一種鐵道工程真實場景模型協(xié)同設計平臺的構建方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鐵道工程真實場景模型協(xié)同設計平臺的構建方法。鐵路及城市軌道交通工程呈帶狀分布，工程數(shù)據(jù)量大，參與專業(yè)眾多，需建立高效穩(wěn)定的協(xié)同設計平臺。本發(fā)明沿工程全線里程建立帶狀連續(xù)的三維真實場景模型，對各專業(yè)的BIM三維模型與三維真實場景模型進行融合處理；在分布式數(shù)據(jù)庫的管理模式下，對三維真實場景模型協(xié)同設計平臺的全局數(shù)據(jù)庫和各專業(yè)BIM設計平臺的專業(yè)數(shù)據(jù)庫進行管理；各專業(yè)BIM設計平臺只將涉及協(xié)同設計的上下游數(shù)據(jù)及生成的BIM三維模型設計成果傳輸?shù)饺S真實場景模型協(xié)同設計平臺上。本發(fā)明構建了沿工程全線里程的帶狀工程信息模型，將各專業(yè)交互數(shù)據(jù)集合在一個連續(xù)的三維真實場景中，實現(xiàn)協(xié)同設計。
【專利說明】一種鐵道工程真實場景模型協(xié)同設計平臺的構建方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于鐵路及城市軌道交通建設的信息化【技術領域】，具體涉及一種鐵道工程真實場景模型協(xié)同設計平臺的構建方法。
【背景技術】
[0002]BIM (Building Information Modeling,建筑信息模型，)是指利用數(shù)字技術表達建筑項目(現(xiàn)在泛指工程項目)的幾何、物理和功能信息，以及支持項目設計、施工、運營及管理全生命周期的技術、方法或過程。BIM具有可視化、協(xié)同性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性五大特點，它使得工程項目在設計、施工、運營過程中的溝通、討論、決策都在可視化的狀態(tài)下進行；不但能模擬設計出真實場景的建筑物模型，還可以模擬不能在真實世界中進行操作的事物。在國內(nèi)、外的建筑行業(yè)中，尤其是單體建筑中已經(jīng)得到了成功的應用，但在鐵路和城市軌道交通行業(yè)中基本沒有涉及。
[0003]鐵路和城市軌道交通項目是一個綜合的系統(tǒng)工程，具有點多、線長、面廣、投資規(guī)模大、技術性強、專業(yè)分工細、參加單位多、流程復雜等特點，有的工程還涉及運營中的即有線改造。一條鐵路或城市軌道交通工程項目的建設，從勘測設計、施工到交付運營將構成一個龐大的系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)內(nèi)既有嚴格的分工，又有密切的協(xié)作，同時又相互制約。鐵路和城市軌道交通工程與一般工民建筑的BM技術開發(fā)與應用的差異化，具體體現(xiàn)在以下幾個方面:
1、工程呈帶狀分布，沿途地理環(huán)境復雜:
全線工程的作業(yè)面呈帶狀分布，每個建設項目長度延綿從幾十公里到上千公里，沿途穿山、越嶺、跨河，工程地質、地形和環(huán)境復雜多變；而一般的工民建筑只是相對集中布置在一個區(qū)域，大部分工點是建在已經(jīng)完成“三通一平”的簡單地形上，地質和周圍環(huán)境相對單純。
[0004]2、工程數(shù)量巨大，數(shù)據(jù)海量:
通常一條鐵路或城市軌道交通的建設投資都在幾億元以上，有的多達千億以上。項目常常被劃分成數(shù)個甚至數(shù)十個標段，工點數(shù)量更是巨大。無論是工程建筑信息還是工程地理信息數(shù)據(jù)都是海量的，這樣的海量數(shù)據(jù)將需要一個有效的數(shù)據(jù)管理平臺和數(shù)據(jù)管理模式來管理。
[0005]3、參加專業(yè)眾多，需要協(xié)同設計:
在一個鐵路項目的設計中通常需要有眾多的專業(yè)協(xié)同工作，如:經(jīng)調(diào)、行車、測繪、地質、線路、路基、軌道、橋梁、隧道、站場、機務、車輛、給排水、通信、信號、信息、電力、電化、房屋、暖通、環(huán)保、工程經(jīng)濟等專業(yè)。隨著技術進步和建設標準的提高，這些專業(yè)不但技術上要求高，而且需要多專業(yè)間的密切配合協(xié)同設計，平行交叉作業(yè)繁多。
[0006]4、工程屬性差異大，不易開發(fā)通用軟件:
