BIM技术在高速铁路接触网工程中的应用探究

郑兴

摘 要：高速铁路是交通网络的重要组成，而接触网主要负责高速铁路沿线为机车供电，如果其停电或者与高铁列车之间的衔接不良，会给高速铁路供电造成影响。在设计和施工阶段要严格按照高铁运行需求，保证接触网符合要求，在这一过程中，BIM技术发挥着重要的作用。为研究BIM技术在高速铁路接触网工程中的应用，文章基于笔者在中铁建电气化局集团南方工程有限公司的多年工作经验，在理论结合实际的前提下展开铁路沿线上空架设高性能接触网系统运行工程探讨，系统阐述电力机车供电输电线路稳定性和高铁列车运行系统性，为BIM技术在建筑行业革命性运用和突破式发展提供新的驱动力，供相关专业人士参考。

关键词：BIM技术;高速铁路;接触网;工程

中图分类号：U225;TP39 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2021）11-074-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.11.025

高速铁路是重要的交通设施之一，运行速度很快，保证其安全运行离不开接触网的作用与支持。多维导向下的经济与技术发展带来了生产效率的提高，而在高速铁路建设过程中需要建筑工程、材料力学和电学等多方面的配合，在应用和理论领域，协调发展以促进接触网工程的建设和运行水平[1]。

1 BIM技术及其功能

BIM技术属于传统建筑工程学科绘图与信息工程结合类分支，是当前最流行的营建领域实用科学。该技术能在传统3D建模程序中迭代大量有用信息，更好地适应于工程设计、施工、管理等方面多任务框架，是一种科学而可用的数据化辅助工具。

而在高铁建设领域，该技术能将项目的线路构型和其他固定设施进行融合，在高精尖的三维模型搭建完毕后，将内置信息贯彻于项目设计、施工、运维等各种环节，方便不同工种不同施工阶段的调运和决策。

随着工程的推进和其他维护性工作的进行，相关的设备信息和构件数据需要以数据库的形式动态更新，帮助管理者和共享数据调用客户的方便快捷预判。在项目管理中，特别是国际项目交涉领域，其协调合作和在线协商尤为重要，基于此，能充分凸显BIM技术的长处并在多维应用场景下拓展其辐射面和功能性，实现思维共享、业务共创和风险共担[2]。

1.1 深入理解式可视化

项目建设的各种环节需要不同工种和部门的人员进行协调，而不同知识领域的人员对其他业务理解能力有限，甚至无法读懂复杂图纸，因此，运用较为简便的可视化方法就能在极易简便的状态最快速地进行技术交互与探讨协作。

1.2 数字模拟化

不同工況下的运行及不同方案下的整体优化都会对电力系统或者机械设备的耐久性、容错性和使用寿命产生影响，而运用数字模拟能在各种因素干扰下完善性结果论述，甚至以权重的方式进行不同方案的打分性判定，形成最优解[3]。

1.3 协同办公与归并管理

依托不同业务部门的数据库和显现3D模型，在系统流前提下开展不同项目过程额流水线化运作，在将不同分界线任务进行归并，做到协同办公与优化解决，提高工作效率。

1.4 良好的监督模式

综合管理需要以质量工程领域进行系统化操作，而良好的监督需要建立在明显的业务范畴和较为显现的工作业绩状态下，以考核与工作流程化运营的不同模式能全过程监管工程质量，并把施工成本降至最低。

1.5 BIM技术的拓展

第一，模型集成。在应用BIM技术的过程中，其基本特征是模型的集成，不仅量化收集到的基础信息，而且对应用的内容进行综合分析，建立技术细节信息模型。建立的信息模型可以捕捉项目，在综合模型上标出涉及的各个组件和组件的相对位置[4]。详细输入系统的具体应用特点，并借助建立模型，通过动态仿真和物理信息处理分析设计结果。

第二，参数处理。BIM技术在接触网应用过程中具有参数处理功能工程部创建基础数据库。在数据库的内容中，量化参数非常重要，具体应用中将考虑以下应用内容：首先，采集的参数信息必须与建立3D模型的相关参数保持强对抗性，即推动设计模型的应用和加工，并加快错误修复，改进系统内容具有积极影响;其次，在应用收集到的数据以方便数据需求时，应标注数据参数，提升参数内容的使用价值，为后续工作的顺利开展奠定基础。

