世界首次！高铁四电建设全部用上BIM技术

12月，一系列新建高铁线陆续开通，中国高铁里程将达到3.5万公里，高居世界榜首。“我国高铁建造技术正不断迈向智能化、信息化。12月1日开通的郑(州)万(州)高铁郑州至襄阳段，四电建设第一次全部用上了建筑信息模型(BIM)技术。”中国国家铁路集团(原铁总，以下简称国铁集团)工程管理中心专家说，这在世界高铁建设上也是首次。
四电，即电力、电气化、信号和通信，是高铁的动力和大脑中枢，由沿线无数变电站与信号楼串成。
高铁“大脑”中枢一直滞后
2015年，伴随着持续进行的中国高铁建设，国铁集团提出了建设信息化、智能化。
动车、线下工程和站房等，因技术较成熟，先后加大了信息智能化步伐。“作为高铁的动力及大脑工程，四电智能化建造一直滞后，长期都是以二维平面设计图为主，引进BIM技术迫在眉睫。”中铁电气化局三公司副总工程师刘冰瑞说。
建筑信息模型(Building Information Modeling)是建筑学、工程学及土木工程的新工具，二十多年前从欧美发端。其核心是通过建立虚拟的建筑工程三维模型，利用数字化技术，为这个模型提供完整的、与实际情况一致的建筑工程信息库。
“由于BIM技术发端于建筑行业，软件操作命令也是满足土建及相关配套工程，有现成的楼板、梁、柱、屋顶模型命令，建模非常方便。”刘冰瑞说，而对于线性结构的建设，BIM建模几乎为零。高铁四电是典型的线性基础设施，而中国高铁建设要实现智能化、信息化，四电建设必须跟上。2016年，在国铁集团的支持下，中铁电气化局立项重大科研计划“BIM技术在规范牵引变电设计、施工中的应用研究”，由刘冰瑞领衔BIM课题小组研发。
三年建起2600余个BIM族库文件
一条长达上千公里的高铁，平均每50公里必须配备一个变电所，每隔3公里就有一个基站、箱变或者中继站，为往来动车提供牵引动力及通信信号。
“基础制作、金属构件组立、设备安装、接地制作、电缆敷设等，每一个变电所内，各类构件纷繁复杂，数量动辄以万计。”刘冰瑞说，这些构件与房建专业差异太大，要想实现高铁四电建设智能化、信息化，只能在逐渐应用过程中，进行软件的二次开发。
“建模面临的首要问题就是采集模型，建立一个庞大的信息族库。”刘冰瑞说，为给每一个构件建立随工程进展而同步生长的数字模型，团队夜以继日深入现场，逐个模型进行方案推敲，对比、沟通、虚拟验收、现场反馈，最终确定，仅一个馈线模型就做了5个版本，从最初方案沟通到最终方案确定时间长达5个月，贯穿整个施工前期，而一个馈线模型仅占整个变电所BIM工程约5%的工作量。
“自建完成的族库分为电力族库、变电族库和轨道交通供变电族库，通讯、信号、接触网族库，地铁风水电专业也建立了族库，据不完全统计，共计2600个左右的族文件。这个数字还在不断增长。”刘冰瑞说。
3年多，历经日兰高铁、昌赣高铁及郑州地铁等多条在建线路的实践，“BIM技术在规范牵引变电设计、施工中的应用研究”现场应用方法日趋完善。
补齐“数字郑万”建设短板
2018年12月19日，“BIM技术在规范牵引变电设计、施工中的应用研究”课题通过专家评审，评审认为，课题关键技术达到了“引入BIM技术实现牵引变电所可视化沟通”的目标，完成了齐全的电力变电专业BIM模型、电力标准族库，并总结出一套适用于电气化施工的BIM应用方法，技术世界领先。
今年3月30日，采用“BIM技术在规范牵引变电设计、施工中的应用研究”课题技术建设的首个变配电所在日兰高铁鲁南段完成。随后，BIM技术开始在郑万高铁四电大规模应用。
电缆头、网栅、防静电地板，铝合金走线架……变电所内诸多装备令人眼花缭乱。“以前安装要用二维图纸，技术员要对工人进行前期培训，返工是常态。”在郑万高铁南阳南变电所，线路施工分部的总工程师张体鑫回忆说。建设期间，每个安装技术细节都形成二维码，一线工人用手机扫码，按立体透视图照做即可，简单直接，把改动都放在BIM建模期间，使现场一次安装到位，既降低建设成本，又保证了安装的精准和后期运维的信息化、标准化。
“BIM技术在规范牵引变电设计、施工中的应用研究”的成果，补齐了“数字郑万(高铁)”建设的短板，成为今后铁路四电建设的示范。