城市地下管線三維快速建模技術(shù)研究及應(yīng)用

葉輔成

摘 要：隨著我國(guó)城市化建設(shè)步伐的逐漸增快，地下管線的分布愈發(fā)繁雜，原有的二維圖形已經(jīng)幾乎不能呈現(xiàn)各個(gè)管線分布的實(shí)際情況，而通過二維向三維的不斷發(fā)展與延伸，不僅可以有效改善二維圖形中存在的缺陷與問題，還能通過三維模塊的應(yīng)用，對(duì)城市地下管線展開詳細(xì)的分析與研發(fā)，并且將最終研發(fā)的結(jié)果應(yīng)用于我國(guó)地下工程建設(shè)中，已經(jīng)初步取得了較好的成績(jī)和效用。

關(guān)鍵詞：地下管線 三維建模 核心技術(shù) 研究應(yīng)用

地下管線不僅是城市地下最為關(guān)鍵的工程建筑，還是確保城市正常運(yùn)行的重要基礎(chǔ)。隨著我國(guó)城市化建設(shè)的快速發(fā)展，地下管線空間的分布也愈發(fā)復(fù)雜，原有的二維圖形技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足呈現(xiàn)出地下管線空間分布的復(fù)雜情況與關(guān)系，尤其是對(duì)地下空間縱向管線分布的表達(dá)更為困難。二維圖形技術(shù)所呈現(xiàn)出的圖形多為平面圖，這種技術(shù)通常只能將某個(gè)點(diǎn)或者是某個(gè)重疊線，相交線以及特定的標(biāo)注作為其表達(dá)方式，因此也就無(wú)法落實(shí)地下管線的具體位置，對(duì)施工設(shè)計(jì)造成一定的影響。反觀三維建模技術(shù)便可以充分解決這一現(xiàn)象與問題，更直觀的為人們呈現(xiàn)出地下管線的具體位置和實(shí)際情況，所以三維建模技術(shù)的廣泛應(yīng)用已是必然趨勢(shì)。

1.城市地下管線三維快速建模的相關(guān)研究

現(xiàn)階段三維建模的方式多種多樣，相對(duì)較為完善的軟件以及相關(guān)模塊也相對(duì)較多，比如Pro / Engineer，Solidworks，3ds Max，CAXA以及UG等應(yīng)用都十分廣泛，其雖然針對(duì)形狀較為繁雜的模型設(shè)計(jì)和相關(guān)構(gòu)建的應(yīng)用效果較為良好，但是其應(yīng)用價(jià)格相對(duì)較高，并且由于其具有一定的復(fù)雜性和困難性，因此對(duì)城市地下管線的實(shí)際探測(cè)的可適用性相對(duì)較低。通常城市地下管線探測(cè)最終的三維模型主要是用于對(duì)地下管線的質(zhì)量檢查，便于提升施工作業(yè)的準(zhǔn)確度和精細(xì)度，其中多數(shù)設(shè)計(jì)要求會(huì)高于細(xì)節(jié)處理的標(biāo)準(zhǔn)需求，其主要作用就是落實(shí)從二維平面到三維快速建模的轉(zhuǎn)化以及對(duì)繁雜地下管線空間分布的具體呈現(xiàn)。由于城市地下管線在實(shí)際探測(cè)中具有一定的特殊性，因此大部分技術(shù)者會(huì)合理運(yùn)用AutoCAD軟件中的三維模塊對(duì)二維平面展開進(jìn)一步開發(fā)，從而達(dá)到三維快速建模的目的，并提升實(shí)際效果。

2.三維建模技術(shù)

現(xiàn)階段地下管線三維建模技術(shù)應(yīng)用極為繁雜，以下將對(duì)部分技術(shù)展開簡(jiǎn)略分析。

2.1高精度自動(dòng)化建模技術(shù)

