BIM技术在于阳大铁路接触网设计中应用

       阳大铁路是指从阳泉北站到大寨之间，途径阳泉市、晋中市的铁路建设项目。新建阳泉北至大寨铁路项目起点位于阳泉市盂县阳泉北站，由石太客专K101+103引出，终点位于晋中市昔阳县大寨村YSK36+900处，线路全长90.669km，其中正线长77.91km，支线长12.759km。以客为主，以货补客，客货兼顾。阳大铁路是铁三院的BIM试点项目。

接触网设计现状

       接触网是电气化铁路系统中的重要环节，包括电气设计、结构设计与机械装配，是一个精细、复杂的系统。传统二维设计以CAD图纸呈现，虽然在设计过程中采用辅助软件提升了设计效率，但在各专业之间，以及与施工单位、业主之间的配合和交流中存在以下缺点。

       (1)接触网平面设计中，设备设施通常采用简化的图形符号和线条进行标识，与实际情况相差甚远，不利于直观表达。

       (2)接触网专业与其他专业接口较多，二维CAD成果只能展示本专业的设计内容，不能清晰表达与各专业间的详细配合，现场施工过程中易出现碰撞冲突情况，造成返工和损失。

       (3)接触网平面二维图纸的设计参数不能涵盖线路的实际情况，对情况复杂的工点，需要设计人员进行现场勘测确定设计方案，可能出现安装图不适用的情况。

       BIM技术以3D技术为基础，集成建筑工程项目各种相关的工程数据模型，是对工程项目相关信息详尽的数字化表达。BIM技术可将工程信息内容利用三维模型进行立体直观表达，并赋予设备属性;利用多专业协同设计平台，实时展现各专业的设计内容，避免专业间的“差、错、漏、碰”，BIM技术的诸多优点能有效改善传统设计中的缺陷。随着我国铁路工程向低碳、环保、节能、可持续的方向发展，BIM技术应用于铁路接触网全生命周期是一大趋势。

       四电IFC标准及软件

       现有国内外BIM标准基本用于建筑行业，并不涵盖铁路行业，因此需要制定一套完整的标准体系，在铁路工程中实现BIM应用的标准化。2013年5月，中国铁路总公司正式启动“铁路工程建设和信息化关键技术研究”等科研项目，包括BIM技术运用于铁路设计、施工、运维各阶段。2015年12月，由铁三院牵头编制，铁路BIM联盟发布《铁路工程信息模型数据存储标准(1.0版)》，主要涵盖铁路站前各专业领域;2016年7月，由铁一院牵头编制，铁路BIM联盟发布《铁路四电工程信息模型数据存储标准》，主要涵盖铁路通信、信号、电力变电、接触网4个专业领域。

       IFC标准对BIM模型数据存储格式、语义扩展方式、数据访问方法、一致性测试进行规范，同时对实现BIM模型属性的加载及工程算量提供标准。铁路四电IFC标准体系的建立和完善是一项长期工作，需要与试点项目进行实践验证。

       Bentley软件在工厂设计(石油、化工、电力、医药等)和基础设施(道路、桥梁、市政、水利等)领域具有一定优势，在接触网设计方面也具有其独特优点：

       (1)二维设计和三维设计是在Microstation平台上进行，实现了一个平台、一个模型、一个数据架构。

       (2)软件内部设置了接触网部件库，能够自动绘制平面和横断面图，以及交付施工的数据和材料明细表。

       (3)具有面向对象的参数化创建工具，可实现智能的对象关联、参数化建模等，并实现二维图与三维模型的智能联动。

       但Bentley软件在应用细节上不够精确，对我国本土化的接触网设计有待加强。其对接触网的某一局部工点(如车站)的设计可满足要求，但对长大线路设计还需进一步研发拓展。

       达索系统的CATIA软件在航空航天、汽车、建筑设计领域有着广泛应用，针对铁路行业采用BIM技术设计特点，提供良好平台，同时实现铁路多专业的协同设计要求。CATIA软件的主要优点如下：

       (1)在对工程项目全过程中产生的各类信息(如三维模型、图纸、合同、文档等)进行集中管理的基础上，数据管理平台ENOVIA为项目团队提供信息交流和协同工作环境，对项目中的数据存储、沟通交流、进度计划、质量监控、成本控制等实行统一的协作管理。

       (2)实体和曲面能够交互操作，具有强大的建模能力和模型库，满足接触网设计要求，提供智能化的树结构，用户可方便快捷地对模型进行重复修改。

       (3)基于骨架联动思想，各专业之间有了紧密联系，当上序专业骨架更改后，相关专业的骨架和设计内容能够联动修改，大幅提高设计效率。

       BIM应用

       阳大铁路是铁三院的BIM试点项目。选择达索系统的CATIA软件作为BIM设计平台，基于CATIA软件平台采用BIM技术，对接触网专业进行设计的流程主要包括：三维模型建立、上下序信息确认、骨架设计、接触网设备模型布置、设计验证和设计发布等。接触网设备沿线路的架设与桥梁、隧道等密切相关，参考线路专业发布的线路中心线、桥梁专业发布的墩台信息和隧道专业发布的隧道轮廓信息等，利用CATIA软件的Knowledge Pattern进行接触网骨架的生成。

       基于CATIA软件平台采用BIM技术的接触网设计能够直观表达接触网设施与桥梁、路基等设施的详细状况，与传统二维设计相比更加直观、精确，对接触网设备位置及型号选择意义重大。

阳大铁路三郊特大桥接触网布置

       接触网支柱与桥梁干涉、与声屏障干涉碰撞现象时有发生。二维设计中，接触网专业向桥梁专业提供接触网支柱预留位置，但桥梁墩台由桥梁专业自行设计，在实际施工中出现预留基础距桥边缘过近，出现接触网支柱与桥梁冲突现象;声屏障与线路中心线的距离根据设计者经验得出，因此接触网支柱与声屏障干涉碰撞时有发生。

接触网支柱与桥梁干涉

接触网支柱与声屏障干涉碰撞

       采用BIM设计可快速、清晰发现各专业间的碰撞冲突问题，为专业间的协同配合、设计更改提供极大便利，同时减少施工过程中的返工和损失。

       存在问题

       阳大铁路全线采用BIM技术，基于CATIA软件平台进行多专业协同设计，初步形成一套设计流程。但BIM技术应用于铁路工程设计处于起步阶段，存在以下问题：

       (1)专业标准未成熟。虽然制定了铁路四电工程信息模型数据存储标准，但在实践中还需进一步完善。

       (2)专业软件的应用处于起步阶段。虽然CATIA软件的基础功能强大，但在使用中其操作比较繁琐，效率相对不高。

       (3)CATIA软件内部没有接触网专业对应的零件模板库。采用BIM设计时，需要设计人员根据标准图纸进行建模积累。

       (4)缺少铁路行业设计专用模块。

       结束语

       JIESHUYUBIM技术在各行业的快速发展、优势与作用将愈加明显，其在铁路工程中的应用推广势在必行。由于铁路行业具有专业较多、工作体量庞大、各专业间协同配合较多等特点，目前没有成熟的应用软件平台，设计院和施工单位处于软件平台应用尝试阶段。在中国铁路总公司大力推动及各单位的大力投入下，通过对铁路BIM技术的探索和研究，BIM技术必将成熟运用于铁路工程设计中。