第三，信息交流。BIM技术是一种综合应用技术，在实践中，它包括大数据技术、数字技术等多种技术，在特定的应用程序中可以交换信息[5]。在控制指令技术建模过程中，设计者可以依靠模型存储方式将建筑结构涉及的参数信息整合到数据库中。

2 高速铁路接触网工程中BIM技术的应用

高铁接触网工程设计阶段十分重要，主要是接触网线路复杂，安全性要求高，还要保证节能环保，所以是一项系统性和集成性的工程，更要保证设计方案的优良水平。在设计工作中，主要包括结构设计、消防系统、三维设计、整体检查等内容，而BIM技术的应用主要体现在以下几方面。

2.1 参数化建模

接触网工程包括支柱技术、定位设备、接触网技术等多种应用，其空间结构繁琐，学科门类繁多。基于BIM技术的设计是参数化建模的主要任务，结构设计是整个设计工作的基础，依赖于该技术协同性特征的实现。因此，要发挥BIM系统的协同效果，借助该技术可以收集接触系统、支撑系统等的动力支持条件，借助系统本身的检查功能进行动力回路检查。在此期间，如果动力条件出现变化，接触系统也会自动调整，实现全程自动化，不需要人力干预，进而提高效率[1]。

从接触网施工中的基本组成部分考虑，高铁应用的接触网结构比较简单，有接触悬挂、基础、支柱等，每个结构都承担着不同的重任，联系到一起形成总结构，并稳定为高铁供电。这些结构内容在实践中会涉及大量系统图、剖面图、施工总括图等，利用该技术支持集成和整合各种图纸，不仅包括数据，而且包括图像信息，在绘图软件中进行启闭。通过汇总上述内容信息构建三维立体模型，向工作人员直观地展示施工方案，发展、优化并调整其中的难点和关键点，进一步确保施工质量[2]。

在具体应用过程中要注意以下几点：首先，建立3D模型零件库，在悬链线项目的运营过程中，使用了许多建筑构件。基于BIM技术可进行三维建模，输入不同的构件参数，改进新工艺装置的参数，增加参数化应用的价值。其次，进行视觉安装，基于BIM技术的优势，对装配过程进行模拟，明确装配过程，合理布置节点参数，得到可靠的数据分析结果。

2.2 结构冲击试验

悬链线项目工作流程包括大量应用内容和方法专业知识，在设计阶段分成几个部分，由不同部门填写，很容易造成设计冲突。利用BIM技术，根据冲击试验模拟的结果，确定冲击试验，评价设计应用过程的合理性。例如，在悬链线柱与道路的碰撞试验中，可以将结构模型参数输入具体模型，通过数据对比调整设计参数，使其更具科学性和实用性。

2.3 模拟处理

悬链线高铁项目中，施工路线和施工内容难度较大，在实际应用中可以利用BIM技术完成仿真过程，测试弹簧悬架与受电弓的关系、偏载偏差、柱承载能力[4]。搭建好支撑系统之后，利用特定软件可以调整负荷内容，采取三相平衡的方式，保证整体的供电质量。例如，设计高铁列车内的照明系统时，设计人员要严格按照施工要求并考虑高铁的运行需求例如节能、环保等，合理设计，优化布置，保证符合规范要求，提高设计质量。借助BIM技术计算预计出发时间，如果该值超过安全值并满足传输网络安全要求，则使用相关数据内容，并将其作为项目中使用的数据。否则，需要继续实验，直到获得最佳参数组合。

2.4 工程量测算及测绘

借助BIM技术建立悬链线工程模型，BIM技术的软件功能可以执行工程量的全过程，并可以生成系统应用的单元号，节省了成本计算时间，降低了工程量的容错性，提高了设计内容的应用效率。在成本分析中，将在精细化管理模型的基础上，细化应用内容，明确不同构建环节的成本以及后续成本管理的依据。配套图纸为通用应用图、工程图、装配图，借助BIM技术可以对其进行渲染，改进内容检测，显示三维图形，为其他任务奠定基础[5]。

另外，要进行三维碰撞检查，尤其是严格检查弱电和强电的碰撞点，联系现场施工要求，确定碰撞点的安全可靠性。上述内容依靠传统的二维设计方法难以实现，或需要消耗大量资源，而应用BIM技术，支持这些操作快速完成，且消耗资源量较少，还可以节约成本。

