BIM技术在广州地铁六号线供电工程中的应用

2023-01-21

1 引言

随着城市经济发展以及交通运输量持续增大, 带来环境污染、交通拥挤与能源危机等众多问题, 大力发展地铁交通成为当前全球各大城市的普遍选择。据初步统计, 国内目前已有十几座城市正在建造快速轨道交通工程, 已实现运营线路总长度近400km。另外还有相当数量的大、中城市, 正在着手不同类型轨道交通建设的前期筹备工作。预计在未来中国城市发展中, 轨道交通的建设速度将会不断加快。地铁项目具有投资大、建设周期长、涉及面广、施工空间小、施工工期紧、数据和信息处理的工作量大等特点, 不论是设计、施工, 还是运营、管理都出现了人力资源紧张的局面, 稍有不慎, 就容易出现工程拖延、质量隐患、甚至导致安全事故。如何在保证工期、质量、安全的前提下, 以合理、全面的施工组织及高效的协调手段作为支撑, 提升“效率”是建设各方都要面对的严峻问题以及地铁建成后的运营维护也是一大难题。BIM技术的出现为这一问题带来新的思路[1]。

2 BIM概念

2.1 BIM技术简介

建筑信息模型BIM (Building Information Modeling) , 是以建筑物三维数字化为载体, 贯穿建筑物全生命周期整个主线, 将建筑设计、施工和管理等相关产业链的各个环节所需要的信息关联起来, 各工种协同工作而形成的建筑物信息集, 该技术具有可视化、协调性、模拟性、优化性以及可出图性的特点, 能够将建筑以三维空间模型的方式呈现出来, 存在于电脑中, 然后仍然通过计算机, 向该模型添加必要的工程相关信息, 进而形成一个工程信息数据库, BIM技术已经在全球范围内得到业界的广泛认可, 被誉为建筑业变革的革命性力量[2]。目前轨道交通行业中BIM的应用处于探索研究阶段, 以地铁项目规划设计为出发点, 探索适合轨道交通工程BIM三维设计的有效方式和方法至关重要。

2.2 BIM技术在轨道交通的应用现状

最近几年, BIM技术在建筑行业的应用已从早先提出的理想概念转变为实际应用的设计工具, 给整个建筑设计乃至施工、建设、管理等行业带来了不同的机遇和挑战。在我国, 先进的建筑设计团队和地产公司都成立了BIM设计工作组。BIM给建筑行业的软件应用, 增添了更多的智能工具, 实现了更多的职能工序。它除了继承计算机辅助设计的相应功能, 并将其使用范围扩展到了更多的领域, 如工程造价、进度安排, 具有为工程建设管理服务的潜能[3]。

目前, 国内对于BIM技术引入、应用及发展的研究层面大都在民用建筑设计领域, 在轨道交通工程方面的使用和研究几乎是空白。BIM技术近两年刚刚被引入到城市轨道交通工程设计建设当中, 主要是用于地铁车站及周边环境可视化设计和管线综合的碰撞检测。根据BIM技术目前的应用发展现状, 未来它可以在轨道交通工程前期、设计、施工、运营等各个阶段中发挥重大作用, 展现其三维可视化、分析优化设计、协同工作、资源共享等特性。

3 广州地铁六号线工程概况

广州市轨道交通六号线二期供电系统安装工程长湴~香雪段线路长17.4km, 全为地下线。共设10座车站, 全为地下站。设换乘站1座, 在苏元站与规划二十一号线换乘。供电系统采用110k V/33k V两级集中供电方式, 正线的地下区段线路牵引供电系统采用直流1500V三轨供电。全线共设置了6座牵引降压混合变电所、4座降压变电所和6座跟随式降压变电所。

本工程主要包括六号线二期工程变电所 (6座牵引降压混合变电所、4座降压变电所和6座跟随式降压变电所) 的相应供电设备安装及电缆敷设、环网工程、接触轨、刚性接触网 (失电区加装) 及附属设施安装 (含车辆段出入段线、试车线所有接触轨的相关内容) 、杂散电流防护及监测系统采购及安装、供电系统设备调试及系统调试、综合监控系统设备安装及调试、隧道内疏散平台安装等。

