基于BIM+GIS的铁路三维场景快速建立

2021/11/09
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来源:铁路BIM联盟
作者:铁路BIM联盟
简要:结合基础地形测绘资料和铁路设计资料等数据,介绍铁路三维场景快速构建方法,包括三维地形模型创建、铁路构筑物BIM模型快速生成、BIM与GIS融合、专题信息接入与快速配置、场景标注配置等,相关流程和内容基于三维GIS平台CityMaker进行说明。

充分开展BIM与GIS融合应用研究,建立铁路三维场景,在铁路工程勘察设计阶段以三维可视化形式直观展示设计方案,并结合地形地质等条件对设计方案进行审查和优化,能够最大程度挖掘BIM+GIS在铁路工程前期工作中的巨大应用价值。

 

BIM与GIS的融合以及基于BIM+GIS的铁路三维场景快速构建,需要基于三维GIS平台,从数据集成角度出发,结合铁路领域业务流程,形成统一规范,从而保障三维场景的时效性、精确性、可扩展性。

 

铁路三维场景构建流程

 

 

三维场景快速构建方法以测绘成果和设计资料为基础,以开发的辅助设计软件、场景制作工具和插件为依托,结合三维场景的应用和需求,实现三维场景快速制作和配置,融合地形地貌等地理空间信息、铁路构筑物模型等设计信息和地质、环保等专题信息,为设计方案的可视化提供支撑。

 

地形模型生成

铁路三维地形模型由数字高程模型DEM和数字正射影像DOM叠加计算得到。其中,DEM数据可根据DWG格式原始地形图文件(一般为1︰2 000或1︰500比例尺)生成。

具体流程为在AutoCAD软件中利用插件提取等高线、高程点等图层数据,并存储为三维点坐标文件,然后将其导入Global Mapper软件,并基于高程点计算高程格网数据,然后经过裁剪等处理后输出为特定格式的DEM数据。

由于铁路工程项目呈大范围带状分布,为保证铁路沿线三维地形的高精度和三维场景的协调性,同时控制三维场景的大小。采用的处理办法为:不同精度及层级DEM和DOM数据混合使用,对线路沿线一定范围内(如20 km)的地形模型与影像采用高分辨率数据,对距铁路线较远处(如大于20 km)采用低分辨率数据(如13级谷歌影像和90 m分辨率SRTM高程数据),两者无缝衔接。

生成三维地形的操作在TerrainPush软件平台中进行,将DEM、DOM等数据作为输入,进行预处理和参数设置后进行计算,即可生成对应三维地形模型(TED格式)。生成的高精度三维地形模型具有丰富的空间信息,是建立BIM+GIS三维场景的基础,能够直观反映铁路沿线的地形地貌特征。

铁路构筑物模型建立

铁路工程项目涉及专业众多,包括线路、桥梁、隧道、站场、路基、地质、轨道、接触网、通信信号等。为了各专业间能够高效协同工作,搭建了基于Bentley ProjectWise 的协同设计平台,实现设计标准统一、专业内及专业间资源共享,统一各方工作,提升工作效率。

此外,开发了针对各专业的BIM辅助设计软件,利用建立的构件库和模板,基于设计图纸进行参数设置,快速建立全线各专业的三维BIM模型。

BIM与GIS融合

BIM与GIS融合主要实现铁路构筑物模型由BIM平台格式(如DGN格式) 向三维GIS平台格式(如FDB格式) 转换,同时保证模型几何、属性、纹理、材质、编码、参数和附加信息等不能丢失。

在对BIM模型进行格式转换后,对其坐标系进行定义。由于铁路线路长,为减小误差,通常采用分段投影方式,通过开发的工具只需提供各模型的坐标信息表,即可实现模型坐标系的批量定义。

对于穿越城市的铁路,利用开发的处理程序和建筑物矢量数据(包括外轮廓和高度),快速拉伸出建筑物模型并贴上纹理,具体融合效果见下图。

将设计信息附加到BIM模型上,经过BIM与GIS融合后,能够在三维场景中查询模型对应的属性信息。

 

专题信息配置

在铁路工程三维BIM+GIS场景中,除三维地形模型和三维铁路构筑物模型外,需针对具体应用需求对影响铁路设计方案的重要因素以专题图的形式接入,主要包括环保区域、不良地质、断裂带、大临设施分布等。

 

根据铁路三维场景制作经验,其中对于场景中常见要素的表示方式进行约定(如填充色、边框宽度、高度模式等),基于该约定并通过插件开发,能够实现三维场景中专题信息的快速配置,并保证风格统一。

场景标注配置

铁路工程三维场景中涉及的标注主要包括里程标、工点标、地名标等。通过在Bentley OpenRail Designer平台进行二次开发,实现针对里程标和工点标的快速提取。提取里程标是以铁路线位为输入,并设置需要提取里程的间隔(100 m、1 km等),然后执行提取操作;提取工点标是以线位和工点表为输入,输出工点名称、位置等信息。

 

通过上述操作得到的点数据为JSON格式,记录了点的三维坐标,将其转换为Shpfile格式,并按设置的显示规范将其加入三维场景中,实现所需的标注配置效果。

结合基础地形测绘资料和铁路设计资料等数据,介绍铁路三维场景快速构建方法,包括三维地形模型创建、铁路构筑物BIM模型快速生成、BIM与GIS融合、专题信息接入与快速配置、场景标注配置等,相关流程和内容基于三维GIS平台CityMaker进行说明。

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