程 芮

（中鐵十局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

1 工程概況

新建濟(jì)南至青島高速鐵路位于山東半島，線路西起山東省會(huì)濟(jì)南市，自濟(jì)南東客站引出，沿既有膠濟(jì)鐵路通道北側(cè)向東，經(jīng)濱州、淄博、濰坊，東至青島市，引入青島樞紐紅島站，正線全長約307.93 km，全線新建車站10座，其中濟(jì)南東客站、紅島站為始發(fā)站，對(duì)既有膠濟(jì)客專膠州北站進(jìn)行改造，其余均為中間站，膠州北站改建采用濟(jì)青高鐵正線外包膠濟(jì)客專車場，在膠州北站西側(cè)濟(jì)青高鐵與既有膠濟(jì)客專貫通，利用膠濟(jì)客專通道引入青島站，在膠州北站膠濟(jì)客專與濟(jì)青高鐵機(jī)場方向正線貫通，引入紅島車站。為解決膠濟(jì)客專與濟(jì)青高鐵間跨線車運(yùn)行，在膠州北站濟(jì)南端修建膠濟(jì)濟(jì)青上下行聯(lián)絡(luò)線，濟(jì)青轉(zhuǎn)膠濟(jì)跨線車?yán)谜緝?nèi)渡線通過。

2 技術(shù)研究

2.1 施工難點(diǎn)

2.1.1 信號(hào)機(jī)械室機(jī)柜布置合理性和維護(hù)環(huán)境高需求間的無縫銜接

目前，國內(nèi)運(yùn)營及在建客專、城際類高速鐵路采用國產(chǎn)CTCS信號(hào)系統(tǒng)，CTCS-2/3列車運(yùn)行控制系統(tǒng)基于GSM-R無線通信技術(shù)，同時(shí)采用車-地一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)行指-連鎖-列控一體化、區(qū)間-車站一體化、通信-信號(hào)一體化和機(jī)電一體化，技術(shù)程度及集成度較高，對(duì)于各項(xiàng)各道工序的工程質(zhì)量要求也更高，信號(hào)機(jī)械室作為行車重點(diǎn)部位，同時(shí)CTCS系統(tǒng)核心設(shè)備均放置于信號(hào)機(jī)械室內(nèi)，對(duì)于機(jī)房內(nèi)部施工質(zhì)量要求更高，高鐵線路開通運(yùn)營后，對(duì)于運(yùn)營維護(hù)的要求也較高，因此，高質(zhì)量地完成信號(hào)機(jī)械室室內(nèi)工程已成為各家單位當(dāng)前所需。

結(jié)合目前國內(nèi)列控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)施情況，基本對(duì)列車控制系統(tǒng)中涉及的各子系統(tǒng)機(jī)柜置于一處進(jìn)行布置，便于施工進(jìn)行，同時(shí)亦便于設(shè)備管理單位運(yùn)營后便捷的維護(hù)；以ZPW-2000A/K無絕緣軌道電路為例，按照列車運(yùn)行方向及站內(nèi)區(qū)間劃分，需按照區(qū)間、站內(nèi)同時(shí)結(jié)合上下行行別進(jìn)行集中布置，集中布置后按照運(yùn)營方向?qū)λ爡^(qū)段進(jìn)行有序布線及施工，調(diào)試完成開通完成后，亦便于設(shè)備管理單位進(jìn)行上、下行各行別，站內(nèi)、區(qū)間各區(qū)域設(shè)備維護(hù)。

2.1.2 人工計(jì)算方法工作量繁巨

按照傳統(tǒng)施工方法，通常使用手工計(jì)算確定機(jī)房布纜方案。人工計(jì)算方法存在以下難點(diǎn)：

（1） 難算。由于涉及的參數(shù)較多計(jì)算必選工作量繁巨，難以選定最佳方案；計(jì)算疏漏在所難免。

（2） 模擬不準(zhǔn)。塑料軟管和電纜芯線的模擬線束，編制和記號(hào)困難，在準(zhǔn)確性上和美觀性上，難以確保。

（3） 交底困難。在實(shí)際放纜施工中，往往是同規(guī)格量裁、分區(qū)放纜，《放纜次序表》不夠直觀，交底效果受限，放纜錯(cuò)誤難以避免。

2.1.3 返工經(jīng)常出現(xiàn)

