置好，使用Revit软件完成照度明细表的构建，不断进行调节。在这个过程中，需要对空间位置进行全面考虑，保证在地铁站内照明不存在严重的反射，又能满足实际工作的要求，提高照明建设的质量。

照明配电系统的设计需要满足城市轨道交通的实际需求，符合行业规定，合理定义配电制式，同时做好开关、灯具数量、布置形式等内容的安排。设计人员可以使用Revit软件对低压照明配电进行设计，编辑电缆和开关类型等，编辑和绘制的效率更高。

4.2 照明配电设计优势

照明配电具有模拟性，设计人员可以通过BIM技术得到一个三维立体的虚拟光环境，直观发现存在的问题，及时对设计方案进行调整和修改，保证高质量的照明设计。与此同时，能够最大限度保证低配电压资料的精准性，让施工人员对一些关键信息有足够了解，保证施工的科学性。照明设备存在标准性，使用BIM技术的配电照明设计是一种模块化设计，对于照明相关的灯具、外形、发光体等进行统一定义，有利于协同设计的实现。

在以往的设计过程中，每个部门的设计人员只负责自身工作相关的设计任务，这种形式会加大管线碰撞的概率。在使用Revit MEP进行设计的过程中，设计人员能够同时连接其他的设备模型，检查是否存在碰撞情况。开启监视功能的状态下，建筑的标高发生变化时，设计模型会自动示警，保证同步设计的实现。低配电压属于城市轨道交通下游专业，应积极配合其他专业的工作，BIM技术能够满足此要求，提高设计质量和效率，节约环节花费的人力、物力和财力[3]。

4.3 电气配置

Revit软件具有MEP功能，可以对电气参数进行修改，保证符合标准要求。在“MEP配置”中，设置电缆名称、尺寸、负荷分类等需要的参数，软件能够根据以上信息生成并反馈配电回路的信息。在使用Revit软件的过程中，需要注意，Revit软件是一种“外语语言”软件，与我国用户的习惯不完全符合，项目参数方面也有所差别，需要设计人员自己进行修改调整。针对轨道交通项目的实际需要，可以添加电缆编号、工程名称、铺设方式等内容。如果要对项目参数进行新建，应注意使用共享参数，同时对参数的类别进行设置，以便软件生成各类明细数据。

在Revit软件中，有一个概念叫“族”，是构成软件的关键要素，本质上是图元组，以相关图形和通用属性表示。族构建的核心内容是族连接件，能够促进族特性的实现。电气连接件能够对电气族进行负荷特性的设置，在逻辑方面实现电气设备的互相连接，成为一个完整的配电系统，提高电力族库的完善度，凸显BIM技术在设计应用中的优势，保证后续工作的正常进行。城市轨道交通的配电系统包括照明和动力两个部分，车站站厅层的右端是降压变电所，站台的每端都有照明配电室。

4.4 综合管线碰撞

在城市轨道交通中，综合管线的铺设涉及较多专业，包括水、风、电、通信、照明等，在设计过程中存在不可避免的碰撞情况。使用BIM技术可以对通道内存在的不同专业管线进行合理规划，避免碰撞的发生。

5 基于BIM技术的城市轨道交通动力照明设计

在使用BIM技术进行动力照明设计的过程中，虽然存在较多优势，但也暴露出不足。例如Revit软件在使用过程中，本土化程度不强，导致在表达方式上存在较大差异，且与国内行业标准存在差异。在进行检测工作的过程中，不能同时完成多个文件的连接，无法对常见电气材料进行绘制等。BIM技术是在计算机设计的基础上不断发展进化而来，数字可视化程度较高，为照明设计工作提供了便利。在现阶段的应用中，还无法较好地实现数字系统化，还需要加强研究和实践分析[4]。

6 结语

综上所述，目前我国的BIM技术发展尚不完善，在动力照明中的应用还存在一些问题，例如市场需求不足、普及程度不高、设计兼容性不强等。城市轨道交通的设计和施工包含众多领域，工程总量庞大，时间紧，任务重，对于精准性的要求较高，还不能达到完全适应的程度。随着对BIM技术研究深入，BIM在动力照明等领域的应用会逐渐成熟。