由于各專業(yè)工程內(nèi)容的屬性不同，其設計的表達方式也有所不同。如:土建工程中設計的表達方式主要是幾何結構、受力分析、強度計算；四電工程中除了視覺層面的外，在設計上更多的表達方式是邏輯關系、負荷計算、信息規(guī)則；而對于軌道、路基、隧道、接觸網(wǎng)等工程為沿線路走向連續(xù)延伸。因此，采用或開發(fā)一個通用的軟件來解決這些個性化的需求在現(xiàn)階段是不可能的。
[0007]5、專業(yè)間存在“信息孤島”，現(xiàn)用軟件大部分沒有BM接口:
在鐵道勘察設計企業(yè)的信息化建設過程中，一開始各專業(yè)都是從本專業(yè)的需求出發(fā)，對勘察設計的軟件和設備進行引進、開發(fā)或升級換代，在此過程中逐步形成了本專業(yè)的數(shù)據(jù)標準格式。隨著信息化建設的深入，各設計專業(yè)也在逐步完善自己的專業(yè)數(shù)據(jù)庫，加強了對數(shù)據(jù)的管理和維護，但沒有從一個全局性的高度來規(guī)劃和協(xié)調(diào)，使得各專業(yè)信息化的程度越深，專業(yè)間“信息孤島”的現(xiàn)象越嚴重。另外，各專業(yè)正在使用的輔助設計軟件在開發(fā)時大部分沒有考慮與BIM軟件的接口問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種鐵道工程真實場景模型協(xié)同設計平臺的構建方法，能建立可視化的、沿里程坐標完成的、帶狀的鐵路及城市軌道交通全線工程信息模型，為各專業(yè)提供統(tǒng)一真實三維場景模型下的協(xié)同設計平臺。
[0009]本發(fā)明所采用的技術方案是:
一種鐵道工程真實場景模型協(xié)同設計平臺的構建方法，其特征在于:
由以下步驟實現(xiàn):
步驟一:沿鐵路或城市軌道交通工程全線里程，通過數(shù)字攝影測量工作站，建立帶狀連續(xù)的三維真實場景模型；
步驟二:建立各專業(yè)BM三維模型坐標與里程坐標之間的轉換，按照給定的設計高程和地理坐標，對各專業(yè)的BM三維模型與三維真實場景模型進行融合處理；
步驟三:在分布式數(shù)據(jù)庫的管理模式下，對三維真實場景模型協(xié)同設計平臺的全局數(shù)據(jù)庫和各專業(yè)BIM設計平臺的專業(yè)數(shù)據(jù)庫進行管理:
各專業(yè)將本專業(yè)的數(shù)據(jù)放置在本專業(yè)的數(shù)據(jù)庫中，全局數(shù)據(jù)庫對各專業(yè)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一索引和管理；各專業(yè)的BIM三維模型融入三維真實場景模型融合后，形成了三維真實場景模型協(xié)同設計平臺。各專業(yè)已建立的獨立BM設計平臺只將涉及協(xié)同設計的上、下游數(shù)據(jù)及各專業(yè)在設計過程中生成的BIM三維模型設計成果傳輸?shù)饺S真實場景模型協(xié)同設計平臺上；當某專業(yè)需要其上游專業(yè)的數(shù)據(jù)時，直接從三維真實場景模型協(xié)同設計平臺上獲取。
[0010]步驟一中，數(shù)字攝影測量工作站從航片上采集工程全線里程區(qū)間內(nèi)帶狀區(qū)域的地面三維信息，生成數(shù)字地面模型和正射影像，將正射影像映射到數(shù)字地面模型上，形成帶狀連續(xù)的三維真實場景模型。
[0011]步驟二中，將各專業(yè)的BM三維模型放置到三維真實場景模型中時，指定各專業(yè)放置在三維真實場景模型中的BIM三維模型的比例尺、坐標系標準及模型族庫的建立規(guī)則。
[0012]步驟三中，各專業(yè)的數(shù)據(jù)按照接口標準和規(guī)則放到全局數(shù)據(jù)庫中，全局數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一采用Autodesk Revit格式數(shù)據(jù)；
專業(yè)間通過接口標準及權限來獲取各自所需的信息。[0013]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