現(xiàn)階段地下管線三維建模主要是將各個(gè)管線普查數(shù)據(jù)作為其三維建?；A(chǔ)，通常管線普查數(shù)據(jù)是由多個(gè)管線段以及管點(diǎn)所構(gòu)成，具有對(duì)象多，數(shù)據(jù)信息量大等特性，通常地下管線最終的三維模型會(huì)在許多工程項(xiàng)目中廣泛應(yīng)用。由于三維立體模型對(duì)于細(xì)節(jié)質(zhì)量和精細(xì)度的需求標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)較高，現(xiàn)階段無(wú)論是純手動(dòng)或是半自動(dòng)的三維建模技術(shù)雖然都能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)需求，但是存在建模周期長(zhǎng)，造價(jià)高以及效率低等多種問題缺陷，而高精度自動(dòng)化建模技術(shù)便可以極大程度的改善這一問題，并且已經(jīng)逐漸成為地下管線三維建模技術(shù)的主要技術(shù)之一。

2.2局部三維模型快速更新技術(shù)

隨著我國(guó)社會(huì)城市化建設(shè)發(fā)展的逐漸增快，地下管線工程項(xiàng)目也逐漸增多，原有的手動(dòng)三維更新技術(shù)以及技術(shù)整體更新覆蓋已經(jīng)無(wú)法滿足當(dāng)前地下管道三維建模技術(shù)的使用和管理了。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)各個(gè)軟硬件、系統(tǒng)以及三維可視化現(xiàn)代技術(shù)的逐漸完善，地下管線局部三維模型快速更新技術(shù)已經(jīng)逐漸變成三維模型更新的高效方式之一，并已經(jīng)取得了初步成果。

2.3地面上下三維模型無(wú)間隙集成技術(shù)

當(dāng)前若想更好的應(yīng)用和呈現(xiàn)出更好的三維模型，不但需要對(duì)地下管線空間分布進(jìn)行充分的了解，地面上三維模型的建造也極為重要。由于現(xiàn)階段城市地上三維模型建模數(shù)據(jù)的精確度，建模方式以及模型精細(xì)度和準(zhǔn)確度都與地下管線三維建模的條件要求有所區(qū)別，而這些因素對(duì)城市地下管線模型的有效應(yīng)用都十分關(guān)鍵，因此地面上下三維模型無(wú)間隙集成技術(shù)便受到了廣泛應(yīng)用，并獲得了一致好評(píng)。

2.4三維模型呈現(xiàn)技術(shù)

為了能夠有效改善三維模型的呈現(xiàn)效果，通常城市地面上的三維模型多數(shù)會(huì)運(yùn)用構(gòu)建天空球，以及打燈烘烤等多種方法來(lái)提升三維模型的真實(shí)感，然而由于地下管線多數(shù)都具有一定的分散性以及隱蔽性等多種特性，因此三維模型對(duì)于信息表達(dá)和呈現(xiàn)方面的難度也有所提升。由于地下管線三維模型多數(shù)會(huì)將黑色或是其他多種純色作為其背景顏色，因此地下管線三維模型的整體效果無(wú)法獲得更好呈現(xiàn)，而三維模型呈現(xiàn)技術(shù)可以通過創(chuàng)建路槽的呈現(xiàn)方法，提升地下管線三維模型中各個(gè)對(duì)象之間相互的三維立體關(guān)系，增強(qiáng)視覺效果和表達(dá)效果。

3.城市地下管線三維快速建模

3.1創(chuàng)建完善的地下管線三維數(shù)據(jù)庫(kù)

按照相關(guān)規(guī)定程序，底線管線探測(cè)應(yīng)該對(duì)每個(gè)地下管線的實(shí)際敷設(shè)情況進(jìn)行充分的了解，也就是說(shuō)對(duì)每條管線在地面上的埋藏位置以及投影位置進(jìn)行確定，然后當(dāng)探測(cè)作業(yè)結(jié)束后，對(duì)每個(gè)地下管線的實(shí)際情況以及信息數(shù)據(jù)進(jìn)行樹立創(chuàng)建相應(yīng)的三維數(shù)據(jù)庫(kù)，由此便于對(duì)地下管線三維快速建模數(shù)據(jù)的應(yīng)用與管理。

3.2地下管線三維模型簡(jiǎn)化

對(duì)于地下管線三維模型的實(shí)際應(yīng)用而言，其從本質(zhì)上而言并不需要過多的細(xì)節(jié)，并且就三維立體模型而言其相對(duì)具有一定的規(guī)則性，所以在CAD平臺(tái)的應(yīng)用下，可以有效落實(shí)對(duì)地下三維模型簡(jiǎn)化，實(shí)現(xiàn)快速建模的目的。

