BIM技术在电气化铁路接触网设计中的研究

BIM技术在电气化铁路接触网设计中的研究

曹隆也

中铁九局集团电务工程有限公司 辽宁 沈阳 110000

摘要：科学技术的发展，我国的BIM技术有了很大进展，并在电气化铁路接触网设计中得到了广泛的应用。建筑信息模型（BIM）技术逐渐应用于电气化铁路接触网设计领域。文章首先分析建立设计项目BIM模型开发模块，其次探讨BIM技术在电气化铁路接触网设计中的关键技术，旨在为相关工作人员提供借鉴参考。

关键词：BIM技术；电气化铁路；接触网设计

引言

电气化铁路牵引供电系统的稳定运行是铁路运输安全和客运效率的重要保障，电气化铁路牵引供电系统故障频发，给铁路运营和乘客出行带来诸多不便。常见牵引供电故障分析是提高电气化铁路牵引供电系统可靠性和故障处理能力的关键。通过深入分析故障的原因，可以快速找出问题所在，采取科学的解决措施，降低故障发生的可能性和影响。

1 建立设计项目BIM模型开发模块

综合设计项目的多张图纸，了解工程结构和相关尺寸，形成包含多个构件的设计项目BIM模型。其中每个构件都存在一个对应的族，族通常呈现为文件形式，在模型建立阶段可以通过平台修改文件参数，从而修正BIM模型尺寸。将所有的族导入BIM族库中，搭建整体的设计项目BIM模型。为了辅助后续分布式数据集成协同设计，需要在平台建立BIM模型时，尽量提升三维模型的精细程度。本研究提出在平台设计阶段，引入BIM模型轻量化处理概念，针对搭建完成的BIM模型进行三角网简化、重复点或重复面移除、模型合并处理。在三角网简化阶段，先统计设计项目场景模型内存在的三角面数，与模型顶点信息相结合，实现对指定范围内的模型三角网简化处理。考虑到按照基础数据信息建设的设计项目BIM模型中，可能出现很多“嵌套族”对象，不利于场景渲染。对此，针对当前BIM模型进一步放大分析，提取重复点和重复面，仅保留其中之一，实现场景渲染性能的提升。最后，进入模型合并环节，将多个设计项目构件独立模型组合起来，形成一个整体BIM模型，该模型是后续分布式数据集成协同设计的基础。

2 BIM技术在电气化铁路接触网设计中的关键技术

2.1族库管理系统设计

族库是BIM模型中的一种重要元素，它包含了电气化铁路接触网设计中常用的构件、设备和材料等信息。设计一个高效的族库管理系统是电气化铁路接触网BIM设计中的关键技术之一。该系统的设计应该考虑以下几个方面：①构件分类和标准化。将电气化铁路接触网设计中常用的构件进行分类，并根据设计规范和标准进行统一的命名和编码。这样可以使得设计人员能够快速查找到需要的构件。②参数化建模。对于族库中的构件，可以进行参数化建模。通过定义构件的参数，设计人员可以根据具体的设计要求和场景进行调整和定制。例如，可以对支柱的高度、横截面形状等进行参数化建模，以满足不同设计方案的要求。③物理特性和材料信息。族库管理系统应该包含构件的物理特性和材料信息，如重量、材质、导电性能等。这样可以在设计过程中准确计算构件的性能和行为，确保设计的准确性和可行性。④版本管理和更新：族库管理系统应该具备版本管理和更新的功能。设计人员可以根据实际需要对族库中的构件进行更新和维护，确保设计使用的是最新的构件信息。⑤数据共享和协同工作：族库管理系统应该支持数据共享和协同工作。设计人员可以在同一平台上共享族库中的构件信息，促进团队之间的协作和配合。这样可以避免信息孤岛的问题，提高设计效率和一致性。

2.2电源设计

电流监测终端安装于电气化铁路的接触网承力索上，接触网电压为27.5kV，监测装置与接触网电压基本相同，考虑到绝缘要求，电源不能从低压端直接提供。CT（Current Transformer）感应取电通过感应线圈从高电位的线路上获取电能，其本身是一台隔离设备，整个取电装置是悬浮的，解决了供电存在的绝缘问题。当接触网上有负荷电流时，承力索由于分流也会有相应电流通过，感应线圈从承力索上获取感应电流，经过全波整流快速为超级电容充电，再经过降压稳压为电流监测终端供电，同时为备用锂电池充电，一旦超级电容上的电压过高，会启用泄放电路将多余的能量通过耗散电阻泄放掉；当接触网上无负荷电流时，切换备用锂电池为电流监测终端供电。感应线圈后端添加TVS（Transient Voltage Suppressor）吸收浪涌电流，防止后续电路受到冲击电流的破坏。

