铁路信号BIM设计中信号站场设备自动布放技术的研究论文_赵军甫

轨道交通工程信息化国家重点实验室（中铁一院） 陕西西安 710043

摘要：铁路信号设备布放与轨道、站场、路基结合较为严密，铁路信号设备类型、数量较多，人工手动布放困难，且布放位置不够精确，信号设备自动布放成为信号BIM设计急需解决的难题。依托银西铁路BIM试点项目，选择Microstation平台，探索并验证了铁路信号设备自动布放技术，通过对信号设备单体模型的创建、线路及站场等站前模型的拼装，探讨了该平台对于铁路信号BIM设计的适用性。研究结果表明：通过对Microstation平台相关软件进行二次研发，能够实现铁路信号站场设备自动布放，布放位置准确，效率较高，对其他铁路设备布放起到借鉴作用。

关键词：铁路工程；铁路信号；Microstation；BIM设计；软件研发；自动布放

1、引言

随着BIM技术的大力发展，相比于BIM技术应用逐渐成熟的建筑业，铁路行业的BIM技术应用还处于探索、发展阶段，铁路工程相比于民建工程，具有体量大、专业多等特点[1]，随着铁路联盟陆续推出《铁工工程信息模型交付标准》、《铁路工程信息模型表达标准》等标准办法[2][3]，铁路工程对BIM技术的使用过程中也有据可依，近年来，BIM技术已在铁路地质[4]、线路[5]、桥梁[6]、隧道[7]、道岔[8]、接触网[9]等工程设计中进行了相关应用，今后BIM技术在铁路工程中必将占据重要的地位[10]。

信号工程通过BIM设计，对信号室外工程，结合站前专业模型，在站场三维模型中按照实际位置布放相应的设备模型，可以有效地发现和解决专业间设备碰撞、遮挡等问题。对室内工程，结合房建模型，对信号机械室设备机柜进行模拟布设，可有效发现和解决空间预留不足等问题[11]。

然而，当前各大BIM设计软件都没有专门对铁路信号BIM设计开发相应的模块，信号BIM设计效率低下，精度不高，影响信号BIM设计的拓展应用。

2、铁路信号站场设备自动布放技术

信号设备的安装在不同地段中应符合铁路建组限界要求、安装整齐；安装高度、机构间距应符合相关标准规定建筑限界要求线路中线的位置关系[12][13]。铁路信号利用三维技术进行信号设备模型自动布设时，需要有站前专业（如站场、路基、轨道、房建等）的参考模型。

铁路站场信号设备包括信号机、转辙机、标志牌、应答器、补偿电容、防护盒、扼流变压器等多种设备类型，每种设备类型又分为多种型号，为实现信号室外设备自动布放，需要把每个设备型号的布放规则存放到数据库，通过对Microstation平台上进行二次开发，读取数据库信息，实现信号室外设备自动布放。具体实现步骤如下：

步骤1、读取站场模型中各股道中线，把股道信息（股道名称、股道类型等）写入模型扩展数据中；

步骤2、选取线路中心线股道，把中心线股道起始里程写入到模型扩展数据；

步骤3、读取设备信息，包括设备里程、设备与股道相关信息、设备名称等；

步骤4、通过设备里程计算该设备在线路中线上的点坐标；

步骤5、求线路中线在步骤4中计算的点坐标的法向量，使用该法向向量建立垂面；

步骤6、求解该垂面与设备股道中线的交点坐标；

步骤7、使用步骤6中计算的点坐标，计算设备所属股道在该点处的法向量；

步骤8、通过设备与该股道位置相关关系信息，使用步骤7的法向向量，计算设备三维空间坐标；

步骤9、使用步骤7的法向量及空间坐标信息计算设备的旋转角度；

步骤10、根基步骤9的点坐标及步骤10的旋转角度，插入设备单元。

2.2、信号设备自动布放用到的关键数据信息如下：

表1：设备信息表

表2股道信息表

2.3、信号设备自动布放技术架构如下

3、结语

本文通过在银西铁路项目中实际应用，使用该方法自动插入的信号站场设备布放位置准确，模型建设效率高，模型信息数据化，为信号BIM设计提供了技术支撑，并对BIM施工、运维提供数据信息。

4、参考文献：

[1]、段熙宾.大型铁路工程BIM设计的探索及实现[J].铁道标准设计，2016（12）：124-127.

[2]、中国铁路BIM联盟.铁路工程信息模型表达标准（1.0版）[S].北京：中图铁路BIM联盟，2017.

[3]、高速铁路信号工程细部设计和工艺质量标准[Q/CR].北京：中国铁路总公司，2018

[4]、刘义勤，杨绪坤．服务于铁路BIM设计的三维地学模拟技术研究[J]．铁道工程学报，2016，33（1）：1-4.

[5]、刘江涛，何娘者．基于Google Earth和BIM的川藏铁路数字选线应用研究[J]．高速铁路技术，2016，7（5）：75-79.

[6]、杨咏漪，徐勇，陈列．沪昆客专北盘江特大桥BIM应用研究[J]．铁路技术创新，2014（5）：54-58.

[7]、王浩．BIM技术在高速铁路隧道设计中的应用[J]．铁路技术创新，2016（3）：75-79.

[8]、康峰，韩峰．基于BIM的三维铁路道岔建模方法研究[J]．铁道科学与工程学报，2017（4）：53-57.

[9]、江传东，韩柱先．BIM技术在阳大铁路接触网设计中的应用[J]．铁路技术创新，2017（1）：72-74.

[10]、刘彦明.基于Bentley平台的铁路桥梁BIM设计系统[J].铁路技术创新，2017（1）：12-14.

[11]、李茂蛟 BIM技术在铁路信号工程设计中的应用研究[J]铁道勘察 2020，46（01），144-149

[12]、铁路BIM联盟.铁路工程信息模型分类和编码标准（1.0版）[S].北京：中国铁路BIM联盟，2015.

[13]、中国铁路BIM联盟.铁路工程信息模型交付精度标准（征求意见稿）[S].北京：中国铁路BIM联盟，2016.

论文作者:赵军甫

论文发表刊物:《基层建设》2020年第1期

论文发表时间:2020/4/21

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