蘭州交通大學(xué)激活高鐵“大腦中樞”

2020年12月26日，寧夏回族自治區(qū)銀川市至陜西省西安市的高速鐵路——銀西高鐵正式通車，這是國(guó)內(nèi)首條一次性建成里程最長(zhǎng)的有砟高鐵。銀西高鐵縱貫陜甘寧，是我國(guó)“八縱八橫”高速鐵路網(wǎng)包頭（銀川）至?？谕ǖ赖闹匾M成部分，跨越“塞上江南”、黃土高原和關(guān)中平原。

通車當(dāng)天，看著手機(jī)里的直播畫(huà)面，蘭州交通大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院研三學(xué)生徐凱激動(dòng)地流下了淚水，“作為參與此次項(xiàng)目的科研人員，我很驕傲也很自豪。銀西高鐵正式通車，自己也為這項(xiàng)偉大的事業(yè)貢獻(xiàn)了一份力量。”

銀西高鐵正線長(zhǎng)610多公里，穿越毛烏素沙漠邊緣和黃土高原，沿線地質(zhì)發(fā)育特殊，施工難度大、安全風(fēng)險(xiǎn)高。項(xiàng)目前期的“基礎(chǔ)設(shè)施”直接關(guān)系到高鐵建設(shè)的成敗，蘭州交通大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院“四電BIM工程與智能應(yīng)用”研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)這一重要環(huán)節(jié)——運(yùn)用“互聯(lián)網(wǎng)+BIM”技術(shù)構(gòu)建四電工程建設(shè)與施工管理平臺(tái)。

四電工程包括通信、信號(hào)、電力和電氣化工程，是站后工程的主要組成部分，也是高鐵開(kāi)通運(yùn)營(yíng)的動(dòng)力和“大腦中樞”。BIM（Building Information Modeling）技術(shù)是一種應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)、建造、管理的數(shù)據(jù)化工具，通過(guò)對(duì)建筑的數(shù)據(jù)化、信息化模型整合，在項(xiàng)目策劃、運(yùn)行和維護(hù)的全生命周期過(guò)程中進(jìn)行共享和傳遞，在提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本和縮短工期方面發(fā)揮重要作用。

目前，以BIM技術(shù)為核心，綜合運(yùn)用GIS、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新興信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)鐵路工程建造智能化，已成為智能鐵路的研究熱點(diǎn)和主要研究方向。銀西鐵路是鐵路總公司BIM技術(shù)在站后四電工程應(yīng)用的試點(diǎn)工程，由蘭州交通大學(xué)與銀西鐵路有限公司、鐵一院、中鐵三局共同研究制定BIM技術(shù)在四電工程施工階段系統(tǒng)性應(yīng)用的技術(shù)方案。

蘭州交通大學(xué)“四電BIM工程與智能應(yīng)用”研究團(tuán)隊(duì)是一支由青年教授、領(lǐng)域?qū)＜液途哂胸S富經(jīng)驗(yàn)的中青年工程師及相關(guān)方向研究生組成的集科研能力、生產(chǎn)能力和管理能力為一體的專業(yè)化團(tuán)隊(duì)。該團(tuán)隊(duì)成立于2006年，承擔(dān)了覆蓋我國(guó)高速鐵路、城軌交通和其他軌道交通建設(shè)及運(yùn)營(yíng)等多個(gè)領(lǐng)域的研究任務(wù)。研究團(tuán)隊(duì)總體負(fù)責(zé)人、蘭州交通大學(xué)現(xiàn)代交通信息技術(shù)研究所所長(zhǎng)鄭云水介紹，鐵路四電工程設(shè)施大多是沿鐵路沿線布設(shè)，數(shù)量多且分布廣，參建單位之間、建設(shè)階段之間、專業(yè)系統(tǒng)之間不斷交互協(xié)作，形成了大量工程接口，而各階段的專業(yè)人員在業(yè)務(wù)過(guò)程中也需要大量的信息交互。BIM技術(shù)是目前解決類似復(fù)雜工程問(wèn)題的有效途徑之一，通過(guò)共享各階段模型與信息，幫助各專業(yè)快捷溝通和協(xié)調(diào)，并在統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)下實(shí)現(xiàn)資源共享和高效利用，提高工程設(shè)計(jì)、建設(shè)與運(yùn)維質(zhì)量。

高鐵四電的構(gòu)造是典型的線性結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)施，如何在高鐵四電建設(shè)中運(yùn)用BIM技術(shù)？一般來(lái)說(shuō)，一條高鐵線近千公里，平均每50公里就必須配備一個(gè)變電所、3公里設(shè)一個(gè)基站，還有箱式變電站或者中繼站都需要根據(jù)里程來(lái)建設(shè)?！斑^(guò)去，四電工程一直是依據(jù)二維平面設(shè)計(jì)圖紙來(lái)建設(shè)，技術(shù)相對(duì)滯后，返工是常態(tài)。運(yùn)用BIM技術(shù)，建設(shè)期間每個(gè)安裝技術(shù)細(xì)節(jié)都會(huì)形成二維碼，施工人員用手機(jī)掃碼，按立體透視圖照做即可，一次性就能安裝到位，既降低了建設(shè)成本，提高了施工質(zhì)量和效率，確保了工程安全，又保證了安裝的精準(zhǔn)和后期運(yùn)維的信息化、標(biāo)準(zhǔn)化?！编嵲扑嬖V記者。