1、本發(fā)明成功的構建了一個完整的、沿全線里程建立的帶狀鐵路工程信息模型，將各專業(yè)的分析與計算、圖形與信息交互等數(shù)據(jù)集合在一個連續(xù)的三維真實場景中，并能對所有設計過程中的設計成果作出三維立體呈現(xiàn)。實現(xiàn)各專業(yè)在同一個全線真實三維場景模型下的協(xié)同設計，為各專業(yè)在設計中提供了一個完整、連續(xù)的工作平臺，使工程技術人員對各種工程信息作出正確的理解和高效的應對。
[0014]2、采用分布式數(shù)據(jù)庫的管理模式，解決了工程數(shù)量巨大、參與專業(yè)眾多，工程建筑信息和工程地理信息數(shù)據(jù)海量的存儲和管理問題。
[0015]3、使鐵道工程設計人員的作業(yè)方式，將由繪圖這種二維表達方式反映現(xiàn)實的三維鐵道工程項目，逐步過渡到直接用虛擬的三維模型來反映現(xiàn)實的三維鐵道工程項目，用數(shù)據(jù)模型來代替繪圖。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為真實場景協(xié)同設計平臺示意圖。
[0017]圖2為現(xiàn)用專業(yè)軟件上傳數(shù)據(jù)庫途徑示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細的說明。
[0019]本發(fā)明所涉及的一種鐵道工程真實場景模型協(xié)同設計平臺的構建方法，利用航空遙感影像數(shù)據(jù)和地形數(shù)據(jù)，由計算機生成與現(xiàn)場一致的三維真實場景模型，將各專業(yè)的分析與計算、圖形與信息交互、設計效果呈現(xiàn)等數(shù)據(jù)，按照里程坐標集成在一個帶狀連續(xù)的真實場景模型中，在分布式數(shù)據(jù)庫的管理模式下，實現(xiàn)各專業(yè)在真實三維場景模型下的協(xié)同設計。
[0020]具體由以下步驟實現(xiàn):
步驟一:沿工程全線里程，通過數(shù)字攝影測量工作站，建立帶狀連續(xù)的三維真實場景模
型:
數(shù)字攝影測量工作站包含了完成上述模型建立任務的專門的硬件和軟件設備。從航片上采集工程全線里程區(qū)間內(nèi)帶狀區(qū)域的地面三維信息，生成數(shù)字地面模型和正射影像，將正射影像映射到數(shù)字地面模型上，形成帶狀連續(xù)的三維真實場景模型。
[0021]步驟二:對各專業(yè)的BM三維模型與三維真實場景模型進行融合處理:
建立各專業(yè)(如站場、路基、橋梁、隧道等)BM三維模型坐標與里程坐標之間的轉換，按照給定的設計高程、地理坐標及其它規(guī)則，將各專業(yè)的BM三維模型放置到三維真實場景模型中，對結合處的三維真實場景模型進行融合修改(如挖方、填方、地下隧道等)，保證各專業(yè)BIM三維模型與三維真實場景模型的無縫貼合，形成各專業(yè)組合的三維真實場景模型。同時，指定各專業(yè)放置在三維真實場景模型中的BM三維模型的比例尺、坐標系標準及模型族庫的建立規(guī)則。
[0022]從三維真實場景模型協(xié)同設計平臺上不但能量測對象的三維位置信息，而且還能反映對象的屬性信息，如房屋的層高和新舊、地表植被類型、裸露地土壤類型等。對于地質專業(yè)的不良地質、滑坡、斷層等信息，從航空的角度更容易判釋。三維真實場景模型不但為設計提供了基礎信息來源，同時也提供了一個空間平臺，使得地理、地質、水文、城市規(guī)劃、線路設計走向等各方面的空間數(shù)據(jù)，可以在統(tǒng)一的地理空間上同時表現(xiàn)出來。線路、地質、路基、橋梁、隧道、站場等多個專業(yè)都可以在這個空間里進行信息獲取、信息挖掘、輔助設計、方案對比等工作。同時，各專業(yè)在設計過程中生成的BM三維模型作為一種三維信息模型，可以在三維真實場景模型中呈現(xiàn)。
[0023]步驟三:在分布式數(shù)據(jù)庫的管理模式下，實現(xiàn)各專業(yè)在三維真實場景模型協(xié)同設計平臺中的協(xié)同設計:
(I)各專業(yè)BM設計平臺和三維真實場景模型協(xié)同設計平臺的分工:
各專業(yè)已建立的獨立的BM設計平臺，主要解決本專業(yè)作業(yè)中的分析與計算、模擬與仿真、族庫的建立與調(diào)用、中間成果及最終成果的生成、設計效果呈現(xiàn)等縱向問題，針對每一項專業(yè)性強的設計內(nèi)容還需要建立相應的設計子系統(tǒng)，同時還要考慮施工、運營維護等工程全生命周期BM的條件。
