基于数据驱动的铁路信号BIM设计技术研究陈玉泉

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基于数据驱动的铁路信号BIM设计技术研究陈玉泉
发布时间:2022-11-27T06:56:52.733Z 来源:《建筑模拟》2022年第14期作者:陈玉泉刘登兰健
[导读] 随着国家大力发展数字经济,信息化变革日新月异,为传统建筑行业带来新的驱动力。

BIM技术涵盖先进的设计理念和全生命周期的项目信息管理,应用范围逐步由单个工点向全线工程、由部分专业向全专业展开,设计手段由最初的翻模向正向设计转变,在铁路工程设计、施工、运维阶段需求应用与日俱增。

对市场现有BIM软件进行综合比较,并结合铁路信号专业的特点,提出BIM技术在铁路信号领域的应用思路,开展系列应用;基于BIM的框架结构,并分析其相对原有技术的优化点,进一步推动铁路行业BIM技术的广泛应用。

基于此,本篇文章对数据驱动的铁路信号BIM设计技术进行研究,以供参考。

陈玉泉刘登兰健
中铁通信信号勘测设计院有限公司
摘要:随着国家大力发展数字经济,信息化变革日新月异,为传统建筑行业带来新的驱动力。

BIM技术涵盖先进的设计理念和全生命周期的项目信息管理,应用范围逐步由单个工点向全线工程、由部分专业向全专业展开,设计手段由最初的翻模向正向设计转变,在铁路工程设计、施工、运维阶段需求应用与日俱增。

对市场现有BIM软件进行综合比较,并结合铁路信号专业的特点,提出BIM技术在铁路信号领域的应用思路,开展系列应用;基于BIM的框架结构,并分析其相对原有技术的优化点,进一步推动铁路行业BIM技术的广泛应用。

基于此,本篇文章对数据驱动的铁路信号BIM设计技术进行研究,以供参考。

关键词:数据驱动;铁路信号;BIM设计技术;应用分析
引言
BIM即建筑信息化模型。

建筑信息化模型(BIM)以三维数字技术模型为基础,将工程信息的各种数据集合成工程数模型,美国国家标准对BIM的解释为工程建设项目整个生命周期的一切信息的数字化表达,将一维的命周期工程数据模型转化为三维设计参数模型,为所有参与方提供高效、可靠的决策根据,促使各参与方高效、协同、一体化地实现建设作业。

铁路建设是一项复杂的系统工程,具有工程规模大、技术标准高、质量要求严等特点,铁路建设项目管理信息化以BIM技术为支撑,从以业主为主导的多方协同管理的角度出发,可改变建设项目各参与方的交互方式,实现提高工程建设效率、降低工程建设成本、保障工程建设安全、提升建设项目质量的多目标管理。

1 铁路信号工程设计现状
铁路信号工程设计目前主要采用Auto CAD绘图软件,通过人工操作计算机绘图或采用计算机辅助设计软件实现自动/半自动绘图,最终输出的成果均为二维。

在专业接口管理方面也只能采用“纸上谈兵”的形式进行沟通和检查。

铁路信号工程设计目前主要存在的问题有:
(1)设计图表现形式单一、不直观,相关设备只能采用图形符号形式代替。

(2)室外电缆径路设计不精确,二维设计无法准确把握电缆沟槽位置、过轨地点,导致电缆长度不准确。

(3)室外设备安装定位不能有效检查设备是否有侵入建筑限界的风险;站前专业预留安装空间是否满足。

(4)室内设备布置设计专业间协调性不足,主要存在信号专业机柜与机房空调距离不足、预留孔洞位置或尺寸不合适、照明灯具位置不合适等问题。

2 BIM技术相关特点
1)可视化。

BIM技术可视化特点主要表现为其能够实现三维化输出,将复杂的工程图纸统一表达,可以更加直观且准确地将工程项目构造以及形态信息有效表达出来,不仅能够节约人工成本,而且能在很大程度上提高工程项目信息准确性,对于整个工程项目质量与建设效率提升都起到一定的促进效果。

2)模拟性。

BIM技术在应用过程中还能在三维的角度对整个工程项目建设情况进行模拟,同时模拟施工进度计划、施工过程,还能借助模型计算工程的施工成本、工程量以及对项目进入运营以及保修等多个阶段进行模拟,从而更好地把握整个工程实施情况,做好安全质量的控制与管理。

通过模拟也可以及时发现轨旁设备安装是否有侵入建筑限界的风险。

3)协同性。

BIM技术在应用过程中可通过设计协同将整个工程所有专业的设施设备构建出相应的三维建筑信息模型,同时对各专业的设计情况开展碰撞检查,有效实现接口管理,及时发现问题,优化工程设计方案。

