CN109766648B - 基于bim技术的牵引变电所导线预制安装施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铁路牵引变电所施工领域，尤其涉及一种运用BIM技术对牵引变电所导线架设进行精确计算并对进行预制安装的施工方法，具体为基于BIM技术的牵引变电所导线预制安装施工方法。本发明的目的在于提供一种基于BIM技术的牵引变电所导线预制安装方法，通过在BIM软件中真实反映施工现场情况并计算导线安装所需参数，校验安装设备绝缘距离，从而为导线、相关设备（金具、绝缘子）的预制安装提供准确的安装参数，并且使得导线架设工作不受设备到货时间影响，减轻工期压力，减少金具、材料损耗。

Description

基于BIM技术的牵引变电所导线预制安装施工方法

技术领域

本发明涉及铁路牵引变电所施工领域，尤其涉及一种运用BIM技术对牵引变电所导线架设进行精确计算并对进行预制安装的施工方法，具体为基于BIM技术的牵引变电所导线预制安装施工方法。

背景技术

BIM技术具有三维仿真的特点，能够将施工现场相关要素在BIM软件三维空间中计算仿真，并能够对建筑及金具相关设备进行碰撞检查。在传统的牵引变电所内软母线安装过程中，设计图纸会给定跨距、高度和弧垂等设计参数，而实际施工过程中，往往需要主变压器、断路器等安装设备实际到货后根据其实际尺寸，结合给定设计参数从而计算安装参数，如软母线下料长度和线夹等金具相关设备的安装位置等。这就造成了将大量计算、测量工作推迟到货物到场后计算，给施工工期带来较大压力。在计算同时还需考虑既有、已完工设备或建筑的位置，留出足够的绝缘距离，由于不在同一个平面内，传统计算方式难以达到要求。所以就导致了现场安装时需要一边试装，一边测量，一边计算，由于平面计算的局限以及必要的试装过程，还经常导致T型线夹等各类金具的损耗，同时反复调整也会造成成品质量有所欠缺，给后期运营维护带来麻烦，安装效率较低，安装效果差。

相比传统平面计算结果，在BIM软件中能够更加真实的反映软母线等软导线的实际物理形态，在软件中通过仿真，精确计算出导线长度和驰度等数据以及安全绝缘距离，能够减少金具材料的损耗，避免现场反复试装，实现相关设备、导线的预制安装。因此，需要发明提供一种利用BIM软件进行牵引变电所导线架设工作的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于BIM技术的牵引变电所导线预制安装方法，通过在BIM软件中真实反映施工现场情况并计算导线安装所需参数，校验安装设备绝缘距离，从而为导线、金具相关设备(绝缘子、耐张线夹)的预制安装提供准确的安装参数，并且使得导线架设工作不受设备到货时间影响，减轻工期压力，减少金具、材料损耗。

本发明是通过以下技术方案实现的：基于BIM技术的牵引变电所导线预制安装施工方法，包括以下内容：

步骤1、牵引变电所BIM建模：利用Revit及substation对牵引变电所建筑、金具相关设备和软导线分别建模；

步骤2、BIM模型参数化：为软导线模型以添加参数的方式嵌入软母线下料长度计算公式；

步骤3、测量校核：选取牵引变电所内一标准跨进行试装，在标准跨的左右两立柱悬挂点悬挂软导线后在标准跨裆内任意一点架设全站仪并校准，结合激光测距仪对跨距L、全站仪架设点位置、全站仪水平高度进行观测，激光测距仪测得全站仪架设点位置到邻近立柱的距离L′、全站仪架设点位置到邻近立柱悬挂点的垂直距离a和软导线左右两个悬挂点的高度差h，将L、L′、a、h以及弧垂设计值F代入到仰角θ计算公式中去，计算公式如下：

通过计算得到仰角设定值，调整软导线S的长度，用全站仪观测θ的值，当观测的θ值与仰角设定值吻合时，拆下软导线，记录此时的软导线的长度S；

步骤4、计算修正值：根据公式及测量数据反推经验参数K值，计算公式如下：下料长度及修正参数计算公式：S＝L-SQ1-SQ2+8/3×F²/L+K；将弧垂F和步骤3最终确定的S代入下料长度及修正参数计算公式求得修正参数K值，SQ1、SQ2为软导线左右两侧绝缘子串的长度，牵引变电所内同规格标准跨的经验参数K值相同；

步骤5、BIM模型计算仿真：将所建各个模型在BIM软件中进行整合，形成牵引变电所整体模型，将计算诸元(修正参数K值、SQ1、SQ2、F、L)输入整体模型中进行计算，得到其他同规格标准跨所悬挂软导线的长度，根据计算结果检查导线物理形态，读取弧垂参数，检查是否满足软导线弧垂设计要求；

