基于BIM+GIS的鐵路大規(guī)模線網(wǎng)快速建模方法研究

高崇文，朱鵬燁

（1.石家莊鐵道大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院，河北 石家莊 050043；2.石家莊鐵道大學(xué)土木工程學(xué)院，河北 石家莊 050043）

1 引言

建筑信息模型BIM(Building Infor?mation Modeling)是信息時(shí)代基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)字化產(chǎn)物，其應(yīng)用可貫穿工程的全生命周期[1]。BIM中存儲著豐富的語義信息，這使其具備了多維度、精細(xì)化表達(dá)模型信息能力，但其自身無法對模型進(jìn)行空間分析、集成展示等宏觀表達(dá)。GIS(Geographic Information System)地理信息系統(tǒng)集成了地形、地物與其它設(shè)計(jì)控制要素的海量空間信息，能夠存儲、管理、分析系統(tǒng)中對象的地理信息[2]。鐵路工程屬于長大帶狀工程，空間跨度大，并且其結(jié)構(gòu)及走向深受地形與地物影響。將BIM與GIS聯(lián)合使用于鐵路工程中，能夠充分發(fā)揮二者所長，實(shí)現(xiàn)對工程對象的宏觀與微觀多角度分析。

目前國內(nèi)有很多學(xué)者探索了BIM+GIS在工程領(lǐng)域中的應(yīng)用，趙塵衍[3]基于Cesium三維引擎研究了城市軌道交通BIM數(shù)據(jù)與GIS系統(tǒng)的集成；王奇勝[4]研究了CityMakerGIS平臺與BIM數(shù)據(jù)的集成方法，為城市軌道交通設(shè)計(jì)方案的評價(jià)提供了參考依據(jù)；秦獻(xiàn)[5]基于CATIA平臺完成了不良地質(zhì)環(huán)境的創(chuàng)建，研究了鐵路BIM模型并在該環(huán)境中的集成方法；葉文欣[6]利用BIM+GIS平臺進(jìn)行航道疏浚工程設(shè)計(jì)工作，有效提高了設(shè)計(jì)效率；劉佳毅[7]研究了3DGIS技術(shù)在城市軌道交通中的應(yīng)用，解決了線路三維動(dòng)態(tài)顯示的關(guān)鍵問題；楊榕研[8]究了基于Civil3D與Infraworks的協(xié)同設(shè)計(jì)，并將其運(yùn)用于高速公路的方案設(shè)計(jì)中；金瑞利[9]用BIM二次開發(fā)技術(shù)研發(fā)了航道整治設(shè)計(jì)平臺，并與GIS相結(jié)合提高了生產(chǎn)效率和品質(zhì)；高建新[10]利用Revit二次開發(fā)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了隧道模型的精準(zhǔn)參數(shù)化建模；目前，針對鐵路大規(guī)模線網(wǎng)的快速建模與信息附加卻缺少研究。本文基于Autodesk系列軟件和BIM API二次開發(fā)技術(shù)，研究鐵路大規(guī)模線網(wǎng)的快速建模方法、模型信息批量化自動(dòng)附加方法以及BIM模型與GIS平臺集成方法，實(shí)現(xiàn)鐵路設(shè)計(jì)方案的大規(guī)模線網(wǎng)快速建模和GIS平臺的三維可視化展示。

2 基于Revit API的鐵路構(gòu)造物自動(dòng)建模方法

鐵路構(gòu)造物的模型種類多、體量大，手動(dòng)進(jìn)行模型創(chuàng)建和拼裝的工作量十分龐大，并且難以保證模型拼裝的準(zhǔn)確率。因此，利用Revit API通過程序?qū)崿F(xiàn)模型的創(chuàng)建和自動(dòng)拼裝能夠極大提升工作效率。

利用Revit二次開發(fā)進(jìn)行快速建模主要用到以下三類方法：

①使用NewSweptBlend方法，根據(jù)路徑對構(gòu)造物截面進(jìn)行放樣融合操作完成模型創(chuàng)建，隧道洞身、墩身、簡支梁、連續(xù)梁、鋼軌、道床等模型通過此方法進(jìn)行創(chuàng)建；

②使用NewExtrusion方法，根據(jù)拉伸長度及參照平面對構(gòu)件截面輪廓進(jìn)行拉伸操作，創(chuàng)建橋墩墩帽、基礎(chǔ)的拉伸實(shí)體，并與墩身組合成橋墩族文件；

③使用NewFamilyInstance方法，在參數(shù)坐標(biāo)處利用已經(jīng)創(chuàng)建完成的族文件生成族實(shí)例模型，再通過Rotate方法對族實(shí)例進(jìn)行角度調(diào)整，最終將模型以正確的姿態(tài)放置到相應(yīng)的位置坐標(biāo)處，軌枕、橋墩、橋臺、隧道洞門、接觸網(wǎng)等模型通過此方法進(jìn)行創(chuàng)建。