4)可出图性。

考虑到实际工程之中不同参建方对工程项目信息有不一样的需求,在应用BIM技术后可借助于三维信息模型来帮助各个参建方获得自己需要的信息,从而提升整个项目建设的准确性。

3铁路信号系统的特点
铁路信号是保证行车安全、提高运输效率的重要装备,是铁路安全准点运行必不可少的系统设备。

铁路信号系统主要特点有:(1)子系统多。

铁路信号系统主要包括行车调度指挥系统(含TDCS和CTC)、列控系统、闭塞系统、联锁系统、驼峰信号及编组站自动化系统、信号集中监测系统、电源系统以及无线调车机车信号和监控系统、道岔融雪系统、道口信号等其它信号系统。

各子系统相对独立但又相辅相成,相互依赖却又相互制约。

(2)设计接口多。

信号专业与行车、站场、线路、轨道、桥梁、隧道、建筑结构、暖通、牵引供电、电力、通信、灾害监测等专业均有接口,在室外设备安装、电缆敷设、轨道相关电气连接线、设备用房、设备用电、电力牵引防护等方面均需通过专业间相互协调、相互配合才能实现铁路项目整体实施。

4基于数据驱动的铁路信号BIM设计技术研究
4.1数据库技术
以实现信号专业BIM信息化为目标,建立了完整的信号专业数据库,并以核心数据为基础,开发了一系列BIM设计和应用软件。

既有辅助软件设计软件、核心数据库和BIM设计软件,三者是互相关联、动态地构成了一个整体。

创建云平台的关系数据库及处理点、线、面、体等对象的空间数据库,实现设计信息及模型信息的分类处理,提高平台响应时间。

由于铁路专业较多,在数据库设计时,需要考虑各专业间数据一致性,采用云平台的关系数据库,通过现场总线、工业以太网、以太网、无线局域网等,多类型融合的信息传输网络,实现系统间的数据传输。

通过统一访问接口,处理数据信息,实现各专业间数据共享。

针对BIM设计中大量的三维空间信息,创建空间数据库。

空间信息计算时,根据不同的环境,采用最短路径求解,通过有范围查询、最近邻(反向最近邻)、skyline查询、动态道路网下最短路径查询和路径规划等手段快速获得最短路径。

利用空间关键字查询,通过将空间位置与文本结合,查询同时符合空间和语义条件约束的对象,将空间索引与文本索引或位图技术相结合构成混合索引结构,支持同时对空间和文本数据的查询以减少搜索范围。

4.2铁路数字工程技术
铁路数字工程的要求主要包括:(1)属性较为完善,需从设计阶段至施工阶段至运营阶段全过程的属性;(2)部件分解符合IFD、工程分解符合EBS;(3)数字工程的几何属性符合设备真实信息;(4)数字工程的空间位置符合工程的真实信息。

依托试点项目,软件通过分析铁路工程信号专业的实际需求,结合信号专业设备及工程(建筑工程、安装工程)要素,按照数字设备及数字工程两大类生成信号BIM设计成果,初步验证了满足设计期给施工期交付的数字工程信息模型要求和工程建设全生命周期应用需求。

4.3 设计协同平台
根据上述分析,设计协同是做好专业接口管理的重要方向,只有把各专业的设计成果都在同一个平台上展示,采用快速发现,专业间的接口问题。

需要完成的工作主要有:
(1)根据铁路行业的BIM标准框架体系构建设计协同平台
(2)各专业基于铁路行业的BIM标准框架体系完成BIM模型设计。

(3)信号专业还需根据铁路信号安装标准和工艺标准完成设备、器材、安装零部件的标准化库,便于后续设计调用。

(4)开发仿真模拟软件,模拟铁路运营的场景实现“碰撞检测”。

结束语
总而言之,在铁路信号设计过程中,传统设计管理方式明显具有较大局限性,在建筑行业信息化技术不断发展的时代背景之下,BIM 技术受到的关注度也在不断提升,将其应用于铁路信号设计管理之中能够起到良好的管理效果,有效解决传统信号设计管理工作中存在的各个专业无法有效沟通与配合的局限性,同时对整个工程项目建设起到信息化、可视化管理的效果,从而最大程度保障信号设计质量信息的完整性与准确性促进工程项目信号设计质量得到提升。

参考文献:
[1]李刚,卢佩玲.基于数据驱动的高速铁路信号智能运维技术研究[J].铁道运输与经济,2020,43(10):61-67.
[2]习家宁.BIM技术在铁路通信信号室内施工的应用分析[J].科技创新与应用,2020,11(21):131-133.。

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