本工程是国内首条将BIM以及基于BIM的项目综合管理纳入全线全专业建设管理的地铁线路。

4 BIM技术在广州地铁六号线中的应用

4.1 基于BIM技术的变配电所大型设备吊装运输方案仿真

根据拟运输的大型设备如变压器、开关柜、高压电缆等大件设备物资的外包装尺寸、整体重量等特征, 确定运输车辆。对土建单位的临时运输通道做详细调查, 及时掌握其吊装进度, 计算其设备吊装进入作业内容和吊装频次、间歇时间长度、为实施变电所大型设备在临时吊装口的吊装作业提供依据。通过BIM应用软件根据现场材料堆放位置创建相应的三维模型。根据施工流程对施工器具的需求, 针对施工器具对施工空间的需求以及进场时间, 在创建现场布置三维模型时, 创建相应的施工器具模型。完成相应的模型创建之后, 根据施工工序要求, 对现场进行初步布置。根据初步现场布置模型和施工进度要求, 对现场布置进行动态模拟, 针对其中出现的碰撞问题, 以及不合理的位置, 对平面布置进行优化, 完成现场的平面布置 (如图2) 。

基于BIM的吊装方案模拟中, 结合现场作业情况, 本标段中的金峰站设备进场前技术人员、吊装公司和机电单位技术人员根据现场实际情况及BIM整体模型对施工现场的设备吊装路线做出合理规划。BIM模型为多专业协同提供了统一平台, 因此在路径规划时运输路径范围内的固定障碍物、设备房的位置及土建预留的孔洞的位置、设备数量、规格、型号都将以可视化的形式在模型中展现, 有利于选择最优运输路径。最优路径确定后, 根据图纸, 要求机电单位对路径范围内影响吊装施工的墙体需设备进场后再进行施工 (最优路径见图3、图4) 。

本项目通过BIM技术, 在供电设备吊装前均做了到位的方案模拟, 对于吊装作业的重难点都做了良好的预判和充分的准备, 在技术管理、实施管理、安全管理、设备管理等方面提前下功夫, 实现每一次的吊装任务均能够安全、稳定、可控、顺利的完成, 在施工实践中逐步提升大型设备吊装能力。

4.2 基于BIM技术的电缆敷设及安装工艺

在供电系统中, 电缆是连接电源设备与供配电设备的桥梁, 在供电线系统中起着至关重要的作用, 供电电缆可分为一次电缆和二次电缆, 在一个牵引降压混合变电所内, 覆盖的一次电缆其种类一般多达5种、数量多大100余根, 覆盖的二次电缆其种类一般多达5中, 数量多达80余根。整个一、二次电缆在狭小的变电所夹层内施工其工艺的好坏不仅影响其美观, 更重要的是影响供电系统运行。基于BIM的电缆敷设应用的技术核心是基于BIM技术针对电缆敷设设计方案利用计算机三维模型结合现场实际的施工数据进行模拟敷设及安装, 从而验证方案的电缆用量和美观度。提前发现方案中存在的问题, 及时优化、调整方案。BIM应用流程如下 (见图5) :

本项目通过BIM技术, 对电缆敷设的电缆走向、敷设顺序、支架定位等方面都做了到位的方案模拟, 对于其中的难点都做了很好的解决和优化。从技术测量、实际用量、实施管理等方面都提前下足功夫, 实现本项目在电缆敷设的降本增效。

4.3 基于BIM技术的疏散平台工厂预制化

疏散平台是一种在地铁发生故障时为被困人员提供逃生路径的通道, 同时也是一种为了保证地铁使用寿命和运营安全而设置的安全通道。在输电系统出现故障时, 以及地下铁道隧道 (简称地铁隧道) 、地铁站、地铁列车发生火灾、恐怖袭击等极易造成群死群伤恶性事故情况时, 疏散平台作为一种安全通道为抢救被困人员生命财产提供了重要的保障。其可靠性高、故障率低, 与此同时它的磨耗低、寿命长、系统结构简单。因此不需要大型检修维护设备, 便于运营维护, 具有占用空间少、安装简单等特点和安全、经济、易维修的优势。施工过程中, 主要需要解决的问题就是在于疏散平台沿线路是否存在侵入限界的地方。所以疏散平台测量是整个工序的重点之一, 将BIM技术的碰撞检测、测量等功能合理运用到疏散平台构件预制加工中, 是本次研究的又一重点方向, BIM施工流程如下 (见图6) :