由于圖紙統(tǒng)計(jì)不全，《配纜 （線） 表》不準(zhǔn)；纜線總成設(shè)計(jì)不準(zhǔn)；施工作業(yè)技術(shù)交底不準(zhǔn)；作業(yè)層理解和操作有誤等原因機(jī)房布纜的錯(cuò)誤常現(xiàn)，返工難免，有些機(jī)房甚至十幾返工，施工成本很大。

2.2 BIM技術(shù)應(yīng)用

（1） 三維可視，模擬現(xiàn)場。應(yīng)用BIM技術(shù)，在給定的信號(hào)機(jī)械室平面圖和室內(nèi)設(shè)備布置圖等設(shè)計(jì)及施工圖基礎(chǔ)上，通過三維建模手段模擬出三維可視的維修環(huán)境；實(shí)現(xiàn)三維可視化功能。通過建立電氣設(shè)備、纜線、槽道、走線架等模型，展示整個(gè)線纜總成的物理結(jié)構(gòu)。

（2） 檢測沖突，優(yōu)化布線。應(yīng)用BIM技術(shù)，在給定的信號(hào)機(jī)械室組合柜架間槽道圖、室內(nèi)設(shè)備布置圖、防雷分線柜配線圖等設(shè)計(jì)及施工圖基礎(chǔ)上，依托Navisworks檢測功能進(jìn)行干線電纜、配線間碰撞試驗(yàn)，檢測各線纜的排列沖突，碰撞試驗(yàn)完成后演練出每根電纜、配線的起止點(diǎn)和在各橋架的斷面位置，組合規(guī)則的線纜總成截面和外表面，并進(jìn)行放纜動(dòng)畫渲染，確定放線 （纜） 的順序，美化布線。

（3） 統(tǒng)計(jì)計(jì)算，節(jié)約用料。統(tǒng)計(jì)計(jì)算線纜數(shù)量，根據(jù)模型的線纜確定線纜的裁量尺寸和固定夾具數(shù)量，匯總走線架數(shù)量，可預(yù)先提出設(shè)備材料計(jì)劃用量。

（4） 設(shè)計(jì)總成，檢驗(yàn)放線。顯示三維線纜總成圖，并可顯示各斷面線纜分布圖；對(duì)線纜總成進(jìn)行事先設(shè)計(jì)和定型。由線纜總成圖，自然形成《配線 （纜） 表》檢查放線 （纜） 的正確性。

（5） 動(dòng)畫模擬，指導(dǎo)施工。以三維動(dòng)畫形式逐根渲染放線 （纜） 和固定的安裝工藝，三維模擬放纜、固定的詳細(xì)過程，對(duì)施工交底工作加以指導(dǎo)。

（6） 預(yù)先設(shè)計(jì)，充分預(yù)留。模型搭建后，可預(yù)留出定圖后增纜線的布放位置。

2.3 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

（1） 順序放纜。即確定自外側(cè)最底層第1根電纜，至最高層最里側(cè)最末一根纜的放線順序，并確定其準(zhǔn)確長度。避免返工放線纜，機(jī)械室內(nèi)各布線線纜間無交叉，線纜布線透明化，施工質(zhì)量顯著提高。