[0024]三維真實場景模型協(xié)同設計平臺為基礎平臺，其功能是管理基本的地形三維模型、地質模型，提供一個空間坐標基礎和基本地學環(huán)境。三維真實場景模型協(xié)同設計平臺上主要擺放各專業(yè)上、下游互提資料及設計過程中的設計效果呈現(xiàn)等數(shù)據(jù)。各專業(yè)的設計結果通過標準的Revit文件或GIS標準文件格式傳輸?shù)饺S真實場景模型協(xié)同設計平臺上，并放置在三維真實場景模型中，供下游專業(yè)使用，當某專業(yè)需要其上游專業(yè)的模型數(shù)據(jù)時，直接從三維真實場景模型協(xié)同設計平臺上獲取。由于各專業(yè)是根據(jù)指定的比例尺、坐標系標準及模型族庫的建立規(guī)則將BIM三維模型放置到三維真實場景模型中的，因此各專業(yè)提交的數(shù)據(jù)能準確融入到三維真實場景模型協(xié)同設計平臺。三維真實場景模型協(xié)同設計平臺主要解決的是數(shù)據(jù)共享、設計協(xié)同及視覺上設計效果呈現(xiàn)等橫向問題。
[0025]故各專業(yè)的數(shù)據(jù)在本專業(yè)BM設計平臺上“重量化”，在三維真實場景模型協(xié)同設計平臺上“輕量化”，三維真實場景模型協(xié)同設計平臺不需要存儲和處理所有專業(yè)的所有數(shù)據(jù)，降低了數(shù)據(jù)存儲量，提高了運行速度。
[0026](2)分布式數(shù)據(jù)庫的管理模式:
針對鐵路和城市軌道交通工程數(shù)據(jù)量大及專業(yè)相對獨立的特點，采用分布式數(shù)據(jù)庫結構對全工程設計的數(shù)據(jù)進行管理。該數(shù)據(jù)庫由全局數(shù)據(jù)庫和若干個專業(yè)數(shù)據(jù)庫組成。全局數(shù)據(jù)庫存儲項目、方案、坐標系、專業(yè)、設計人員、規(guī)則等具有全局性的數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)索引統(tǒng)領各專業(yè)數(shù)據(jù)庫，形成聯(lián)系。各專業(yè)建立自己的專業(yè)數(shù)據(jù)庫，存儲本專業(yè)的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)索引信息注冊到全局數(shù)據(jù)庫。各專業(yè)的數(shù)據(jù)按照接口標準放到全局數(shù)據(jù)庫中，以完成數(shù)據(jù)發(fā)布，專業(yè)間通過接口標準及權限來獲取各自所需的信息。
[0027](3)各專業(yè)現(xiàn)用專業(yè)軟件向全局數(shù)據(jù)庫上傳數(shù)據(jù)的途徑:
對于各專業(yè)使用的獨立專業(yè)軟件，若無法直接連接到全局數(shù)據(jù)庫上，可按下列三種途徑來解決，
途徑一:通過編寫數(shù)據(jù)轉換程序和本地數(shù)據(jù)管理程序，完成專業(yè)軟件與三維真實場景模型協(xié)同設計平臺的連接。數(shù)據(jù)轉換程序將各專業(yè)的專業(yè)數(shù)據(jù)轉換為標準接口數(shù)據(jù)，并存儲到本地數(shù)據(jù)緩沖位置；本地數(shù)據(jù)管理程序實現(xiàn)對本地緩沖數(shù)據(jù)的發(fā)布。
[0028]途徑二:修改現(xiàn)有軟件，增加標準數(shù)據(jù)輸出接口，通過本地數(shù)據(jù)管理程序發(fā)布數(shù)據(jù)。[0029]途徑三:重新編寫專業(yè)軟件，軟件直接以標準接口輸出數(shù)據(jù)，再由本地數(shù)據(jù)管理程序負責發(fā)布。甚至可以將發(fā)布程序直接寫入專業(yè)軟件，直接由專業(yè)軟件發(fā)布。
[0030]如果現(xiàn)用專業(yè)設計軟件能進行二次開發(fā)，則通過途徑二進行軟件改造，增加新的接口是最理想的方式；否則就應選擇途徑一編制新的轉換程序，將數(shù)據(jù)按接口進行轉換；而途徑三由于要對既有軟件進行更新?lián)Q代，代價太大，不宜采用。
[0031](4)中間互通軟件和接口的選定:
