2019年7月13日，鄭萬(wàn)鐵路河南段全線變電所受電啟動(dòng)吳晗攝

12月，一系列新建高鐵線陸續(xù)開(kāi)通，中國(guó)高鐵里程將達(dá)到3.5萬(wàn)公里，高居世界榜首。“我國(guó)高鐵建造技術(shù)正不斷邁向智能化、信息化。12月1日開(kāi)通的鄭(州)萬(wàn)(州)高鐵鄭州至襄陽(yáng)段，四電建設(shè)第一次全部用上了建筑信息模型(BIM)技術(shù)。”中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)(原鐵總，以下簡(jiǎn)稱(chēng)國(guó)鐵集團(tuán))工程管理中心專(zhuān)家說(shuō)，這在世界高鐵建設(shè)上也是首次。

四電，即電力、電氣化、信號(hào)和通信，是高鐵的動(dòng)力和大腦中樞，由沿線無(wú)數(shù)變電站與信號(hào)樓串成。

高鐵“大腦”中樞一直滯后

2015年，伴隨著持續(xù)進(jìn)行的中國(guó)高鐵建設(shè)，國(guó)鐵集團(tuán)提出了建設(shè)信息化、智能化。

動(dòng)車(chē)、線下工程和站房等，因技術(shù)較成熟，先后加大了信息智能化步伐。“作為高鐵的動(dòng)力及大腦工程，四電智能化建造一直滯后，長(zhǎng)期都是以二維平面設(shè)計(jì)圖為主，引進(jìn)BIM技術(shù)迫在眉睫。”中鐵電氣化局三公司副總工程師劉冰瑞說(shuō)。

建筑信息模型(Building Information Modeling)是建筑學(xué)、工程學(xué)及土木工程的新工具，二十多年前從歐美發(fā)端。其核心是通過(guò)建立虛擬的建筑工程三維模型，利用數(shù)字化技術(shù)，為這個(gè)模型提供完整的、與實(shí)際情況一致的建筑工程信息庫(kù)。

“由于BIM技術(shù)發(fā)端于建筑行業(yè)，軟件操作命令也是滿足土建及相關(guān)配套工程，有現(xiàn)成的樓板、梁、柱、屋頂模型命令，建模非常方便。”劉冰瑞說(shuō)，而對(duì)于線性結(jié)構(gòu)的建設(shè)，BIM建模幾乎為零。高鐵四電是典型的線性基礎(chǔ)設(shè)施，而中國(guó)高鐵建設(shè)要實(shí)現(xiàn)智能化、信息化，四電建設(shè)必須跟上。2016年，在國(guó)鐵集團(tuán)的支持下，中鐵電氣化局立項(xiàng)重大科研計(jì)劃“BIM技術(shù)在規(guī)范牽引變電設(shè)計(jì)、施工中的應(yīng)用研究”，由劉冰瑞領(lǐng)銜BIM課題小組研發(fā)。

三年建起2600余個(gè)BIM族庫(kù)文件

一條長(zhǎng)達(dá)上千公里的高鐵，平均每50公里必須配備一個(gè)變電所，每隔3公里就有一個(gè)基站、箱變或者中繼站，為往來(lái)動(dòng)車(chē)提供牽引動(dòng)力及通信信號(hào)。

“基礎(chǔ)制作、金屬構(gòu)件組立、設(shè)備安裝、接地制作、電纜敷設(shè)等，每一個(gè)變電所內(nèi)，各類(lèi)構(gòu)件紛繁復(fù)雜，數(shù)量動(dòng)輒以萬(wàn)計(jì)。”劉冰瑞說(shuō)，這些構(gòu)件與房建專(zhuān)業(yè)差異太大，要想實(shí)現(xiàn)高鐵四電建設(shè)智能化、信息化，只能在逐漸應(yīng)用過(guò)程中，進(jìn)行軟件的二次開(kāi)發(fā)。

