基于3D MAX技術的既有地下管線三維自動化建模的分析

劉 瑤，雷 巖，陳濤濤，蘇 崢，韓立信

（北京燃氣集團高壓管網分公司，北京 100011）

城市工程中地下管線工程屬于城市民生基礎設計中的重要構成部分，屬于保證城市正常有序運行的基礎，擔負隨時傳遞信息和輸送能量，及供應物質的責任。然伴隨城市化建設速度的不斷加快，城市地下管線也變得越來越多，并且相互交錯，非常復雜，所以在此情況下便出現了亂、密、老化等現象，嚴重影響地下管線管理。除此之外在建設施工期間，時常會因誤判而致使地下管線被挖斷，最終導致停水停電、火災及爆炸性事故，從而對人們的正常生活和社會穩固發展產生嚴重影響。由此可以看出管線的滯后性管理、現有管線探測技術的落后根本跟不上現時期城市的快速發展節奏，所以針對這些問題需及時有效解決。

1 3D MAX技術簡介

3D MAX其是由Autodesk所研發出的一款3D動畫式軟件，然而現時期應用最多就是三維建模、渲染、動畫工具，在設計領域中得到普遍應用。基具有以下幾方面特點，即：第一點，功能強大，并且擴展性良好。因為其本身特有的建模功能強的特點，所以3D MAX技術被廣泛的應用于現實系統的虛擬構建方面，除此之外，這一技術在角色動畫中的應用也具有較大優勢，然其豐富性的插件也同樣是其較大的優勢；第二點，操作簡單較易學會。從其具備的強大功能來看3D MAX是最易操作和理解的一款軟件技術。第三點，與別的軟件搭配使用會更為順暢。最新的3D MAX還在原本功能基礎上，提供了新接口技術與優化，如此較大程度提升操作速度。

2 地下管線的三維信息建模方法

首先可通過物探技術來對城市地下管線實施探測，如此可以大概的得到地下管線的相應數據和建模所需的管線具體信息。因為3D MAX技術所用軟件盡管能夠對工程施工前不同地下管線實施建模，從而提供合理性設計方案，然而卻無法直接把所探測的管線數據結合實際信息而轉變成與之相對的三維模型，因此需實施二次開發，從而創設管線模型所需系統模塊。之后再利用所創設的管理模塊來完成地下管線信息數據自動加載，這樣便可初步構建相應地下管線所對應的三維可視化模型。在最后環節對其實施矛盾檢測，結合矛盾具體情況實施針對性的分析和研究。如所存在的矛盾都是有用信息，便需依據具體經驗或是對現場實施復測，來對矛盾點管線數據實施合理的修改和調整，在此情況下需對三維數據信息模型進行隨時更新，從而保證地下管線三維模型可以與現實管線位置保持一致，為城市地下管線的遷改和開挖操作提供準確性數據支持。除此之外，也可合理設計地下管線的具體遷改方案，如此可有效降低地下管線發生碰撞而造成工程返工情況的發生，從而避免產生不必要的預算損耗，有效降低工程整體成本，為工程項目的有序正常實施奠定基礎。

3 3D MAX技術在既有地下管線三維自動化建模中的應用

三維模型屬于整現實虛擬的基礎，其效果如何會對虛擬環境真實性產生較大影響，因為Virtools并不具備建模的功能，因此需使用3D MAX來建模。思考硬件限制與現實虛擬系統實時性需要，及Internet帶寬與傳輸速率的影響原因，在實施建模的時候，必須遵從一個重要原則，就是在確保視覺對象真實效果良好的基礎上，最大程度采用最為簡單的一類模型。如此便需要在建模的時候應用一些技巧，如可用參數法來構建真實對象；使用紋理貼圖來取替幾何圖形；利用optimize編輯器來對模型實施優化等。