由于各專業(yè)的工程內(nèi)容屬性不同，其設計的表達方式也就有所不同，適合采用的BIM軟件也就不一致。在專業(yè)互提資料中，每個專業(yè)的上、下游專業(yè)通常也有好幾個，如果沒有一個通用的中間互通接口和標準，將導致接口過于復雜和接口設計困難。鑒于鐵路和城市軌道交通工程設計中一直采用的是AutoCAD系統(tǒng)，各專業(yè)在該平臺上開發(fā)和積累了大量的應用軟件，設計人員對該系統(tǒng)也很熟悉；因此，為了使數(shù)據(jù)接口盡可能的減少和簡化，各專業(yè)在設計時可以根據(jù)專業(yè)特點和屬性采用個性化的BM軟件，但在進入三維真實場景平臺互提資料和設計效果呈現(xiàn)時規(guī)定統(tǒng)一采用Autodesk Revit格式。這樣,不論各專業(yè)采用哪種BM軟件，只需開發(fā)該軟件與Revit的接口即可。同時開發(fā)Revit格式的三維模型數(shù)據(jù)與三維GIS模型數(shù)據(jù)的交換軟件和制訂數(shù)據(jù)接口標準，使Revit格式的三維模型數(shù)據(jù)導入之后能夠完整保留其原來的各項屬性，實現(xiàn)在三維真實場景平臺上對各專業(yè)的三維模型屬性進行查詢、調(diào)用、編輯、增加、刪除等操作。
[0032]本發(fā)明的內(nèi)容不限于實施例所列舉，本領域普通技術人員通過閱讀本發(fā)明說明書而對本發(fā)明技術方案采取的任何等效的變換，均為本發(fā)明的權利要求所涵蓋。
【權利要求】
1.一種鐵道工程真實場景模型協(xié)同設計平臺的構建方法，其特征在于: 由以下步驟實現(xiàn): 步驟一:沿鐵路或城市軌道交通工程全線里程，通過數(shù)字攝影測量工作站，建立帶狀連續(xù)的三維真實場景模型； 步驟二:建立各專業(yè)BM三維模型坐標與里程坐標之間的轉換，按照給定的設計高程和地理坐標，對各專業(yè)的BM三維模型與三維真實場景模型進行融合處理； 步驟三:在分布式數(shù)據(jù)庫的管理模式下，對三維真實場景模型協(xié)同設計平臺的全局數(shù)據(jù)庫和各專業(yè)BIM設計平臺的專業(yè)數(shù)據(jù)庫進行管理: 各專業(yè)將本專業(yè)的數(shù)據(jù)放置在本專業(yè)的數(shù)據(jù)庫中，全局數(shù)據(jù)庫對各專業(yè)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一索引和管理；各專業(yè)的BIM三維模型融入三維真實場景模型融合后，形成了三維真實場景模型協(xié)同設計平臺； 各專業(yè)已建立的獨立BM設計平臺只將涉及協(xié)同設計的上、下游數(shù)據(jù)及各專業(yè)在設計過程中生成的BIM三維模型設計成果傳輸?shù)饺S真實場景模型協(xié)同設計平臺上；當某專業(yè)需要其上游專業(yè)的數(shù)據(jù)時，直接從三維真實場景模型協(xié)同設計平臺上獲取。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種鐵道工程真實場景模型協(xié)同設計平臺的構建方法，其特征在于: 步驟一中，數(shù)字攝影測量工作站從航片上采集工程全線里程區(qū)間內(nèi)帶狀區(qū)域的地面三維信息，生成數(shù)字地面模型和正射影像，將正射影像映射到數(shù)字地面模型上，形成帶狀連續(xù)的三維真實場景模型。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種鐵道工程真實場景模型協(xié)同設計平臺的構建方法，其特征在于: 步驟二中，將各專業(yè)的BM三維模型放置到三維真實場景模型中時，指定各專業(yè)放置在三維真實場景模型中的BIM三維模型的比例尺、坐標系標準及模型族庫的建立規(guī)則。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種鐵道工程真實場景模型協(xié)同設計平臺的構建方法，其特征在于: 步驟三中，各專業(yè)的數(shù)據(jù)按照接口標準和規(guī)則放到全局數(shù)據(jù)庫中，全局數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一采用Autodesk Revit格式數(shù)據(jù)； 專業(yè)間通過接口標準及權限來獲取各自所需的信息。
【文檔編號】G06F17/50GK103699731SQ201310702129
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月19日 優(yōu)先權日:2013年12月19日
【發(fā)明者】劉鵬, 任曉春, 王瑋, 張小華 申請人:中鐵第一勘察設計院集團有限公司