“建模面臨的首要問(wèn)題就是采集模型，建立一個(gè)龐大的信息族庫(kù)。”劉冰瑞說(shuō)，為給每一個(gè)構(gòu)件建立隨工程進(jìn)展而同步生長(zhǎng)的數(shù)字模型，團(tuán)隊(duì)夜以繼日深入現(xiàn)場(chǎng)，逐個(gè)模型進(jìn)行方案推敲，對(duì)比、溝通、虛擬驗(yàn)收、現(xiàn)場(chǎng)反饋，最終確定，僅一個(gè)饋線模型就做了5個(gè)版本，從最初方案溝通到最終方案確定時(shí)間長(zhǎng)達(dá)5個(gè)月，貫穿整個(gè)施工前期，而一個(gè)饋線模型僅占整個(gè)變電所BIM工程約5%的工作量。

“自建完成的族庫(kù)分為電力族庫(kù)、變電族庫(kù)和軌道交通供變電族庫(kù)，通訊、信號(hào)、接觸網(wǎng)族庫(kù)，地鐵風(fēng)水電專(zhuān)業(yè)也建立了族庫(kù)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，共計(jì)2600個(gè)左右的族文件。這個(gè)數(shù)字還在不斷增長(zhǎng)。”劉冰瑞說(shuō)。

3年多，歷經(jīng)日蘭高鐵、昌贛高鐵及鄭州地鐵等多條在建線路的實(shí)踐，“BIM技術(shù)在規(guī)范牽引變電設(shè)計(jì)、施工中的應(yīng)用研究”現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用方法日趨完善。

補(bǔ)齊“數(shù)字鄭萬(wàn)”建設(shè)短板

2018年12月19日，“BIM技術(shù)在規(guī)范牽引變電設(shè)計(jì)、施工中的應(yīng)用研究”課題通過(guò)專(zhuān)家評(píng)審，評(píng)審認(rèn)為，課題關(guān)鍵技術(shù)達(dá)到了“引入BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)牽引變電所可視化溝通”的目標(biāo)，完成了齊全的電力變電專(zhuān)業(yè)BIM模型、電力標(biāo)準(zhǔn)族庫(kù)，并總結(jié)出一套適用于電氣化施工的BIM應(yīng)用方法，技術(shù)世界領(lǐng)先。

今年3月30日，采用“BIM技術(shù)在規(guī)范牽引變電設(shè)計(jì)、施工中的應(yīng)用研究”課題技術(shù)建設(shè)的首個(gè)變配電所在日蘭高鐵魯南段完成。隨后，BIM技術(shù)開(kāi)始在鄭萬(wàn)高鐵四電大規(guī)模應(yīng)用。

電纜頭、網(wǎng)柵、防靜電地板，鋁合金走線架……變電所內(nèi)諸多裝備令人眼花繚亂。“以前安裝要用二維圖紙，技術(shù)員要對(duì)工人進(jìn)行前期培訓(xùn)，返工是常態(tài)。”在鄭萬(wàn)高鐵南陽(yáng)南變電所，線路施工分部的總工程師張?bào)w鑫回憶說(shuō)。建設(shè)期間，每個(gè)安裝技術(shù)細(xì)節(jié)都形成二維碼，一線工人用手機(jī)掃碼，按立體透視圖照做即可，簡(jiǎn)單直接，把改動(dòng)都放在BIM建模期間，使現(xiàn)場(chǎng)一次安裝到位，既降低建設(shè)成本，又保證了安裝的精準(zhǔn)和后期運(yùn)維的信息化、標(biāo)準(zhǔn)化。

“BIM技術(shù)在規(guī)范牽引變電設(shè)計(jì)、施工中的應(yīng)用研究”的成果，補(bǔ)齊了“數(shù)字鄭萬(wàn)(高鐵)”建設(shè)的短板，成為今后鐵路四電建設(shè)的示范。

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