部分自動(dòng)創(chuàng)建拼接構(gòu)造物的程序界面如圖1～圖3所示，拼裝完成效果如圖4所示。

圖1 參數(shù)化創(chuàng)建橋墩程序界面

圖2 參數(shù)化創(chuàng)建梁截面程序界面

圖3 橋梁自動(dòng)拼接程序界面

圖4 拼裝完成效果

3 基于外部數(shù)據(jù)的模型信息附加方法

可視化的三維模型是BIM的外在表現(xiàn)形式，而BIM中儲存的信息則是其內(nèi)核。在Revit中雖然能夠手動(dòng)為模型附加各類信息，但由于構(gòu)件體量過大，逐個(gè)為每個(gè)模型添加信息不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，并且極有可能出錯(cuò)。本文利用Revit API中的外部數(shù)據(jù)接口，以ElementId為索引使信息文件中的模型信息與構(gòu)件一一匹配，實(shí)現(xiàn)模型信息的自動(dòng)化精準(zhǔn)附加與提取，其步驟如下：

①確定將要附加信息的構(gòu)件元素的ElementId，并將信息文件中的此構(gòu)件信息讀取至內(nèi)存中；

②定義SchemaBuilder模式創(chuàng)建器，通過設(shè)置模式創(chuàng)建器的屬性創(chuàng)建特定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的Schema模式；

③創(chuàng)建符合Schema模式的Entity信息實(shí)體對象，并將內(nèi)存中的信息數(shù)據(jù)填充至該信息實(shí)體對象中；

④通過 Element.SetEntity 方法將信息實(shí)體對象與構(gòu)件元素相關(guān)聯(lián)，完成該構(gòu)件的外部信息附加。

⑤通過 Element.GetEntity.param?eter屬性讀取儲存在構(gòu)件元素中的外部數(shù)據(jù)信息。

該構(gòu)件的外部信息數(shù)據(jù)可以通過自編程序顯示在窗體中，如圖5所示，也可以通過LookUp插件直接查看，如圖6所示。

圖5 信息顯示窗體

圖6 構(gòu)件信息實(shí)體數(shù)據(jù)

4 Revit與Infraworks的線路協(xié)同設(shè)計(jì)

線路專業(yè)是鐵路設(shè)計(jì)中的龍頭專業(yè)，對一個(gè)項(xiàng)目影響深遠(yuǎn)。目前國內(nèi)選線工程師仍采用Autodesk CAD在二維空間進(jìn)行選線工作，無法對設(shè)計(jì)方案有清晰直觀的認(rèn)識，Revit與Infraworks的線路協(xié)同設(shè)計(jì)為此提供了解決方案。

在Infraworks多源數(shù)據(jù)集成的BIM+GIS平臺下，能夠進(jìn)行線路的概念設(shè)計(jì)，但由于其自身無法提供精細(xì)且多樣的構(gòu)造物模型，設(shè)計(jì)成果的展示效果不佳。Revit與Infraworks可以通過.rvt格式的文件進(jìn)行模型的無縫傳輸，在In?fraworks中能夠清晰直觀地展現(xiàn)Revit中的精細(xì)化BIM模型，將二者結(jié)合進(jìn)行線路協(xié)同設(shè)計(jì)，便可以發(fā)揮二者各自所長，模擬出逼真的鐵路場景，提高線路方案設(shè)計(jì)質(zhì)量，方案展示效果如圖7、圖8所示。

圖7 軌道與接觸網(wǎng)

圖8 橋隧連接處

5 結(jié)語

本文使用基于Revit API開發(fā)的插件快速創(chuàng)建并拼接鐵路構(gòu)造物BIM模型，研究了外部數(shù)據(jù)模式的創(chuàng)建與實(shí)體化方法，以構(gòu)件Id為索引實(shí)現(xiàn)了信息與模型的精準(zhǔn)匹配，并研究了大規(guī)模線網(wǎng)BIM模型與Infraworks 3DGIS平臺的集成方法，得出以下結(jié)論：

①通過Revit二次開發(fā)進(jìn)行鐵路構(gòu)造物的參數(shù)化創(chuàng)建與拼接，能夠快速創(chuàng)建BIM模型，大大提高建模效率與準(zhǔn)確率；

②以ElementId為索引，將數(shù)據(jù)文件中的構(gòu)件信息以外部數(shù)據(jù)的形式附加至BIM模型中，可以實(shí)現(xiàn)模型信息的自動(dòng)精準(zhǔn)填充和批量化存儲；

③將Revit BIM模型集成至Infra?works平臺，能夠建立大規(guī)模鐵路線網(wǎng)的BIM+GIS環(huán)境，實(shí)現(xiàn)鐵路設(shè)計(jì)方案的三維可視化展示。