王生旭 霍紅果 張 釗
（中鐵電氣化局集團第一工程有限公司，北京 100070）
為適應時代發展和國家“十四五”發展規劃，發展數字經濟，把握新一輪科技革命和產業變革新機遇，鐵路牽引變電所施工也在積極探索新一代信息技術與工程建造深度融合的智能建造創新模式。牽引變電所施工正在逐步向數字化、自動化、工廠化等智能建造方式轉變，探索構建多專業協同的生產管理平臺，實現BIM 技術在工程建設項目中的全周期規范化應用，完成信息化到數字化轉型。
鐵路牽引變電所施工也正在構建圍繞“智能建造”的電力變電安裝設備體系，實現軟、硬件結合、預配和現場安裝結合、將智能化技術與現代裝備、手段和工藝工法進行有效融合，不斷提升電力變電行業的施工技術水平，從而及早達到工廠化預制、機械化換人、自動化減人的效果。
目前基于集成數據導入、計算、放線、裁剪、壓接、標記、成品打包等功能的智能化軟母線預制平臺已在項目探索應用。運用BIM 信息化技術模擬母線馳度、長度、線夾受力，運用智能激光測距儀、智能平臺實現數據貫通，通過軟件計算數據，平臺精準剪切軟母線，壓接設備線夾，實現工廠化、自動化、智能化的軟母線預制作業。
目前變電所內軟母線檔距測量常規施工基本測量兩側架構掛環間距L 如圖1 所示，通過公式計算導線下料長度。L 測量方法主要有鋼卷尺直接測量法、經緯儀測量法、智能激光測距儀測量法三種測量方法。
圖1 兩側架構掛環間距L
1.1 鋼卷尺直接測量法
測量人員攀登到架構橫梁上，使用鋼卷尺測量母線兩側橫梁掛環之間的檔距尺寸。該種方法測量時，由于是高空作業，勞動強度大，安全風險高，受天氣等環境因素影響較大；
再者尺子因自重會產生一定的弧垂，鋼尺的拉緊度不一，會有測量誤差。
1.2 經緯儀測量法
經緯儀測量時，人員不需攀爬到構架橫梁上，避免了高空作業，同時將掛線點投影到地面后使用鋼卷尺測量，能夠避免了高空測量時產生的測量誤差，并可以保證與帶電設備的安全距離，因此可在改擴建工程中臨近帶電設備的情況下使用。但是此方法操作步驟較為復雜，測量人員需要具備較高的測量水平[1]。
1.3 智能激光測距儀測量法
1.3.1 測量簡要原理
利用電磁波原理測量角度及長度，建立三維坐標系，根據計算公式得出測量長度。
以測量終端位置O 點作為0 點坐標，母線起始段安裝位置為A，終端安裝位置為B，建立三維坐標如圖2 所示。
圖2 三維坐標圖
O：0 點坐標，A：起始段安裝位置，B:終端安裝位置，a:OA 長度，B：OB 長度，C：AB 長度。
根據電磁波測距原理測量出OA 之間的距離a，OB之間的距離b，測量終端在測量A 點、B 點距離的同時，將A、B 點與x、y、z 坐標形成的角度計算出來，得出A點坐標（xa、ya、za）、B 點坐標（xb、yb、zb），AB 之間長度C 如公式（1）所示：
式中xa，ya，za；
xb，yb，zb分別為A 點和B 點的三維坐標。
1.3.2 測量數據預處理
將智能激光測距儀手持端分別與智能激光測距儀、智慧管理平臺互聯，各設備互聯界面如圖3 所示。在數智云管理系統中建立測量工程項目、單位工程，并將軟母線起始端、終止端位置數據導入空間測距軟母線測量工序界面進行處理。
圖3 智能激光測距儀各設備互聯
1.3.3 測量方法
將智能激光測距儀放到指定位置進行調平，按照圖4測量示意圖進行測量，一人將測距儀激光點對準軟母線起始端位置（根據不同架構/設備類型測量位置不同），首先對測距儀進行粗調并鎖定測量鏡頭，通過微調捕捉起始段測量點A，點擊測量，然后打開鏡頭鎖定，捕捉終止端測量位置B，點擊計算，然后點擊發送，數據自動回傳至平臺數據庫，后臺計算人員可隨時查看現場測量狀態和數據。
圖4 測量示意圖
將絕緣子組裝好后（含耐張線夾），為減少測量誤差，將組裝好的絕緣子串吊裝起來進行測量，如圖5 所示。使用鋼卷尺測量從U 形環內側到耐張線夾鋼錨內孔處（即導線鋼芯所達到的位置）之間的距離，測量結果應兩端分別記為S01、S02[2]。
圖5 絕緣子串BIM模擬組裝測量
3.1 壓接式耐張線夾軟母線安裝長度計算
壓接式耐張線夾軟母線下料長度計算一般用公式（2）進行計算。
式中L 每組掛線環內沿之間的凈距；
SO1、SO2絕緣子串的長度；
