基于Civil3D的DTM与线路结构BIM模型的套合方法研究

基于Civil3D的DTM与线路结构BIM模型的套合方法研究

康 峰

（中铁第一勘察设计院集团有限公司　，西安　710043）

摘  要：铁路线路BIM化建模过程中，如何实现线路结构与DTM、路桥、路隧之间的相互套合一直是研究的难点所在。论文基于Civil3D建立三维数字地形实体模型，考虑线路平、纵、横断面的设计要求，以某路基段线路设计为例，采用动态引入法，实现路基模型和DTM的无缝拼接，通过叠加线路BIM模型，完成原始地形、路基、线路结构BIM模型之间相互套合，为实现铁路选线的BIM化设计提供一定的参考。

关键词：BIM；线路结构；Civil3D；数字化

1 引言

铁路BIM建设从工点设计开始技术突破，实际工程引入BIM技术提高生产效益的案例逐年增多[1]。但目前无论是线路的三维可视化设计、各种车站的施工方案制定还是基础设施的管理，都仅是应用到了具体工点，要实现铁路建设行业中每个具体工点的BIM模型运用到铁路建设全生命周期，模型之间的准确套合显得尤为重要，本文研究三维数字化地形、线路结构BIM模型、线路构造物模型之间的套和方法，对于线路设计人员实现基于虚拟地理环境的三维实体选线有一定的指导意义[2]。

2 套合方法选择

铁路三维实体设计需要在建模的过程中独立控制每一个部件模型，做到随时改变，分层管理。同时铁路线路结构以路基为载体，与原始地形在不同地段形成了不同程度的拼接关系。如果直接将铁路线路结构直接放在地形模型上，不同里程的路基设计都相同，只在某一个视角实现线路结构与原始地形无缝套合的效果，线路结构模型与地形模型间容易产生不同程度地空隙和空洞现象，线路结构模型不能和地形曲面进行无缝拼接。

动态加入法的优点是将铁路结构BIM模型与三维数字化地形模型的无缝套合的同时，又可以独立控制线路结构BIM模型、路基模型、原始地形曲面模型，实现了分层管理和套用。首先基于Civil3D导入原始地面数据，并对所生成的曲面进行三角剖分形成TIN网络，设置曲面属性，建立三维数字化地形模型，然后根据线路中线生成路基，将线路节后BIM模型，构造物BIM模型动态加入到三维数字化地形模型，编辑和重新构建三角网之后形成整体的曲面网，实现了模型之间的独立控制。故而我们用动态加入法构建地形与线路结构之间的套合模型[3,4]，如图1所示。

图1 铁路线路中线示意图

3基于Civil 3D铁路线路结构模型与地形模型的融合

基于Civil 3D铁路线路结构模型与地形模型的融合的主要步骤如下：

（1）Civil3D中导入原始曲面数据，建立三角网地形曲面

（2）在原始曲面上根据线路中线及相关技术参数构建地基三角网曲面模型

本文基于Civil3D首先对地形建立DTM模型，同时Civil3D有强大的线路平面和纵断面设计的功能，并根据行业规范确定线路中线。Civil3D强大的参数化铁路路基建模和动态更新的特性能够帮助线路和路基专业设计人员高效率地完成设计工作。基于中线进行线路加宽，设计横断面设计线路宽度，再基于铁路路基设计规范，建立如图2所示地基三角网曲面。

（3）三角网重构

将路基曲面和原始地形曲面粘贴到一个平面，然后确定地形三角网曲面与地基模型的角点及相交区域，将地基角点作为必须参与构网的限制点，对受影响的原始地形曲面进行重新编辑，通过Civil3D对受影响地形区域块进行三角网重构，将路基模型套合在地形模型上，形成统一的三角网曲面，实现了对路基模型和三维数字化地形模型的独立控制，铁路线路基与地形模型套和效果如下图2所示：

图2铁路线路基与地形模型套和建模效果图

（4）组装模型

利用建模软件Civil3D或AutoCAD建立的轨枕、扣件、联接零件等三维实体部件，组装CRTS Ι型双块式无砟轨道，如图3所示。

图3 CRTS Ι型双块式无砟轨道BIM模型示意图

（5）动态加入铁路线路结构BIM模型

本文以2公里左右的CRTS I型双块式无砟轨道曲线段线路为例，根据本文提出的BIM建模方法，首先运用Civil 3D的宏工具进行参数化建模，自动生成单线CRTS Ι型双块式无砟轨道线路的二维模型和钢轨断面，通过扫掠命令建立单线钢轨模型，再组装生成CRTS Ι型双块式无砟轨道BIM模型，最后基于Civil3D建立三维数字地形实体模型，在原始地形上线路地基模型，动态引入线路结构BIM模型。既解决了路基模型与地形模型的套合，又对地形和线路结构实施独立控制，便于对路基进行交互式编辑和属性查询编辑，实现对整个景观模型的分层次管理，融合效果良好，如图4所示。

（a） 建模效果俯视图   （b） 建模效果侧视图

图4建模效果图

4结论

运用Civil3D实现了原始三维数字化曲面模型创建、铁路线路走线设计、横断面和纵断设计及路基模型的创建。将线路结构BIM模型“动态加入”到路基模型，实现基元模型的独立管理的同时，提高原始地形、线路地基、线路结构BIM模型之间的无缝拼接的效率。本方法对线路构造物与线路结构和地形模型之间的套和有一定的指导意义。

参考文献

[1] 朱江.BIM在铁路设计中的应用初探[J].铁道工程学报，2010（10）：104-108.

[2] 张雪才.BIM技术在铁路设计行业的应用研究[J].铁路技术创新.2014 (5): 14-18

[3] 钟蜀华，Autodesk Civil 3D 2008三维数字地形模型的创建与应用[J].科技情报开发与经济，2008（10）：153-155.

[4] 李强，Autodesk Civil 3D在精确地形建模中应用的几点体会[J].中国学术期刊电子出版社，2010.

[5] 张军，刘镍.Autodesk Civil 3D 2008中数字地形模型的建立方法[J].江西测绘，2008（2）：50-54.