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監控巡視系統作為牽引變電所無人值班模式的重要組成部分，其關鍵在于攝像設備的平面布置。監控巡視系統通過多臺攝像設備配合完成全所視頻、報警信號的采集，實現變電所現場巡視、監控和安防的目的。本文基于BIM技術三維仿真模擬監控巡視系統的攝像設備位置及視野，實現精簡化、高效化的監控巡檢系統布置，保證對牽引變電所設備視頻全面覆蓋，同時能夠清晰觀察開關設備狀態等細節，滿足無人值班變電所運行監控巡視的安全需求。將本文平面布置方法應用于西成客運專線牽引變電所無人值班改造工程中，結果表明：該方法適用于高速鐵路牽引變電所無人值班改造，具有借鑒意義，值得研究推廣。
引 言
牽引變電所是牽引供電系統的重要樞紐，安裝有大量的電氣一次、二次設備和通信設備，為保證供電的穩定安全運行，需要對這些設備進行日常的巡視、 監控。無人值班牽引變電所指通過輔助監控系統實現視頻監控、智能巡檢、設備狀態監測等功能，達到實時監控、智能分析及異常告警的目的，從而提高牽引變電所運行設備狀態監測的智能性、實時性、有效性，使鐵路牽引供電可靠性得到有效保證，實現牽引變電所的無人化管理。牽引變電所無人值班輔助監控系統主要由實時監控及巡檢、安全防范及門禁、環境監測、火災報警和動力照明控制5大系統組成，其中實時監控及巡檢系統涉及牽引變電所全覆蓋、重要設備重點監控的要求，因此需要布置大量的攝像設備，如何高效地進行布置設計，是實現視頻監控巡視的關鍵。隨著建筑信息模型（Building Information Modeling， BIM）技術的日益推廣，對牽引變電所內設備精細化、 智能化、信息化的高質量設計提出了更高的要求。李良威等探討了BIM技術在牽引變電所內的應用，盧文波闡述了BIM技術在牽引變電所的電纜敷設工程施工中的具體應用。可見BIM技術對于工程有著巨大的價值和廣闊的前景。本文基于BIM技術提出了一種針對牽引變電所監控巡視系統攝像設備平面布置的方法。該方法利用BIM技術的可視化、參數化等特點，將高速鐵路變電所的平面布置進行BIM建模，再結合軟件的相機參數設置功能，模擬攝像設備視角，通過多視角對比，結合運營單位的日常監控需求，優化傳統的二維平面布 置，為高效設計提供了保證，同時對于施工、后期運營信息化管理具有重大意義。
一 傳統監控巡視系統的平面布置
1.1監控巡視系統的設計原則
監控巡視系統按監控區域可以劃分為：
（1）變電所周界，對周界進行防入侵監視。
（2）變電所高壓進線側。
（3）變電所主變壓器側。
（4）變電所饋線側。
（5）變電所主控室、高壓室等。
在設計過程中，按巡視時間的功能需求，可將巡視方式分為實時監控和定期巡視兩大類別。實時監控相機主要是為了實現安全防范，實時觀測開關設備狀態和儀器儀表數據，其攝像設備布置如表 1 所示。而定期巡視則是為了全面覆蓋所內設備觀測，確定故障設備等內容，但無需實時反映每一刻設備的數據， 其攝像設備布置如表 2 所示。表中數據可根據現場情況實現 1 臺攝像設備觀測多臺對象。
由表 1、表 2 可知，不同設備對攝像機數量需求也不同。依據設備的布置情況，同類型且相鄰的設備在監視時可以共用 1 臺攝像設備，如 3 臺并列布置的隔 離開關，可通過 1 臺定焦相機觀測開關狀態，通過側視圖同時實時觀測 3 臺以上開關的開合狀態。
1.2傳統布置方法
傳統攝像設備布置方法如圖 1 所示。傳統設計方法是利用 CAD 軟件，根據劃分區域、設備監控需求及攝像設備的視野范圍技術參數（如視場角（Field of View，FOV）），為無人值班常用的攝像設備技術參數）， 有針對性地選擇監控和巡視設備，如表 3 所示上述布置方法需要施工現場反復調整攝像機設備安裝位置及角度，以滿足巡視監控要求。
1.3傳統布置方法優缺點分析
傳統的方法主要是基于二維空間設計，對于三維空間的攝像設備的要求往往在設計前期階段不易明確，其優缺點如表 4 所示。
二 BIM技術在巡視監控系統設計中的應用
2.1基于BIM的平面布置方法
在分析傳統布置方法優缺點的基礎上，本文依托 BIM 技術，建立了傳統攝像設備的布置方法，如圖 2 所示。這種流程顯著的優點在于簡化了確認監控全覆蓋的反復驗證過程。基于 BIM 技術建立變電所模型，建立后可以通過攝像設備不同視角檢查對比，確認實施后的視頻覆蓋是否全面，是否存在遮擋情況。