步骤6、校验安全距离：在BIM软件中以软导线、耐张线夹、引下线连接形成的带电体为轴心、绝缘距离为半径，建立带电体绝缘模型，与牵引变电所整体模型中要求绝缘部分进行碰撞检查，无碰撞则校验合格；

步骤7、设备及导线预制:将软母线、耐张线夹、绝缘子、T型线夹等金具按照模型读取数值及安装方式在地面进行预制，制成导线串以便后续安装；

步骤8、现场安装：将预制好的导线串进行悬挂安装。

本发明与现有技术相比具有以下优点：利用全站仪配合激光测距仪进行测量定位，相比人工测量效率大大提高，减少高空作业次数，不影响已完工设备和既有设施。将计算功能内嵌入BIM模型中，对导线、构架、设备等进行计算仿真，有效避免了传统牵引变电所导线架设施工中反复拆装，容易造成材料损耗的问题，在软件三维空间中进行计算模拟，相比二维平面计算更加精准。利用BIM技术碰撞检查的功能，校验绝缘安全距离,避免安装时反复调整，在设备安装前即可对成品进行优化。减轻现场施工工期压力，减少材料损耗，降低人工成本，提高施工效率。

附图说明

图1是本发明的方法流程图。

图2是本发明的测量方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明：如图1所示，基于BIM技术的牵引变电所导线预制安装施工方法包括以下步骤：

步骤1、建立牵引变电所BIM模型：根据设计图纸，选择合适的BIM软件进行建模，如使用Revit软件进行牵引变电所建筑及场地建模，设置施工平面轴网对构架及其基础、设备、建筑主体等精确定位。软导线、相关设备在软件中分别使用自适应常规模型以及将模型以I-model格式导入Substation软件中使用专用模型对软导线、相关设备建模，建模时应选取对应的模型属性以及连接件规则，便于后续计算直接调用。建模完成后以项目文件或图纸集的格式保存备用。

步骤2、BIM模型参数化：BIM模型本身具有通过参数驱动形状的能力，通过自适应常规模型的方式建立软导线模型，结合样条曲线功能对导线的驰度特性进行仿真，将计算公式中的各个参数分别以共享参数和实例参数的形式添加至模型中，软导线模型中采用尺寸标注和添加计算公式的方式进行驱动，绝缘子、耐张线夹等金具设备根据参数特性选择对齐锁定、IF语句的方式驱动。计算结果单独设置传递特性参数(共享属性)，以便从模型中直接读取数据值，从而实现给定安装参数，软件自动建模的功能。参数设置完成后输入给定数据校验参数设置是否正确，确保后续计算过程的准确。

步骤3、测量校核：由于所内跨间高差较小，为避免高空作业，减少安全风险，采用“裆内角度法”进行测量，测量方法如图2所示，选取牵引变电所内一标准跨进行试装，在标准跨的左立柱悬挂点A、右立柱悬挂点B悬挂软导线后在裆内任意一点架设全站仪并校准。结合激光测距仪对跨距L，悬挂点高度、全站仪架设点位置、全站仪水平高度等进行观测，并记录数据备用，准备下一步计算。激光测距仪测得全站仪架设点位置到左侧立柱的距离L′、全站仪架设点位置到左侧立柱最高点的垂直距离a和软导线左右两个悬挂点的高度差h，将L、L′、a、h以及设计弧垂F代入到仰角θ计算公式中得到仰角设定值，调整软导线S的长度，用全站仪观测θ的值，当观测的θ值与仰角设定值吻合时，拆下软导线，记录此时的软导线的长度S，仰角θ计算公式为：

式中F为软导线弧垂设计值，±取值规则如下：当标准跨的另一端悬挂点高于全站仪所在塔位的悬挂点时(即左侧悬挂点A低于右侧悬挂点B)取“+”，低于全站仪所在塔位的悬挂点时(即左侧悬挂点A高于右侧悬挂点B)取“-”，仰角θ表示全站仪测量基准面和导线悬挂后最低点的夹角。

步骤4、计算修正值：根据公式及测量数据反推经验参数K值，计算公式如下：

(1)下料长度及修正参数计算公式：

S＝L-SQ1-SQ2+8/3×F²/L+K

计算过程为：将F和步骤3最终确定的S代入公式求得修正参数K值，SQ1、SQ2为软导线左右两侧绝缘子串的长度，牵引变电所内同规格标准跨的经验参数K值相同，从而得到同一规格标准跨的下料长度计算公式(1)，此公式可直接用于计算。

