自主化快速建模软件Railworks应用与研究——铁科院

自主化快速建模软件Railworks应用与研究由中国铁道科学研究院集团有限公司电子计算技术研究所承建，可提供铁路工程构件设计、线路设计、桥梁设计、隧道设计、路基设计等功能模块。BIM基础数据安全可控，支持多用户、多专业协同自定义参数化创建、版本管理、数据交换、二次开发及一键轻量化云发布等BIM服务。

1、协同工作

可支持多用户同时在线，对同一项目文件实现动态交互，对不同项目文件实现同步工作，达到多用户、多专业协同建模的目标。

2、构件设计

支持变量管理、点线面绘制、实体创建、曲面创建、三维曲线创建、外观材质设置、属性信息附加、入库管理等功能，实现铁路工程路基、隧道、桥梁二维和三维参数化模板构件搭建及管理功能。

3、线路设计

依据线路平曲线表、竖曲线表及断链表等二维设计数据，通过交互式(交点法）和数据导入快速创建两种操作方法，实现具有里程系统的平曲线、竖曲线的二维线路模型创建，并基于平曲线、竖曲线耦合生成三维中心线模型。

4、路基设计

支持基于三维中心线，结合路基专业路基本体、边坡、电缆槽及排水管构件库参数化组合式构件模板，实现路基专业的构筑物设计单元模型的快速创建。

5、桥梁设计

支持基于三维中心线，结合桥梁专业上部结构（含栏杆、电缆槽、盖板等结构）和下部结构（含支座、墩台等结构）等构件库参数化组合式构件模板，实现桥梁专业的构筑物设计单元模型的快速创建。

6、隧道设计

支持基于三维中心线，结合隧道专业洞身、洞门、锚杆、盾构管片等构件库参数化构件模板，实现隧道专业的构筑物设计单元模型的快速创建。

7、版本管理

支持版本管理功能，实现对项目的历史过程进行记录、跟踪、维护和操作。

8、数据交换

支持其他建模软件格式（如ifc、rvt等）文件到Ralworks中，Railworks也可以输出多种格式模型，以供其他程序使用。

9、二次开发

可开放数学函数和几何运算，灵活组织API，将程序做成带输入的功能命令，实现精确的数据控制化几何造型。

Railworks支持数据转化、构件设计、装配设计、桥梁设计、隧道设计、路基设计、站房设计等22个功能模块。是国内基础设施领域首个基于web的BIM参数化快速建模软件，BIM基础数据安全可控，且支持多用户、多专业协同自定义参数化创建与轻量化的BIM服务。通过融合信息模型分类编码、信息交换、IFC、WBS等标准，形成了以快速建模、图形渲染、数据转换、模型管理、标准编码等服务为核心的数字化设计平台。

1、系统架构

Railworks采用云架构模式，系统架构图如图所示。

涉及应用域、服务与支撑域、数据域三方面。其中，应用域可以实现基于WEBGL的三维图形实时渲染，通过数据渲染技术将建模过程中所涉及的大规模图形数据转换为图像。同时考虑到建模阶段存在各专业、各单位的协同合作等问题，以在线建模的方式实现数据转换、零件设计、装配设计及完成最后的工程图。最终将应用领域形成客户端的管理模式，达到项目分享、知识管理、实时沟通、复杂模型检索的目的。同时为深化协同设计的理念，建立了服务与支撑域，主要实现三维在线建模协同设计，其核心业务服务是建模流程、协同设计、项目管理以及项目升级。通过对软件性能的实时监控，优化各配置的协调性以及安全认证授权，形成建模软件的持续集成与发布。构建数据域实现数据的缓存，该模块建立了分布式数据库，将建模的数据信息标准化、统一化存储，实现数据共享。

2、系统工作流程

Railworks平台工作流程为：项目创建（单账户/团队项目）-构件设计（路桥隧轨等）-构件入库-线路设计-构筑物设计（路桥隧轨等），具体流程如下图所示。

3、项目创 建

Railworks数字化平台支持单用户项目和团队项目功能。

单用户和团队项目，皆可通过文件夹方式创建多层级文件结构，满足铁路工程项目树状结构管理需求，且支持将项目文件分享给其他用户、团队，对项目进行公开、私有、复制、删除等操作。其中，团队项目支持多个账户同时对团队中的文件进行编辑，实现对同一项目文件的动态交互，实时查看不同操作者的编辑状态，通过异步功能实现文件操作步骤管理的有序保护并对不同项目文件实现多账号同步实时工作。

4、构件设计

Railworks构件设计具备自主化的造型几何求解约束器，主要包含：基准面设计、草图设计、实体设计、曲面设计、参数化设计、标准与属性设计、外观设计，可满足站前、站后、站房等专业参数化构件库设计需求。

（1）设计通用功能

可通过基准面、二维轮廓、三维实体/曲面造型、曲面实体转换及参数控制等方式，实现二/三维构件库模板几何与约束设计。

基准面设计：构件文档中默认有上视、前视、右视三个基准面，并且支持基准线、基准点创建、基准面移动等操作。

草图设计：包括线、矩形、圆、弧、直口槽、椭圆、多边形、样条曲线、点、文字等几何操作功能以及倒直角、参考线、修剪、延伸、镜像、偏移、转换边界、复制等草图编辑功能。几何约束：包含半径距离约束、水平距离约束、平行距离约束、角度约束、竖直距离约束、垂直几何约束、平行几何约束、相切几何约束、镜像约束等。