3.1 數據資料的整理

在三維自動化建模前，需對現有數據資料實施整理和分析。現時期經常用到的地下管線數據資料基本可以劃分為三種，即：紙質圖紙、電子文檔和數據庫。整理這些數據主要目的是為了將各資料信息最大程度的整理到同一文檔當中，促進資料實現融合，以利于建模的有效完成。針對不同資料所采用的處理方法也會存在差異，在資料當中的紙質圖文件也需經過掃描，將其變成圖片格式的文件，在3D MAX軟件或是別的軟件當中實施重新的數字化建圖。針對電子文檔當中的資料和數據，在3D MAX軟件中對此格式并不支持，為此需實施格式形式的轉變，可通過FME來完成數據格式的轉換。針對數據庫資料來說，可直接對其實施提取和使用。最后將全部資料轉變成3D MAX軟件上可以有效應用的數據信息格式，這樣便能夠制作出新3D MAX文檔，經過整理后的3D MAX文檔應包含資料當中工程所涉及到的各類數據。制作完的3D MAX圖可儲存成DWG格式，這樣便可直接將其導入到Revit軟件當中，不需再實施格式轉換操作，完全可以當作底圖在其中對管線網絡、地物與設施布置進行建模。

3.2 地下管網的建模

Virtools并不具備建模的功能，因此需使用3D MAX來實施地下管線三維數據模型的構建。地下管線建筑重點包括管線節點及管線的具體位置和相應信息。在本文的論述中，主要使用的建模法是由管線的節點來管控管線段。首先需明確管線節點，其位置是相鄰管線段兩點，管線段通常都是直線形式，因此需先對管線節點進行建模操作，之后再對管理段實施建模。所以本文所論述的管線三維信息建模重點劃分成兩大部分，即管線節點、管線段。

在實施建模時，首先在前期時先把建模所需相關資料進行有效的整理，將所得3D MAX文檔當作底圖導入到Virtools相應軟件當中，底圖3D MAX文檔包括管線和管點的位置信息，其中管線節點位置能夠在3D MAX圖當中呈現出。對于高程的明確主要是將地面高度設置為0，可通過現有管點的高程資料來明確其在三維模型中的位置，之后在Revit相應軟件中構建管線節點的具體模型。在對相鄰管點完成建模以后，可對這一管線實施建模操作，管線段基本都是通過管線節點來明確具體位置的，管線段相鄰管線的節點明確，可由管線直接確定，之后用管線模型將兩管點進行直接連接。管線段的建模信息量非常大，在進行管線段建模的時候，Revit相應軟件可以提供其需求的屬性框，能夠在管線屬性框內設置適合的探測數據，并將這些數據加載至管線三維模型當中。其中屬性信息能夠在Revit軟個中工程明細表中導出，而且還可同時完成工程量的計算與計價。

3.3 地上物與地下設施建模

單獨管線模型因為其沒有參照物，所以在具體操作時根本無法獲得有效應用。因此，對三維管線建模進行研究通常需與地面物和地下設施相結合，如此便需對管線周邊的地下建筑物與設計實施建模。針對地下物體與相應設施的建模，基本都是以地面作為起點，然對地面建筑物的設計是從下至上來進行排列的，而地下設計則是從上至下的排列順序。在建模前需先對建模相關資料進行整理，在此過程中的3D MAX文檔中需包含管線地上物位置信息，同時還需需構建完整的結構與形狀，如此便需參照其他資料來開展工作。地上物建模，開始與管線建模相同，通過3D MAX文檔能夠找出管線周邊地物位置，以地面的高度當作標高0，參照衛星資料來明確其形狀，從而進行建模。地下設計建模，同樣先由3D MAX文檔來明確物體位置，然而其結構需參照設計圖，來實施建模。在建模時，會出現一些結構相對復雜的模型，當軟件本身數據信息庫不能滿足建模要求時，也可通過外部建庫導入的方式來應對這一問題。

4 結束語

總體來說，3D MAX技術其設計可以充分為用戶提供可視化三維數據模型。本文結合這一特點優勢，利用3D MAX軟件來對管線系統模塊進行構建。這一模塊可適用于不同種類地下管線模型的構建，依據所創設的管線附屬物，能夠對城市地下管線的三維數據模型實施最為貼切的建模，由此更直觀的呈現地下管線空間具體分布詳情，從而為工程設計、施工及管理奠定基礎。