2.2BIM模型中攝像設備視角核對
當設備遮擋時，尤其在變壓器前后現場攝像視角易受影響。但這種遮擋可以通過 BIM 建模模型來模 擬，進而相應調整攝像設備的高度和位置。通過 BIM 軟件中的相機參數來進行模擬，如圖 3 所示，可以更精準地明確攝像設備的位置、方位、信息和焦距，從而確定攝像設備的最佳安裝位置及高度，避免了現場反復核對調整，因此在設計階段引入 BIM 技術可以極大地提高工作效率。
特別是在既有高速鐵路牽引變電所無人值班改造工程中，由于既有鐵路改造資料更加齊全，更易利用這種方法實現無人值班攝像設備的布置，提高施工、監理和運營的效率。
2.3BIM 模型平面布置的重點
綜 上 所 述，基 于 BIM 的 平 面 布 置 方 法 有 以 下 重點：
（1）設備應按等比例建模。由于牽引變電所對于同一線路、同一電壓等級、同一速度等級的設備平面布置方案具有相似性，因此設計可以通過積累、提煉 不同形式變電所的通用性，實際布置時僅需根據設計 圖紙調整設備的位置即可達到 BIM 建模的要求。
（2）對于攝像設備的視角和位置，可通過 BIM 軟件中預設的相機功能的坐標確定。
（3）在 BIM 建模中，可提前預設不同相位的設備標識（顏色、樣式等），便于施工、運營維護后期對比。
（4）在核實攝像設備視角時，應重點考慮存在遮擋可能性的變壓器等大型設備，最終確定攝像設備的平面布置。
三 應用案例
針對西成客運專線工程青林口牽引變電所的無人值班建設需求，鑒于其變電所采用戶外布置，且基本形式一致，計劃在 CAD 圖紙上完成平面布置設計的基礎上，依托 BIM 技術進行精細化、精準化核實確認。根據既有西成客運專線的青林口牽引變電所一 次圖，按照實際運營需求，首先提出牽引變電所攝像設備（含全景相機、定焦槍機、測溫攝像機、云臺攝像機、 球機）的平面布置圖，攝像頭位置示意如圖 4 所示。
基于 BIM 軟件建立了 BIM 模型，變電所饋線側 CAD 立面圖和建立的 BIM 模型側視圖的對比如圖 5 所示，針對幾種特殊位置的攝像設備，核查之前布置的攝像設備情況如下：
（1）圍墻邊安防定焦相機
原方案采用“背對背”方式安裝，導致兩設備間存在視覺盲區（如圖 6 所示），因此最終方案采用“對射” 方式，將攝像設備安裝在圍墻轉角處，最終方式如圖 7 所示，確保了圍墻周邊監控的全覆蓋。
（2）進線側云臺相機
避雷器觀測高度確認時，可以通過 BIM 軟件的相機工具輸入云臺攝像機參數，通過調整位置，明確云臺相機照的最佳安裝位置，實現巡視視角和 220 kV 側的位置，如圖 8 所示。圖中箭頭所指位置為云臺相機位置和視角的成相，從而滿足了進線側觀測避雷器的計數參數的覆蓋要求。
（3）變壓器側全景相機
兩臺變壓器之間的全景攝像可通過配備云臺的攝像設備，利用相機角度調整功能實現視線覆蓋范圍的確認。其中某一角度下云臺設備在 BIM 模型中的模擬視角如圖 9 所示。
通過上述布置優化，最終形成牽引變電所實時監控及巡檢子系統布置，如圖 10 所示。
四 結論
本文基于 BIM 技術，結合攝像設備視角仿真方 法，對攝像設備進行了優化，并在西成客運專線無人值班工程中得到應用，得到主要結論如下：
（1）BIM 技術應用在牽引變電所視頻監控巡視設計中，通過參數外形的建模，存在較好的現場模擬仿真性能，為視頻監控布置打下較好基礎。
（2）BIM 軟件中的相機工具能較好地仿真攝像設備的各種位置、焦距和視角仿真參數，在建模后的視頻監控仿真方面具有較好的性能，可應用于監視巡視攝像機平面布置設計，提高設計精度，避免施工現場重復調整。
（3）該攝像設備平面布置方法不僅適用于鐵路牽引變電所無人值班攝像范疇，對于鐵路沿線信號、 接觸網等設備的視頻監控設計同樣具有一定的借鑒意義。
（4）BIM 建模技術對于后期視頻監控數據聯動具有重要意義，包括視頻數據的捕捉、分析、存儲和數據庫的建立，到最終指導運維人員通過三維模型視野和現場視頻攝像設備的圖像數據比對，更快速高效地分析解決現場問題，在今后的運營實踐中可以進一步研究和深入。
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