2.3供电线架设

首先做好供电线路径的前期规划和预留，充分利用隧道斜井、横通道等空间进行供电线路径的选取。其次，应高度重视并积极参与变电所址选择。山区铁路所亭远离铁路线，应优先采用大跨距高铁塔方案，减少悬挂点，降低危树影响，该方案已在成贵、玉磨、沪昆等山区铁路成熟应用。第三，山区铁路隧道多，需采用大量电缆，需要解决电缆及附件的可靠性、稳定性问题，一是提升电缆在紫外线、覆冰、极端温度等环境的适应性，二是提高电缆附件的施工制作工艺，三是从系统方案上突破：（1）尽量减少电缆附件，如根据规范采取安全措施后，将电缆金属护套感应电势的50V提升至规范中最大值300V，增大分段长度以大幅减少电缆头数量；（2）隧道内采用架空供电线代替电缆可行性，通过降低供电灵活性或调整供电检修策略，大幅减少电缆的使用。

2.4碰撞检查技术

在电气化铁路接触网设计中，存在各种管线、设备和结构的交叉和碰撞问题。传统的设计方法需要依靠人工检查和修正，这样容易出现遗漏和错误。然而，借助BIM技术中的碰撞检查功能，可以自动检测模型中的碰撞和冲突，及时发现并解决问题，从而减少设计错误和调整。首先，通过使用BIM软件，可以将电气化铁路接触网的各个组成部分进行三维建模，并确保模型的完整性和准确性。各个构件、设备和管线都被精确地建模，包括其几何形状、尺寸、位置等信息。这为后续的碰撞检查提供了可靠的基础。其次，碰撞检测算法，BIM软件提供了强大的碰撞检测算法，可以对电气化铁路接触网模型进行全面的碰撞检查。该算法会自动分析模型中的各个构件之间的空间关系，并检测是否存在交叉、重叠、冲突等问题。一旦发现碰撞，软件会及时标注并提供修复建议。再次，实时反馈和可视化展示，碰撞检查技术可以实时反馈检测结果，并以可视化的方式展示问题所在。设计人员可以通过三维模型的展示，直观地观察到碰撞和冲突的位置和性质。这样可以快速定位问题，并采取相应的纠正措施，避免在实施阶段出现问题。最后，协同解决冲突：BIM软件支持多人协同工作，设计团队中的不同成员可以同时进行模型的编辑和碰撞检查。当多人同时对模型进行修改时，软件会自动检测并提醒潜在的碰撞问题，从而促进设计团队的协同工作和冲突解决。

2.5更新覆冰预测模型的模型参数

覆冰预警及监测系统平台根据覆冰预测模型的损失计算结果，更新覆冰预测模型的模型参数，进而提高覆冰预测模型的预测准确度。 随着训练次数的增加，不断调整模型的参数，使得预测结果越来越趋近于真实覆冰厚度。当覆冰预测模型的准确率大于预设阈值时，覆冰预测模型训练完成，即可以使用该覆冰预测模型对目标区域的覆冰情况进行预测了。计算出覆冰厚度之后，覆冰预警及监测系统平台判断覆冰厚度是否大于预设厚度阈值，当覆冰厚度大于预设厚度阈值时，采用预设方式进行覆冰提醒。

结语

综上所述，随着工程项目施工环境越来越复杂，施工质量要求越来越高，在设计项目阶段涉及的数据信息越来越多。多股道站场接触网架构复杂、分支线路众多，一旦发生故障，现有装置并不能定位故障的具体股道。通过深入研究和应用BIM技术，可以实现更高质量、高效率和可持续发展的电气化铁路接触网设计。这将为电气化铁路建设和运营带来积极的影响，推动铁路行业迈向智能化、数字化的未来。

参考文献

[1]李爱.BIM技术在电气化铁路接触网设计中的研究[J].电子世界,2022(01):117-118.

[2]刘习文.BIM技术在电气化铁路接触网中的应用研究[J].工程技术研究,2021,6(02):78-79.

[3]李恒通.BIM技术在铁路接触网设计和施工中的应用[J].科学技术创新,2019(08):94-96.