城市軌道交通BIM建模中坐標(biāo)轉(zhuǎn)換相關(guān)問題的探討

楊閃閃

摘 ?要：在城市軌道交通工程開展期間，BIM建模受到了廣泛的應(yīng)用，不過從實際情況來看，還有著一些缺陷，其中表現(xiàn)為BIM建模坐標(biāo)系和工程圖紙坐標(biāo)系不相符，針對于此種現(xiàn)象，就需要制定出有關(guān)的對策。在文章中，以某項城市地鐵結(jié)構(gòu)內(nèi)的BIM模型舉例說明，提出了相應(yīng)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方式，把地方坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成BIM模型內(nèi)的地理坐標(biāo)系，在確定定位的基礎(chǔ)上達(dá)到地鐵建設(shè)環(huán)節(jié)信息化和可視化的目的，從根本上確保城市軌道交通安全開展。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;BIM建模;坐標(biāo)轉(zhuǎn)換;相關(guān)問題

中圖分類號：U239.5 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）01-0072-02

Abstract： During the development of the urban rail transit project， BIM modeling has been widely used， but from the actual situation， there are still some defects， such as the inconsistency between the BIM modeling coordinate system and the engineering drawing coordinate system. in view of this phenomenon， it is necessary to work out the relevant countermeasures. In this paper， taking the BIM model in the subway structure of a certain city as an example， the corresponding coordinate transformation method is put forward， and the local coordinate system is transformed into the geographical coordinate system in the BIM model， so as to achieve the purpose of informationization and visualization of subway construction on the basis of positioning， and fundamentally ensure the safety of urban rail transit.

Keywords： urban rail transit; BIM modeling; coordinate transformation; related problems

在城市軌道交通工程建設(shè)期間，包含的規(guī)模較大，自身具備周期性長的特征，各項專業(yè)之間的協(xié)調(diào)工作量非常高，再加上地鐵工程受到相關(guān)因素的影響，一直發(fā)生工程變更現(xiàn)象，使得工作效率較低，質(zhì)量受到了影響。而在城市運行進(jìn)程加快的背景下，城市軌道交通運行進(jìn)程加快，軌道交通建設(shè)工程提出的要求極高，一般是多條線同期進(jìn)行規(guī)劃和建設(shè)，建設(shè)階段還劃分為先后，這樣的話，便增加了投資方管理的難度。所以，就需要明確存在的問題，從根本上提高城市軌道交通運行效率和質(zhì)量。

1 城市軌道交通工程

城市軌道交通作為城市和城市公交運行的基礎(chǔ)，屬于運輸客流的關(guān)鍵，其中，城市軌道交通項目是否在規(guī)定期限內(nèi)完成并且實施，對于城市居民日常出行、正常工作和滿意程度有著直接的影響。對于城市軌道交通工程來講，屬于一項綠色交通工具，本身有著能耗小并且污染性低等一系列的特征，有利于加快城市運行進(jìn)程，通過開展城市軌道交通項目施工作業(yè)來加快城市的運行進(jìn)程，解決城市中心人口密度比較大的現(xiàn)象。從中看出，城市軌道交通屬于未來城市交通規(guī)劃和建設(shè)的主流趨勢，可以提高市民出行效率，減少空間，增強生活質(zhì)量。

2 BIM建模中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換情況

當(dāng)前階段，社會領(lǐng)域?qū)Τ鞘熊壍澜煌üこ痰年P(guān)注度極高，而BIM技術(shù)的應(yīng)用，為實現(xiàn)該項目標(biāo)提供了良好的支持。BIM技術(shù)是以三維可視化為根本的設(shè)計方式，重復(fù)性利用相關(guān)的信息，通過詳細(xì)地探究促使工作安全開展。

坐標(biāo)系作為測量和繪圖的依據(jù)，一般是由坐標(biāo)原點、坐標(biāo)軸指向和單位長度進(jìn)行明確定義的。在城市軌道交通運行期間，包含的要點是非常多的，大體上涉及到了地理坐標(biāo)系、空間直角坐標(biāo)系和地方坐標(biāo)系等多方面。其一，地理坐標(biāo)系，該種類型的坐標(biāo)系是采取三維球面對地理表面位置進(jìn)行探究的，目的是經(jīng)由經(jīng)緯度來應(yīng)用地球表面點位。其二，高斯平面坐標(biāo)系，采取橫切橢圓柱投影方式創(chuàng)建規(guī)范性的平面直角坐標(biāo)系統(tǒng)，將中央子午線和赤道的交點作為一項坐標(biāo)原點，其中，中央子午線的投影是縱坐標(biāo)軸Y，而赤道的投影則是橫坐標(biāo)軸Y。其三，地方坐標(biāo)系操作原理是處于局部區(qū)域內(nèi)構(gòu)建平面控制網(wǎng)的過程中，根據(jù)實際情況，投影到具體選定面內(nèi)，或者是應(yīng)用地方子午線為中央子午線的一項直角坐標(biāo)系。