通常地下管線三維建模流程主要分為管點(diǎn)建模以及管線建模兩部分。

（1）管點(diǎn)建模信息數(shù)據(jù)：通常地下管線三維建模中管點(diǎn)建模主要包含三維坐標(biāo)，附屬建筑物以及井的直徑和深度。根據(jù)多項(xiàng)調(diào)查表明，管點(diǎn)建模通常會(huì)對(duì)相對(duì)較為明顯的方形井以及圓形井進(jìn)行建模，并且其模型實(shí)體物為對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)方體及圓柱體。

（2）管線建模：通常管線的起點(diǎn)與終點(diǎn)，管線埋藏深度，管線尺寸長(zhǎng)度，管線敷設(shè)方法以及三維坐標(biāo)都屬于管線建模的范圍之內(nèi)。多數(shù)管線建模都是對(duì)方形管塊，管溝以及圓形管道展開建模，其三維模型的實(shí)體也相應(yīng)的為長(zhǎng)方體及圓柱體。

4.城市地下管線三維建模實(shí)體

城市地下管線三維建模的主要作用和內(nèi)容就是可以正式的將地下管線空間的分布情況以及實(shí)際位置進(jìn)行真實(shí)的反饋，通常AutoCAD軟件用來(lái)繪制二維管線圖是極為方便快捷的，但是若是在該軟件中繪制三維管道立體圖的話，便只可以運(yùn)用XOY平面先繪制三維管道的各個(gè)切面圖，再展開拉伸，而這雖然對(duì)三維建模形成了一項(xiàng)的局限性，卻對(duì)城市地下管線三維模型的研發(fā)及繪制并不造成影響。因此如果想要獲得和XOY平面成任何角度的最好效果，便可以將管道進(jìn)行拉伸，而后再通過對(duì)管道的平移和旋轉(zhuǎn)，將管道轉(zhuǎn)移至地下管道空間的具體位置，進(jìn)而落實(shí)二維到三維建模的快速轉(zhuǎn)化和建模。

5.城市地下管線三維快速建模技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用

按照城市地下管線三維快速建模的實(shí)際原理，經(jīng)過C#對(duì)AutoCAD的進(jìn)一步研發(fā)與應(yīng)用，已經(jīng)有效落實(shí)二維到三維建模的快速轉(zhuǎn)化。

通過筆者對(duì)某市軌道交通3號(hào)線地下管線的調(diào)查，某項(xiàng)地下管線探測(cè)工程全程85千米管線為綜合應(yīng)用，二維管線平面圖的生成時(shí)間為48秒，而三維管線建模的生成時(shí)間為59秒，雖然三維建模的時(shí)間比二維平面的生成時(shí)間高出了10秒，但是最后呈現(xiàn)的效果更讓人滿意，完美的落實(shí)了二維平面到三維快速建模的轉(zhuǎn)換。對(duì)于業(yè)主而言，可以更為直觀的看到地下管線和地面之間的關(guān)系，對(duì)其中不滿意的地方可以直接與設(shè)計(jì)企業(yè)進(jìn)行探討，從而及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。對(duì)于施工企業(yè)而言，相比二維管線平面圖而言，三位管線建模的細(xì)節(jié)更為精準(zhǔn)與明確，從而減少施工帶來(lái)的不便，提升施工效率，降低不必要的資源浪費(fèi)以及返工問題的出現(xiàn)，進(jìn)一步增加企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

以上對(duì)三維建模技術(shù)展開了相關(guān)探討，并將AutoCAD軟件作為二維圖形的處理基礎(chǔ)，運(yùn)用自身?yè)碛械娜S模塊對(duì)二維平面圖形展開了進(jìn)一步開發(fā)，獲取了地下管線三維建模的流程。由于城市地下管線三維建模的相關(guān)技術(shù)有許多，而本文只是將應(yīng)用最為廣泛的軟件平臺(tái)作為研究開發(fā)基礎(chǔ)，而AutoCAD軟件在應(yīng)用過程中相對(duì)較為簡(jiǎn)單，對(duì)技術(shù)要求以及計(jì)算機(jī)的軟硬件需求都相對(duì)較低，因此可以有效提升三維建模的效率和適用性，但是由于該軟件自身在畫面美觀以及細(xì)節(jié)層面中還有所缺陷，有待在日后研究開發(fā)中做出進(jìn)一步的調(diào)整和完善。

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