f 導線的弧垂（按設計數值）；
S1實際安裝長度；
K 根據現場實際金具、瓷瓶、導線及檔距對母線的放量。
3.2 栓接式耐張線夾軟母線安裝長度計算
栓接式軟母線下料長度計算一般用公式（3）進行計算。
式中S 軟母線安裝長度，L、SO1、SO2、f、K 為上文種式（2）描述。
S2導線兩端耐張線夾后面預留的終端尾巴線（一般情況下終端尾巴線預留長度為150mm）S3直接引出的設備連接線。
3.3 導線的長度和弧垂之間的關系簡要分析
軟母線架設后由于母線本身重量及應力關系，在架構掛線點間垂下，形成一條弧形曲線，弧形曲線最低點與理想水平導線之間的垂直距離稱為弧垂（或稱馳度）[1]。
為便于分析，引入公式S0=SO1+SO2-K，S0代入上文公式（2）得出公式（4）
從公式上可以看出導線長度的變化量和弧垂變化量之間的關系。當檔距L 越大或弧垂f 越小，比值變化較大，也就是說較小的導線長度變化將會引起導線弧垂較大的變化。所以，軟母線測量計算時，當設計弧垂很小或檔距較大時，必須嚴格控制導線長度的精確度，否則很容易造成導線弧垂過大，既達不到工藝標準要求，又影響變電所整體美觀度。
3.4 引下線及設備間連線測量
可利用BIM 技術模擬引下線及連接線的弧度、線夾受力情況，并獲取引下線及設備間連線長度。BIM 模擬情況如圖6 所示。
圖6 軟母線引下線BIM模擬
運用具有計算、上傳功能的激光測距儀測量計算軟母線長度，運用BIM 技術模擬測量引線及連接線長度，通過預制平臺進行軟母線剪切、設備線夾壓接，實現放線、測量、裁剪、開孔、壓接、標記、成品打包等全工序自動化工廠預制，提高預制精度和效率。
4.1 數據導入
將設備線夾型號、軟母線設計馳度及相關測量數據導入計算軟件（包括相鄰兩設備接線板凈空距離、軟母線規格型號、設備線夾規格型號、軟母線設計馳度等），通過軟件自動計算軟母線預制及下料長度，自動計算生成預制數據，預制平臺進行軟母線自動送料、剪切、壓接等工作。
預制數據應與智能管理平臺實現數據貫通，貫通數據包括母線編號、材質、型號、測量長度、裁剪長度、金具型號等。
4.2 母線裁剪
母線由輸送機及調直機處理后，消除母線應力，根據預制長度自動裁剪。如果軟母線安裝耐張線夾，先進行首端環切，保留內部鋼芯，待達到設定長度后再進行裁剪斷線，再進行末端環切，保留內部鋼芯。
4.3 線夾壓接
（1）母線經過給料系統調直處理后輸送至壓接系統，機械手按操作時序將線夾放置至預制裝置，進行壓接或栓接，壓接順序由內向外，防止壓接線管內形成氣壓。
（2）壓接時相鄰兩模間鋼管重疊不應小于5mm，鋁管重疊不應小于 10mm，壓接后六角形尺寸為0.866D+0.2mm（D 為壓接鋁管標稱外）[3]。
（3）導線與線夾接觸面均應清除氧化膜并用汽油或丙酮清洗。清洗長度不少于壓接長度的1.2 倍，線夾與導線接觸面涂以薄層電力復合脂[3]。
（4）螺栓型線夾螺栓穿向應一致，線夾水平放置時螺母位于線夾下方[4]。
4.4 標識、包裝、存放
（1）對預制完成的軟母線進行人工復核，包括長度、壓接質量、軟母線有無散股等情況，確認無誤后，利用機器集成的激光打標裝置在軟母線線夾上標記安裝信息，包括編號、安裝位置、長度、生產日期、檢驗員等信息。
（2）可按類型為一個小單元、以所為一個大單元進行包裝并標識。
（3）包裝完成后，以所為單位進行存放。
在牽引變電所軟母線施工過程中，現場一直對軟母線的測量及計算方法進行探索，針對不同施工環境，創新出多種測量計算方法。特別是在BIM 技術、信息化技術與工程建造深度融合的智能建造創新模式下，激光測距儀等新型測量方法的引入，實現數據實時上傳，減少數據記錄及核對工序，大大簡化了測量過程，提高了測量數值的精確度，同時減少了測量時高空作業量，為提高軟母線放線的施工質量提供技術支撐。軟母線智能預配平臺的成功運用，將工廠化預配和現場安裝有效結合，實現變電所關鍵工序裝備智能化、生產自動化，管理信息化，有效減輕勞動強度，提高施工質量和效率，從而達到工廠化預制，機械化換人、自動化減人的效果。
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