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基于BIM技术的铁路线路建模方法研究

发布于:2023-08-02 16:11:02 来自:BIM技术/轨道交通BIM [复制转发]

   

   

   

铁路建设是我国重要的基础建设项目之一,正处于新一轮的建设高潮。传统地形测绘对于复杂铁路线路环境具有局限性,利用BIM技术的可视化、可模拟性等特性能够克服该局限性。本文研究基于BIM技术的铁路线路建模方法,应用参数化建模理论,将模型特征和内部规则参数化,以铁路桥梁和道岔为建模对象,建立三维模型及模型间的信息关系。通过创建不同类型铁路线路的参数化BIM模型及装配方法,实现铁路线路的三维表达与工程信息化。
   


   

   

   


   
 引 言    

   
当前,计算机技术在各领域的应用逐渐深入,在铁路选线设计方面,计算机的应用大大减轻了线路设计工作量,项目应用越来越普遍,极大提升了设计效率。

但目前线路设计方面的计算机相关软件,仍然以二维设计为主,在直观性和参数化方面还有待深入开发。随着项目设计需求的多样性和持续开发性,越来越需要利用三维软件进行铁路线路方面的设计及深入开发。尤其是铁路线路的平面、纵断面、横断面之间的关系,如何能够一目了然的在图纸上显现,是进行三维设计的关键所在。基于这一思想,本文研究利用AutoCAD和Civil3D平台、AutodeskRevit平台,研究基于建筑信息模型的铁路线路三维建模方法。



     
一 铁路工程BIM设计成果集成技术    

     
BIM   是利用数字化技术   ,   建立虚拟的建筑工程   三维模型   ,   提供完整的   、   与实际情况一致的建筑工   程信息库   。   信息库包含描述建筑物构件的几何信   息   、   状态信息及专业属性   ,   还包含了空间   、   运动行   为等非构件状态信息   。   通过该建筑信息的三维模   型   ,   能够使整个建筑模型化   、   直观化   、   信息化,   同   时为建筑工程的相关方提供信息共享和交换的信息   化平台   ,    便于日后的查询和维护   。

  目前   ,   国内外有很多进行BIM   设计的软件   ,   常用的有Autodesk   公司的建筑设计软件Revit   、Graohisoft   公司的Archicad   、   土木工程设计软件Civil3D   等   ,   这些软件不仅可以建立三维模型   ,   还   能将建筑物构件的几何信息   、   状态信息及专业属性   等数据内嵌   、   表   达   ,   建立与实际情况一致的建筑工   程信息库   。

  在如火如荼的国内外铁路建设中   ,BIM   技术应用   越来越成为一种趋势   ,   而且已经有很多成功的案例   ,   如哈尔滨西火车站项目   、   西安地铁控制营中心项目   、   香港地铁部分项目   、   中老铁路等   。   这些铁路工程实践   经验表明   ,   利用BIM   技术具有优越性   ,   与以往的平面   图形设计相比   ,   利用BIM   直观表达建筑物的特征   ,   同   时在铁路线路设计方面   ,   简化了桥梁   、   轨道等立体建   筑设计   ,   缩短了设计周期   ,   同时可以表达建筑信息   ,   有利于整个工程的信息建设   。


     
二 铁路线路及建模    

     
1.铁路线路结构

铁路线路是由路基、桥隧建筑物和轨道组成的整体工程。 铁路线路分为正线、岔线、段管线、站线及特别用途线。 正线是连结车站并贯穿或直股伸入车站的线路。 岔线是在区间或站内接轨,通向路内外单位的专用线。 段管线是机务、电务、供电、工务等段专用并由其管理的线路。 站线是到发线、牵出线、调车线、装卸线、货物线及站内指定用途的其他线路。 特别用途线是安全线和避难线。


根据线路意义及其在整个铁路网中的作用,划分为3个等级:

Ⅰ级铁路:在铁路网中起骨干作用的铁路。用于保证全国运输联系,具有重要政治、经济、国防意义。远期国家要求的年输送能力大于800万t。

Ⅱ级铁路:在铁路网中起联络、辅助作用的铁路。具有一定的政治、经济、国防意义。远期国家要求的年输送能力大于等于500万t。

Ⅲ级铁路:具有地方意义的铁路,为某一地区服务。远期国家要求的年输送能力小于 500万t。


轨道是铁路线路的基本及主要组成部分,根据结构形式不同,一般分为有砟轨道和无砟轨道两种形式。这两种轨道形式均为保障列车在铁路线路上平稳运行。相对有砟轨道,无砟轨道更为平顺、有利于提高列车运行的平稳性。