步骤5、BIM模型计算仿真：根据得出的当前跨公式(1)，将计算诸元以可变参数的形式添加至模型中，通过模型自动计算得出实际安装参数，驱动模型中软母线发生变化，仿真实际安装时的物理状态。项目文件添加全局参数，与计算结果直接关联，可通过明细表，数据统计表功能将计算结果汇总并输出文本格式，方便后续预制工作使用。

步骤6、校验安全距离：通过BIM技术校验安全距离的原理是以软导线、耐张线夹、引下线连接形成的带电体为轴心，绝缘距离为半径，在空间三维旋转建立实体模型，并与周边物体进行碰撞检查，以确认带电安装设备与周围物体是否满足绝缘要求。Substation软件已将上述功能以模块的形式嵌入到软件中，在模型导入后，直接选取碰撞主体和碰撞范围即可校验安全距离。也可在其它的BIM软件中根据上述原理建立实体模型进行碰撞。校验计算通过后即可读取模型参数进行软母线预制。

步骤7、相关设备及导线预制：由测量算出所架设的软母线两端耐张线夹销钉中心间长度S，加上两端预留的长度(SQ1、SQ2)，作为软母线下料的实际长度。将线盘中导线拉出足够长度并理顺调直，截取下料长度后标定两端销钉孔中心位置并安装耐张线夹、缠绕铝包带。估算引下线位置，安装并沟或T型线夹并预紧，最后将耐张线夹两端绝缘子连接即可。需要特别说明的是由于计算时采用的是不含预留导线的简单悬挂抛物线模型，预留部分应按照施工相关规范要求做预留或截取处理，耐张绝缘子的长度，要按实际长度逐串测量。

步骤8、现场安装：将预制好的母线运至安装现场，在同一档距内两侧母线构架上，安装开口滑轮和挂线滑车。滑轮安装在母线终端侧，滑车安装在便于紧线或进行弛度调整一侧，安装位置在横梁挂线环左右均可。用大绳先将母线终端侧的绝缘子串绑扎牢固，经滑轮吊起，固定在横梁相应的挂线环上。母线另一侧采用上述方法，用大绳经固定在横梁上的滑车把母线拉起来，固定在横梁相应的挂线环上。悬挂固定后，调整预紧的并沟线夹或T型线夹，配合测量观测将线夹上紧，导线安装完成。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的技术人员，在本发明技术原理范围内可以对使用软件，添加参数和计算方式，现场安装方式等做出改变，这些改变和选择也应在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.基于BIM技术的牵引变电所导线预制安装施工方法，其特征包括以下内容：

步骤1、牵引变电所BIM建模：利用Revit及substation对牵引变电所相关设备和软导线、建筑分别建模；

步骤2、BIM模型参数化：为软导线模型以添加参数的方式嵌入软导线下料长度计算公式；

步骤3、测量校核：选取牵引变电所内一标准跨进行试装，在标准跨的左右两立柱悬挂点悬挂软导线后在标准跨档内任意一点架设全站仪并校准，结合激光测距仪对跨距L、全站仪架设点位置、全站仪水平高度进行观测，激光测距仪测得全站仪架设点位置到邻近立柱的距离L′、全站仪架设点位置到邻近立柱悬挂点的垂直距离a和软导线左右两个悬挂点的高度差h，将L、L^′、a、h以及代入到仰角θ计算公式中得到仰角设定值，调整软导线S的长度，用全站仪观测θ的值，当观测的θ值与仰角设定值吻合时，拆下软导线，记录此时的软导线的长度S，仰角θ计算公式为：

式中F为软导线弧垂设计值；

步骤4、计算修正值：根据公式及测量数据反推经验参数K值，计算公式如下：下料长度及修正参数计算公式：S＝L-SQ1-SQ2+8/3×F²/L+K；将F和步骤3最终确定的S代入下料长度及修正参数计算公式求得经验参数K值，SQ1、SQ2为软导线左右两侧绝缘子串的长度，牵引变电所内同规格标准跨的经验参数K值相同；

步骤5、BIM模型计算仿真：将所建各个模型在BIM软件中进行整合，形成牵引变电所整体模型，将计算诸元输入整体模型中进行计算，得到其他同规格标准跨所悬挂软导线的长度，根据计算结果检查导线物理形态，读取弧垂参数，检查是否满足软导线弧垂设计要求；

步骤6、校验安全距离：在BIM软件中以软导线、耐张线夹、引下线连接形成的带电体为轴心、绝缘距离为半径，建立带电体绝缘模型，与牵引变电所整体模型中要求绝缘部分进行碰撞检查，无碰撞则校验合格；

步骤7、设备及导线预制:将软导线及金具相关设备按照模型读取数值及安装方式在地面进行预制，制成导线串以便后续安装；

步骤8、现场安装：将预制好的导线串进行悬挂安装。

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