2.5 技术说明

高速铁路接触网工程在运营过程中，技术资料的质量直接影响施工过程的有序性。从具体应用过程看，可以利用BIM技术可视化应用的优势，通过动画、虚拟现实等技术展现内容。注重施工可建立技术要求公开数据库，根据数据库对施工人员进行评价，使施工人员清楚了解设计图纸上标注的内容，直观的App布局进行模拟一些有利于施工的关键设备和具体章节，及时查找施工方案中遗漏的部分，提前对施工过程内容进行分类，营造良好的工作环境[3]。

2.6 项目管理

在项目工作管理过程中，BIM技术的应用体现在以下几个方面：施工单位借助建立的三维模型，执行储备设计，避免预约失误和大概率冲突。施工过程中，如在申请中发现问题，可直接在模型上标注，相应内容可直接输入施工单位进一步处理。

3 高速铁路接触网工程中应用BIM技术的注意事项

为构建系统性工作流，让每个部分效率最高、容错性最低，并在高速铁路接触网工程中最大化发挥技术优势，将设计与管理工作协同性开发，多维运行人员要注意高速铁路接触网工程的技术特性。

3.1 人力资源组织

施工现场的人力资源组织关系到不同业务部门的配合与现场施工安全的保障，BIM技术的运用需要现场高频次的数据采集，并通过自动化设备进行数据的记录与共享，所有人员都可能从该技术软件中获取信息，并展开设计、管理、施工等操作，这些人员来自不同项目部甚至分公司，具体工作时间无法协调一致。对此，要提前确定BIM技术负责人并保证其具有完全领导权，负责协调落实参与人员的时间，保证具体工作的有序开展。现场人员与后台人员的权重应该匹配，项目设计方、施工方等各个参建方之间的数据要实现同步共享，保障不同施工环节的工作时间和效率。

3.2 避免和生产脱节

建模和實践存在一定的差距，多维导向下的细节性建模通常需要现场人员的三轮论证，由于不同元件和附属线路存在的差异，BIM技术在高铁接触网中会导致项目期间阶段性成果的失败或核算结果差距过大。所以，提升模型实用性至关重要，要保证该技术应用期间生成的模型、参数等要与实际施工数据保持一致，避免脱离实际导致最终无法使用。这意味着设计人员与施工人员要积极沟通，避免出现技术应用与施工两条线的问题，强化施工人员与技术人员之间的互动交流，保证该技术的实效性。

3.3 科学控制施工流程

接触网工程的施工流程比较复杂，要与其他工程配合，要求施工人员精确控制施工流程，准确传递信息，以保证各个环节的有效衔接。该技术的利用可以使用特殊软件，加上数据库的支持，快速绘制施工平面图，保证给出的系统图数据具有较高的准确度，同时，这个过程中可以发挥技术的自动化处理功能。

在接触网施工的整体工作流程控制中，要建立数据库，设定相应的分类和属性，以便于为系统图服务，帮助工作人员更好地把握每个环节的数据传输操作，为准确分析各个阶段的施工内容提供支持，有效控制施工进度。

4 结语

高速铁路接触网工程需要建筑工程和电力科学的双重结合，BIM技术可以集合建筑信息数据，从勘察、设计、施工、运行等阶段的所有数据入手集成，建立起目标建筑的三维模型信息数据库，借助模型的打造，提高了建筑信息的集成化水平，进而指导建筑工程的科学进行。

在真实施工环境下，高速铁路接触网工程项目数据构型庞大而复杂，借助BIM技术的可视化和参数化优势可以提高道路设计效率，通过碰撞试验和仿真，优化车票设计，满足道路设计的安全性和可靠性。在接触网安装实施阶段，采用BIM技术进行设计施工方案交底，负责接触网的安装施工、施工质量和施工管理改进。改进BIM技术服务于接触网设计和施工中产生的大量数据的有效集成和传输，数字化竣工交付将施工阶段的数据无缝传输至运维阶段，为实现智能运维奠定了基础。

参考文献

[1] 刘红良，王万齐，王辉麟，等.BIM技术在高速铁路接触网工程中的应用研究[J].铁路计算机应用，2019，28（6）：54-58.

[2] 邓梦.BIM技术在高速铁路接触网工程应用[J].电子技术与软件工程，2021（9）：193-194.

[3] 黄鑫，鲁小兵.BIM技术在400km/h高速铁路接触网工程中的应用[J].高速铁路技术，2021，12（5）：102-106.

[4] 谈敦龙.BIM技术在高速铁路接触网工程中的应用研究[J].智能城市，2020，6（24）：109-110.

[5] 胡峰.BIM技术在高速铁路接触网工程中的应用研究[J].城镇建设，2019（8）：103.