2019年7月13日，鄭萬鐵路河南段全線變電所受電啟動吳晗攝
本報記者矯陽
12月，一系列新建高鐵線陸續開通，中國高鐵里程將達到3.5萬公里，高居世界榜首。“我國高鐵建造科技正不斷邁向智能化、信息化。12月1日開通的鄭（州）萬（州）高鐵鄭州至襄陽段，四電建設第一次全部用上了建築資訊模型（BIM）科技。”中國國家鐵路集團（原鐵總，以下簡稱國鐵集團）工程管理中心專家說，這在世界高鐵建設上也是首次。
四電，即電力、電氣化、訊號和通信，是高鐵的動力和大腦中樞，由沿線無數變電站與訊號樓串成。
高鐵“大腦”中樞一直滯後
2015年，伴隨著持續進行的中國高鐵建設，國鐵集團提出了建設信息化、智能化。
動車、線下工程和站房等，因科技較成熟，先後加大了資訊智能化步伐。“作為高鐵的動力及大腦工程，四電智能化建造一直滯後，長期都是以二維平面設計圖為主，引進BIM科技迫在眉睫。”中鐵電氣化局三公司副總工程師劉冰瑞說。
建築資訊模型（Building Information Modeling）是建築學、工程學及土木工程的新工具，二十多年前從歐美發端。其覈心是通過建立虛擬的建築工程三維模型，利用數位化科技，為這個模型提供完整的、與實際情況一致的建築工程信息庫。
“由於BIM科技發端於建築行業，軟件操作命令也是滿足土建及相關配套工程，有現成的樓板、梁、柱、屋頂模型命令，建模非常方便。”劉冰瑞說，而對於線性結構的建設，BIM建模幾乎為零。高鐵四電是典型的線性基礎設施，而中國高鐵建設要實現智能化、信息化，四電建設必須跟上。2016年，在國鐵集團的支持下，中鐵電氣化局立項重大科研計畫“BIM科技在規範牽引變電設計、施工中的應用研究”，由劉冰瑞領銜BIM課題小組研發。
三年建起2600餘個BIM族庫檔案
一條長達上千公里的高鐵，平均每50公里必須配備一個變電所，每隔3公里就有一個基站、箱變或者中繼站，為往來動車提供牽引動力及通信訊號。
“基礎製作、金屬構件組立、設備安裝、接地製作、電纜敷設等，每一個變電所內，各類構件紛繁複雜，數量動輒以萬計。”劉冰瑞說，這些構件與房建專業差异太大，要想實現高鐵四電建設智能化、信息化，只能在逐漸應用過程中，進行軟件的二次開發。
“建模面臨的首要問題就是採集模型，建立一個龐大的資訊族庫。”劉冰瑞說，為給每一個構件建立隨工程進展而同步生長的數位模型，團隊夜以繼日深入現場，逐個模型進行方案推敲，對比、溝通、虛擬驗收、現場迴響，最終確定，僅一個饋線模型就做了5個版本，從最初方案溝通到最終方案確定時間長達5個月，貫穿整個施工前期，而一個饋線模型僅占整個變電所BIM工程約5%的工作量。
“自建完成的族庫分為電力族庫、變電族庫和軌道交通供變電族庫，通訊、訊號、接觸網族庫，捷運風水電專業也建立了族庫，據不完全統計，共計2600個左右的族檔案。這個數位還在不斷增長。”劉冰瑞說。
3年多，歷經日蘭高鐵、昌贛高鐵及鄭州捷運等多條在建線路的實踐，“BIM科技在規範牽引變電設計、施工中的應用研究”現場應用方法日趨完善。
補齊“數位鄭萬”建設短板
2018年12月19日，“BIM科技在規範牽引變電設計、施工中的應用研究”課題通過專家評審，評審認為，課題關鍵技術達到了“引入BIM科技實現牽引變電所視覺化溝通”的目標，完成了齊全的電力變電專業BIM模型、電力標準族庫，並總結出一套適用於電氣化施工的BIM應用方法，科技世界領先。
今年3月30日，採用“BIM科技在規範牽引變電設計、施工中的應用研究”課題科技建設的首個變配電所在日蘭高鐵魯南段完成。隨後，BIM科技開始在鄭萬高鐵四電大規模應用。
電纜頭、網栅、防靜電地板，鋁合金走線架……變電所內諸多裝備令人眼花繚亂。“以前安裝要用二維圖紙，技術員要對工人進行前期培訓，返工是常態。”在鄭萬高鐵南陽南變電所，線路施工分部的總工程師張體鑫回憶說。建設期間，每個安裝科技細節都形成二維碼，一線工人用手機掃碼，按立體透視圖照做即可，簡單直接，把改動都放在BIM建模期間，使現場一次安裝到位，既降低建設成本，又保證了安裝的精准和後期運維的信息化、標準化。
“BIM科技在規範牽引變電設計、施工中的應用研究”的成果，補齊了“數位鄭萬（高鐵）”建設的短板，成為今後鐵路四電建設的示範。