2.参数化建模理论

参数化建模是当前应用逐渐广泛的一种建模方法,并且逐渐占据主导地位。 其本质是用参数来描述设计项目时所需要使用的各种规则、需求以及方法等信息,并且参数是可以调整的。 参数化建模,首先要对模型进行形体分析,而零件是由基本特征组成的。 进行参数化建模时,往往利用基本特征,基本特征的主特征包括长方体、圆柱体、球体等基本几何元素。 因此在进行参数化建模时,要将模型分解为基本的几何元素,或者通过布尔运算组成。 一般大型项目首先要建立常见的模型族库,以便调用,提高设计效率。 常见的参数化建模方法有以下3种。


(1)过程构造法

三维模型往往由一级或者多级子模型经过数次计算组合而成。所以可以将三维模型进行拆解。过程构造法,是先了解模型的基本构成,然后了解其先后次序和连接关系, 最后生成历程树。过程构造法可以运用于三维实体这类复杂的模型建模,而不用求解非线性方程。


(2)变量几何法

变量几何法根据几何约束而来,将几何体分解为许多特征点,特征点可以视为变量,特征点之间的关系就是几何约束,从而生成非线性方程组。可以改变特征点,也可以改变约束关系,通过迭代求解方程组,得到新的几何模型。


(3)规则法

规则法是基于几何推理,类似于变量几何法,其中约束关系使用一阶逻辑词描述, 并存入事实库中,在推理机工作下,将规则库里相应的规则应用在现实中,也可以根据现实推理出约束关系。



     
三 基于BIM的铁路线路结构建模    

     
根据参数化建模理论, 可以将各种规则、 需求以及方法等信息用可以根据实际需要而改变的参数来描述。因此对于铁路线路结构, 根据不同对象,将其特征和内部规则进行参数化表示。本文以桥梁和道岔为例,分析如何进行参数化建模。
1.三维桥梁建模

首先使用土木工程软件Civil 3D,设计路基、桥梁、地形地貌等模型,箱梁模型见图1。


图1 箱梁模型


然后使用Revit内置插件功能,通过“土木工程结构”插件,将Civil 3D设计的模型加载到Revit中,见图2。


图2 通过Civil 3D加载到Revit中


在Revit软件中,通过二级界面,可以对平面线形、横断面、纵断面、路基等进行参数设定。然后利用Revit软件自动生成对应的体量模型,见图3。


图3 利用Revit软件自动生成的体量模型


这样便可将两个软件联系起来,充分发挥两个软件的优势,建 立包含参数的三维模型,不仅可以直观表达模型特征,还可以建立模型间的信息关系。

2.三维道岔建模

道岔是使机车车辆从一股道转入另一股道的线路连接设备,通常在车站、编组站大量铺设。建立三维数字化道岔模型,可利用AutoCAD,3DSMAX等软件建模,使用工具包编辑建模、从现有模型数据库中调用等,道岔的建模视图和元素,建模过程见图4。可采用如下方法:


图4 铁路道岔建模过程


(1)利用Civil 3D建立道床、轨枕、联接零件等的三维实体模型,护轨撑板见图5。


图5 护轨撑板


(2)对Civil 3D进行二次开发。使用Visual Basic编辑器,编写程序,实现道岔的交互界面。


(3)按照道岔型号和轨道类型,完成所需道岔的实体组装,辙叉模型见图6。


图6 辙叉模型


这样就使得道岔部件之间相互关联,并组装不同型号的道岔模型。


     
四 总结    

     

铁路线路三维建模是实现铁路线路三维可视化的基础,也是本文的主要研究内容。本文对铁路线路三维建模过程中的一些关键方法进行了研究分析,并提出了对应的解决方案,铁路线路的三维可视化设计,为铁路设计方案的招投标审查,设计方案审查与评估、 铁路设计方案环境影响评价等工作提供了确切的可视化手段。

  • dragonliao125
    dragonliao125 沙发

    正向BIM是大趋势,翻模设计BIM只能检查错漏碰缺

    2023-08-02 18:05:02

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