甜水堡牽引變電所地處甘肅慶陽(yáng)的董志塬腹地，是國(guó)內(nèi)外罕見(jiàn)的深厚軟塑黃土地質(zhì)帶，也是該研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)的銀西鐵路330kV“首件工程”，該牽引變電所的功能是將三相的330kV高壓交流電變換為兩個(gè)單相的27.5 kV的交流電，然后向鐵路上、下行兩個(gè)方向的接觸網(wǎng)供電?！拔覀兦捌谝杉罅康臄?shù)據(jù)信息，匯總后再生成牽引變電所三維BIM模型，在此基礎(chǔ)上，添加設(shè)計(jì)、施工等單位需要的全生命周期數(shù)據(jù)，再不斷優(yōu)化和改進(jìn)，最終形成完整的、與實(shí)際情況一致的建筑工程信息庫(kù)。”蘭州交通大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院副院長(zhǎng)張振海說(shuō)，簡(jiǎn)言之，就是為每一個(gè)構(gòu)件建立隨工程進(jìn)展而同步生長(zhǎng)的數(shù)字模型，以確保工程建設(shè)全方位、全專業(yè)、全天候的安全質(zhì)量進(jìn)度管控及高效智能的施工管理。

實(shí)際上，數(shù)據(jù)采集的時(shí)候，最難的并不是耗時(shí)長(zhǎng)和戶外條件復(fù)雜，而是數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)，哪個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)了偏差，都會(huì)導(dǎo)致工作“歸零”，在BIM建模期間，各方數(shù)據(jù)隨時(shí)也會(huì)改動(dòng)和調(diào)整。“加班加點(diǎn)是家常便飯，最忙的時(shí)候，連續(xù)兩周時(shí)間，基本上是從早上6點(diǎn)到晚上8點(diǎn)，采集和測(cè)量牽引變電所設(shè)備幾何數(shù)據(jù)。”鄭云水說(shuō)。

經(jīng)過(guò)兩年時(shí)間的艱苦努力，在參與銀西鐵路的過(guò)程中，該研究團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出“四電BIM族庫(kù)建設(shè)、G網(wǎng)無(wú)線信號(hào)覆蓋模擬、線纜智能優(yōu)化”等12項(xiàng)BIM應(yīng)用領(lǐng)先技術(shù)，打造了集設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)為一體的四電工程全周期建設(shè)管理新模式，實(shí)現(xiàn)了四電工程建設(shè)技術(shù)交底可視化、綜合分析數(shù)字化、敷設(shè)線纜智能化、系統(tǒng)管理集約化和施工工藝標(biāo)準(zhǔn)化，圓滿完成了一系列任務(wù)。

目前，該研究團(tuán)隊(duì)建有蘭州交通大學(xué)唯一的四電BIM工程與智能應(yīng)用鐵路行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，也是國(guó)家鐵路局首批鐵路行業(yè)科技創(chuàng)新基地之一。15年來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)緊密對(duì)接國(guó)家需求，先后主持、參加國(guó)家、省部級(jí)及橫向項(xiàng)目80余項(xiàng)，系列研究成果為我國(guó)鐵路的智能化發(fā)展提供了重要的理論支撐及技術(shù)保障。同時(shí)，形成國(guó)內(nèi)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的BIM模型輕量化引擎，參與制定鐵路四電BIM標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，構(gòu)建四電工程建設(shè)與施工管理平臺(tái)，并已應(yīng)用于銀西高鐵、鄭萬(wàn)高鐵、京雄高鐵、青藏鐵路等全國(guó)十幾條線路上。

“我們將進(jìn)一步發(fā)揮鐵路行業(yè)的優(yōu)勢(shì)與特色，打造四電BIM技術(shù)產(chǎn)學(xué)研一體化專業(yè)平臺(tái)，促進(jìn)四電BIM工程領(lǐng)域的科研成果在軌道交通工程建設(shè)與運(yùn)維中的推廣應(yīng)用，培養(yǎng)和凝聚高層次BIM技術(shù)應(yīng)用與創(chuàng)新人才，提高學(xué)校軌道交通四電BIM技術(shù)應(yīng)用及水平，不斷擴(kuò)大行業(yè)和社會(huì)影響力?！碧m州交通大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院院長(zhǎng)陳小強(qiáng)說(shuō)。（中國(guó)教育報(bào)—中國(guó)教育新聞網(wǎng)記者 尹曉軍）