实体设计：包含拉伸、旋转、扫描、放样等三维造型基础功能及分割、移动、布尔运算、阵列、镜像、倒角等实体编辑功能，支持铁路复杂构件三维实体设计。

曲面设计：包含拉伸曲面、曲面拔模、旋转曲面、扫掠曲面、放样曲面、边界曲面、平面区域等曲面造型及曲面裁剪、曲面缝合、曲面偏移、曲面延伸和加厚、曲面倒角等操作。

参数化设计：Railworks建模支持参数化功能，在构件创建的过程中，可以快速定义多个变量，变量支持批量导出与导入。通过变量与几何尺寸约束相关联，可实现数据驱动几何造型的目标。

标准应用：融合铁路BIM联盟相关分类、信息交换、WBS等标准， 通过标准结构树，实现构件命名标准化，并支持与模型创建结构树的双向同步功能，形成构件应用所需的分类编码、所属类别、设计信息、施工信息及相关算量信息等数字化标准体系。

外观设计：对创建的实体或者单个平面、曲面进行外观颜色和材质的设置，可在实体列表中一次选择多个实体批量进行设置。对已设置好外观、材质贴图的实体，可使用移除外观的功能对外观进行重置，或使用继承外观的功能继承其它实体对象的外观。

（2）铁路构件设计

路基专业构件设计

路基专业构件设计的主要流程：使用构件文档，在XOZ平面（前视基准面）上绘制路基断面的草图，按照建模标准修改草图的命名，将创建好的路基断面入库。

桥梁专业构件设计

1）桥梁专业下部结构+支座构件：在构件环境，确定原点位置（与线路结合点，一般为两垫石顶面中心）和设计方向（从小里程至大里程方向），使用草图、实体、曲面等功能从上至下可依次创建出下部结构的各个实体构件（支座、垫石、托盘、墩身、承台、桩基、墩身、托盘、顶帽、垫石等），支持根据需要实现参数变量与几何约束绑定及实体构件按照标准进行命名、修改颜色、关联属性。

2）桥梁上部结构（可包含桥面系）：上部结构模板原点默认在桥梁一侧底面中心，桥梁截面草图在XOZ平面，桥梁拉伸方向为Y正方向，拉伸方式为单侧对称；对于斜拉桥、悬索桥等桥梁结构构件，原点同样默认绘制在一侧底面中心，如原点未绘制在底面上，应保证其他桥梁模板的高度与其一致。

3）附属结构创建：在构件环境，可基于上部结构的实体构件创建出附属结构的所有实体构件，将附属结构中的实体构件按照标准进行命名、修改颜色、关联属性即可构件入库。

隧道专业构件设计

1）隧道断面设计阶段：在构件环境，在XOZ平面（前视基准面）上绘制隧道断面的草图，按照建模标准修改草图的命名即可入库。

2）锚杆设计：在构件环境，在XOY平面（上视基准面）上绘制锚杆的草图，按照建模标准修改草图命名即可入库。

3）隧道洞门创建：在构件环境，首先确定好构件创建的原点位置（如图所示）和设计方向，使用草图、实体、曲面等功能在逐步创建出下部结构的各个实体构件，给隧道洞门中的每一个实体构件按照标准进行命名、颜色外观设计、关联属性后，即可入库。

（3）构件库

1）对构件进行分类管理，包含私有库、公有库和项目库。输入构件名称、选择构件入库专业类别、库别及构件变量将实现构件入库操作。

2）在装配文档中点击“插入参数化构件”的功能按钮，即可根据分类弹出所有已入库的“构件”，支持查看几何参数和信息属性、编辑或删除等操作。

（4）线路设计

导入整理好的平曲线数据表、竖曲线数据表，可生成线路平曲线、竖曲线，并形成三维线路中心线。通过输入中心线起点里程数据、断链方程，可完成里程、断链的添加。

5、构筑物设计

（1）线路应用

进入工点构筑物装配环境，导入三维设计线路模型，为快速工点设计提供骨架支撑。

（2）路基快速设计

在装配文档下，选择所插入的中心线，输入路基起始、终止里程和模板，即可完成路基的快速创建，支持多断面设计和表格数据导入快速设计等功能。

（3）桥梁快速设计

根据整理好的工点模型桥墩数据表格，可在线路中心线上快速生成全桥桥墩模型。依托下部桥墩和布跨公式，选择对应桥梁模板、输入高程差等参数，可实现桥梁模型快速创建。

（4）隧道快速设计

在装配文档下，选择所插入的中心线，输入路基起始、终止里程和模板，即可完成隧道的快速创建，支持多断面设计和表格数据导入快速设计等功能，同时支持锚杆、盾构、洞门工点创建。

6、版本管理

用户可通过版本管理（构件环境及装配环境都有）功能，创建分支、节点，对项目的历史过程进行记录、跟踪、维护和操作。

7、数据交换

支持其他建模软件格式（如IFC、RVT、IGES、CATIA、OBJ等）文件导入到Railworks中，Railworks也可以输出多种格式模型，以供其他软件使用。同时，创建完成的构件模板或工点构筑物模型可通过 “一键发布云服务”功能，进行模型轻量化发布处理。

8、二次开发

通过 Railworks二次开发，用户可以自动化执行任务，完成手动交互式建模难以实现的复杂操作；引入数学函数和几何运算，支持更精确的线条拟合；参数式生成模型，将程序做成带输入的命令，分享给平台其他用户使用；灵活组织API，实现系统默认未提供的建模功能，实现精确的数据控制化几何造型。

9、工程出图

在工程图环境下，可实现工程出图。支持平立剖及三维视图、标记注释、视图浏览和图纸输出（支持pdf、dwg等格式）功能。