BIM可以四维模拟实际施工, 以便于在早期设计阶段就发现后期真正施工阶段所出现的各种问题, 来提前处理, 为后期施工打下坚固的基础。在后期施工时能作为施工的实际指导, 也可作为可行性指导, 以提供合理的施工方案及人员, 材料使用的合理配置, 从而来最大范围内实现资源合理运用[5]。疏散平台在BIM技术支持之下, 为我项目本专业消除了疏散平台与环网支架的碰撞、更改了早期设计的不足之处、完成在曲线地段平台支架侵入限界的更改、进行了环网专业与疏散平台支架的合理性安装优化方式以及解决了与其它专业的碰撞之处, 保证了施工工期。所以, 基于BIM的工厂预制化加工建造技术是一项能够帮助施工单位实现高质量、高精度、高效率安装完美结合的技术。通过发挥更多的BIM数字化的优势, 将大大提高建筑施工的生产效率, 推动供电行业的快速发展。

4.4 基于BIM技术的工艺工法可视化指导应用

基于BIM技术的可视化工艺工法指导应用研究是对以BIM强大的模型建模功能为基础, 从施工前期便开始介入, 对工程整体施工过程进行模拟, 对施工方案进行仿真优化, 对施工细节以影像、图形、手册的方式、以现场施工指导电子屏、手持电子设备为媒介, 以BIM技术的可视化为基础进行工艺工法全空间仿真分析指导, 实时性跟踪优化的创新型工艺工法实施方式的研究。

BIM技术的可视化是建立在三维建模技术上的施工虚拟建造可视化以及数据的集成可视化。设备数据信息是BIM模型可视化应用的数据基础, 为保证BIM模型在应用过程中的数据集成性, 必须在建模工作前进行必要的设备数据信息收集, 并对数据进行数据库化建立。设备数据将根据要求, 在建模的同时录入到模型信息内作为模型的数据基础进行应用。所有数据信息通过对甲乙供厂商的完善收集, 建立起了一套以设备数据信息与二维码信息相结合的设备信息库 (见下图) 。

通过将BIM技术和二维码技术融入到传统的工作流程中去, 可以提升传统工作的效率、施工管理效率, 同时将传统工作中一些施工的重难点转变为更容易掌握和控制的常规性施工内容。广州市轨道交通六号线二期供电系统安装项目部BIM团队根据二维码技术的信息储存特性, 并结合BIM三维模型技术, 在现场施工前期、中期、以及计划在施工后期移交前管理期, 通过移动端APP二维码读取技术对现场设备进行有计划施工及管理维护引导。

图11结合BIM虚拟现实的设备位置信息

通过基于BIM技术的可视化工艺工法指导应用研究以及其成果, 可以提高企业员工培训效率、提高施工工艺标准细节化, 使项目工艺流程更加趋于标准化, 提高施工效率, 并通过标准化的工艺工法提高企业综合竞争能力以及工法、工艺的综合水平。

4结语

经过实践证明, BIM技术成果具有适用城市轨道交通变配电所、疏散平台施工, 安全性高、质量优良、施工投入少、施工工期短等优点。研究结果表明, 利用BIM技术进行项目管理后, 无论是沟通效率、施工质量、避免返工、方案优化等多方面均得到很好的效果。通过BIM技术在广州地铁六号线的应用不仅保证了工期, 更创造了良好的经济效益, 并且进一步发展了我国城市轨道牵引混合变电所施工技术的内容和领域, 对以后同类型工程的施工具有极大的借鉴意义和参考价值。

摘要：近年来, 我国已进入了城市轨道交通的快速发展期。建筑信息模型技术 (BIM) 作为建筑业的全新技术也逐渐被应用于轨道交通工程的设计中, 本文介绍了BIM技术的概念与应用前景, 最后通过地铁工程在基于BIM技术的变配电所设备吊装、电缆敷设、疏散平台、可视化方面应用以及基于项目数据集成平台开发研究, 为后续轨道交通工程提供重要参考价值。

关键词：城市轨道交通,BIM技术,平台开发,工程施工