（2） 規(guī)則美觀的纜線總成及要求。

線纜總成，即至布放完成的線纜總結(jié)構(gòu)。規(guī)則纜線總成，可以滿足以下要求：斷面好：纜線總成的任何截面都是規(guī)則圖形 （常見的是矩形截面）。分束好：纜線總成的分束 （進(jìn)出線），能夠保持截面規(guī)則。彎曲美：實(shí)現(xiàn)纜線彎曲美觀 （平面彎曲：同心圓；曲面彎曲：平行曲面），彎曲處始終截面保持規(guī)則。配色好：即不同皮色的線纜按照分區(qū)成束布設(shè)。配徑好：即不同粗細(xì)的線纜分層或分區(qū)布設(shè)。不鉆爬：即在線纜總成外表面沒有線纜爬層跳位。分區(qū)行：即按照傳輸頻率、傳輸方向和用途，分區(qū)分塊 （截面的） 分束 （走線架上的） 布設(shè)，避免干擾。規(guī)則固定：按照纜線柔性，順序、規(guī)則地使用纜、層、束的固定工藝 （纜，一般采用綁扎；束，一般采用夾具），保證固定良好。允許填空：即為了配色、配層、配徑和換位，在必要的地方填充塑料軟管或電纜護(hù)套。保證起止：即必須遵照設(shè)計(jì)的配線圖規(guī)定的線纜起止機(jī)架，并確保起止機(jī)架的安裝子框架的線纜長度，同時(shí)一目了然、整齊劃一的走線便于下步開通運(yùn)營后的故障查找及維護(hù)保障。

3 研究方法及過程

3.1 初期階段，參照既有機(jī)房建模

（1） 經(jīng)過研究必選，選定Autodesk公司的Revit軟件和Navisworks軟件，作為實(shí)施模擬工具。通過Revit軟件參照既有二維圖紙建模，首先建立電氣設(shè)備、電纜、固定夾、線槽、走線架等參數(shù)化模板庫，然后根據(jù)既有機(jī)房布線創(chuàng)建機(jī)房土建、設(shè)備、線槽、走線架等模型。

（2） 根據(jù)布線表建立線纜、總成模型 （電纜建模不考慮垂度、自然彎折等情況），制定建模規(guī)則。

（3） 檢測沖突，分析沖突檢測報(bào)告，修正沖突規(guī)則。

（4） 通過機(jī)房三維模型，對(duì)設(shè)備、橋架及線纜實(shí)際數(shù)量進(jìn)行提取，并制定標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量統(tǒng)計(jì)模板，準(zhǔn)確計(jì)算統(tǒng)計(jì)線纜工程量，實(shí)現(xiàn)工程量的集成化管理。

（5） 三維模擬安裝工藝流程，輸出動(dòng)畫視頻交底。

3.2 中期階段，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙深化建模

（1） 結(jié)合第一階段經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)設(shè)計(jì)階段CAD圖紙，排布方案、編制布線表，創(chuàng)建三維深化模型 （電纜建模不考慮垂度、自然彎折等情況）。（2） 創(chuàng)建鐵路“四電”專業(yè)機(jī)械設(shè)備、構(gòu)件配件模型庫。（3） 沖突檢測，優(yōu)化模型，完善建模規(guī)則和沖突規(guī)則。（4） 輸出二維實(shí)體圖紙，統(tǒng)計(jì)工作量和材料消耗數(shù)量，補(bǔ)充三維交底。

3.3 后期階段，深度研發(fā)

（1） 研究三維空間內(nèi)線管排布算法，開發(fā)槽道及走線架上線管排布軟件。（2） 研發(fā)二、三維設(shè)計(jì)一體化，實(shí)現(xiàn)二維圖紙與三維模型聯(lián)動(dòng)，可以出具標(biāo)準(zhǔn)的二維符號(hào)化CAD圖。（3） 完善三維模擬動(dòng)畫，現(xiàn)場指導(dǎo)施工。

3.4 預(yù)期階段，長期目標(biāo)

3.4.1 智能化設(shè)計(jì)管理

基于“四電”專業(yè)模型庫，方便線槽橋架、線路管理，研究整個(gè)機(jī)房線纜自動(dòng)尋徑、智能布線功能，將專業(yè)圖紙圖形化、參數(shù)化解析后，利用BIM軟件的二次開發(fā)功能，實(shí)現(xiàn)機(jī)房整體模型的自動(dòng)創(chuàng)建，根據(jù)設(shè)備終端位置能夠自動(dòng)布線，生成線路報(bào)告，快速生成三維模型。