在城市軌道運行期間，可以采取創(chuàng)建地鐵結(jié)構(gòu)BIM模型的方式對地鐵建設(shè)方案進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，強化地鐵建設(shè)環(huán)節(jié)中的安全管理力度，降低不良事故和安全隱患出現(xiàn)的概率。對于BIM建模人員來講，應(yīng)當(dāng)結(jié)合工程圖紙中的具體地方坐標(biāo)來定位結(jié)構(gòu)模型，具體落實到以地理坐標(biāo)系為主的GIS地球模型內(nèi)，地方坐標(biāo)系和地理坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換精度直接影響著地鐵鐵路各項工點結(jié)構(gòu)模型連接的準(zhǔn)確性，經(jīng)由上述兩個環(huán)節(jié)來達(dá)到轉(zhuǎn)換坐標(biāo)的目的。第一項步驟，把地方坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成高斯平面坐標(biāo)系。第二項步驟，采取高斯-克呂格的方式計算出地理坐標(biāo)系。

3 高斯投影反算公式

在上述公式內(nèi)，L表示為起點經(jīng)度，L0是中央子午線精度，tf=tanBf，？濁2f=e2cos2B，e屬于橢球第一偏心率，Mf=a（1-e2（1-e2）（1-E2sin2Bf）-3/2，a是橢圓長半軸，？濁2F=et2cos2B;NF=a（1-e2sin2BF）-3/2。

4 城市軌道工程中的應(yīng)用

BIM技術(shù)屬于一項復(fù)雜的信息化系統(tǒng)，在具體設(shè)計期間，施工方和運維方需要加深交流，以此使信息處于項目全周期運行中合理的應(yīng)用，而將建筑信息模型應(yīng)用到城市軌道交通工程中，可以使項目設(shè)計、建造以及決策等工作處于可視化狀態(tài)中實施，加深相關(guān)人員對于具體現(xiàn)象的了解，減少誤差出現(xiàn)。本文以某項城市軌道工程舉例說明，要想滿足地鐵建設(shè)信息化和現(xiàn)代化的管理要求，需要創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)的BIM模型，采取合理的方式來提升地鐵建設(shè)環(huán)節(jié)的安全性，從而確保整體質(zhì)量。

對于BIM模型進(jìn)行創(chuàng)建的過程中，主要是處于GIS地球模型基礎(chǔ)上實施的，以地理坐標(biāo)系為基本的定位坐標(biāo)系，地鐵施工圖紙內(nèi)的定位坐標(biāo)是以任意坐標(biāo)系為主，而采取何種方式把圖紙坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成GIS地球模型中的地理坐標(biāo)系，是BIM建模期間需要重點探究的一項問題。應(yīng)用合理的方式轉(zhuǎn)變地方坐標(biāo)，將其轉(zhuǎn)換成地理坐標(biāo)，基本流程圖如下所示：

（1）此項地鐵線路南北長度大約是473km，從11個控制點內(nèi)經(jīng)由圖紙內(nèi)獲取地方坐標(biāo)，通過手持GPS獲得地理坐標(biāo)，從已知控制點內(nèi)來看，可以選擇4個公共點為訓(xùn)練樣本，對四參數(shù)值進(jìn)行計算，剩下的7個點則是當(dāng)成檢驗樣本。具體訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)表格如表1所示。

（2）計算四參數(shù)。結(jié)合上表中的相關(guān)數(shù)據(jù)，采取高斯-克呂格投影方式將其轉(zhuǎn)換成高斯平面坐標(biāo)系，借助MATLAB獲取四個參數(shù)值。具體如表2所示。

（3）地方坐標(biāo)轉(zhuǎn)高斯平面坐標(biāo);使用已經(jīng)獲取的四參數(shù)值來計算出7個檢驗樣本的高斯平面坐標(biāo)，如表3所示。

5 結(jié)束語

從以上論述來看，在本篇文章中，引進(jìn)了合理的轉(zhuǎn)換方式進(jìn)行工作，經(jīng)由此種方式轉(zhuǎn)換而成的地理坐標(biāo)出現(xiàn)誤差的概率非常小，可以達(dá)到高精度轉(zhuǎn)換不同坐標(biāo)系的目的，而BIM建模者還可以依照圖紙給出的兩車站和相同區(qū)間內(nèi)的中心里程點區(qū)域坐標(biāo)，轉(zhuǎn)換成和GIS地理模型要求相符合的經(jīng)緯度坐標(biāo)，加深車站和區(qū)間之間的聯(lián)系性，從中看出，該種方式可以有效應(yīng)用到BIM建模坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過程中存在相關(guān)問題的分析環(huán)節(jié)中，提升整體效果，全面解決BIM建模坐標(biāo)和施工圖紙不相符的現(xiàn)象，其有著極高的應(yīng)用效果和價值。

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