3.4.2 人機(jī)工程應(yīng)用管理

納入人體實(shí)現(xiàn)實(shí)際操作模擬安裝。

3.4.3 綜合管理云平臺(tái)

實(shí)現(xiàn)多用戶多端口快速瀏覽、定位、剖切、漫游模型等功能，可快速查看模型基本屬性信息，可動(dòng)態(tài)演示施工進(jìn)度計(jì)劃，實(shí)時(shí)展示當(dāng)前進(jìn)度、已完成未完成、進(jìn)度延誤等狀態(tài)，通過模型自動(dòng)統(tǒng)計(jì)工程量，掛接項(xiàng)目清單，實(shí)時(shí)顯示項(xiàng)目產(chǎn)值完成情況，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目成本動(dòng)態(tài)管控，滿足模型融合、信息集成、進(jìn)度管理、自動(dòng)編碼等綜合管理。

3.4.4 移動(dòng)端APP應(yīng)用

研發(fā)開放操作系統(tǒng)的共享平臺(tái)，滿足任何時(shí)間、地點(diǎn)、用戶隨時(shí)觀看施工現(xiàn)場模型及現(xiàn)場實(shí)際進(jìn)度實(shí)景，進(jìn)行實(shí)時(shí)工程技術(shù)交底，及時(shí)反饋現(xiàn)場施工問題，滿足各方協(xié)同工作、信息集成共享。

4 主要成果

4.1 模型開發(fā)

（1） 圖選結(jié)構(gòu)。三維圖實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)房的多個(gè)線纜總成結(jié)構(gòu)圖，供設(shè)計(jì)、施工篩選。（2） 確定結(jié)構(gòu)。在基本結(jié)構(gòu)選定后，確定纜線總成的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。即確定準(zhǔn)確的機(jī)房線纜總成結(jié)構(gòu)，確定每根線纜的編號(hào)和長度，確定每根纜束的斷面和曲面結(jié)構(gòu)，確定預(yù)留纜線的位置。（3） 圖演放纜 （線）。以三維動(dòng)畫的形式，順序圖演放纜、固定的詳細(xì)過程。（4） 復(fù)盤。即根據(jù)確定的纜線總成，隨時(shí)復(fù)盤《機(jī)架間纜線分布圖》。（5） 圖演預(yù)留纜 （線） 位置和布放建議。

4.2 機(jī)房優(yōu)化布置應(yīng)用

通過此次科技成果實(shí)施，新建濟(jì)青高鐵膠州北站膠濟(jì)客專場已于2018年3月20日順利開通運(yùn)營，作為本次科技成果試點(diǎn)，膠州北膠濟(jì)客專場信號(hào)機(jī)械室室內(nèi)工程獲得建設(shè)單位、監(jiān)理單位、設(shè)備接管單位及上級(jí)主管單位一致好評(píng)及認(rèn)可，同時(shí)已參與申報(bào)股份公司等相關(guān)部門評(píng)選的優(yōu)質(zhì)工程，目前，膠州北濟(jì)青高鐵場信號(hào)機(jī)械室正采用這一成果結(jié)合現(xiàn)場工程進(jìn)展積極組織進(jìn)行施工，工程質(zhì)量上有望達(dá)到乃至超越膠州北膠濟(jì)客專場。

5 結(jié)語

隨著軟件技術(shù)發(fā)展和人工智能技術(shù)的進(jìn)步，線纜建?！八碾姟笔┕I(yè)務(wù)量大，應(yīng)用BIM技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)三維模擬施工機(jī)房布線，有效解決碰撞、顯示遮擋及管線路徑選擇等問題，可對(duì)出現(xiàn)問題的工點(diǎn)及時(shí)進(jìn)行修正，保證最終交付成果的設(shè)計(jì)合理性、安全性、合規(guī)性，減少返工降低成本，有效避免工期延誤，進(jìn)而優(yōu)化施工交底過程提供施工指導(dǎo)，為施工現(xiàn)場提供可視化溝通環(huán)境，為建設(shè)各方提供簡單快速的可視化手段。