基于BIM+GIS的鐵路大規模線網快速建模方法研究

高崇文，朱鵬燁

（1.石家莊鐵道大學交通運輸學院，河北 石家莊 050043；2.石家莊鐵道大學土木工程學院，河北 石家莊 050043）

1 引言

建筑信息模型BIM(Building Infor?mation Modeling)是信息時代基礎設施的數字化產物，其應用可貫穿工程的全生命周期[1]。BIM中存儲著豐富的語義信息，這使其具備了多維度、精細化表達模型信息能力，但其自身無法對模型進行空間分析、集成展示等宏觀表達。GIS(Geographic Information System)地理信息系統集成了地形、地物與其它設計控制要素的海量空間信息，能夠存儲、管理、分析系統中對象的地理信息[2]。鐵路工程屬于長大帶狀工程，空間跨度大，并且其結構及走向深受地形與地物影響。將BIM與GIS聯合使用于鐵路工程中，能夠充分發揮二者所長，實現對工程對象的宏觀與微觀多角度分析。

目前國內有很多學者探索了BIM+GIS在工程領域中的應用，趙塵衍[3]基于Cesium三維引擎研究了城市軌道交通BIM數據與GIS系統的集成；王奇勝[4]研究了CityMakerGIS平臺與BIM數據的集成方法，為城市軌道交通設計方案的評價提供了參考依據；秦獻[5]基于CATIA平臺完成了不良地質環境的創建，研究了鐵路BIM模型并在該環境中的集成方法；葉文欣[6]利用BIM+GIS平臺進行航道疏浚工程設計工作，有效提高了設計效率；劉佳毅[7]研究了3DGIS技術在城市軌道交通中的應用，解決了線路三維動態顯示的關鍵問題；楊榕研[8]究了基于Civil3D與Infraworks的協同設計，并將其運用于高速公路的方案設計中；金瑞利[9]用BIM二次開發技術研發了航道整治設計平臺，并與GIS相結合提高了生產效率和品質；高建新[10]利用Revit二次開發技術，實現了隧道模型的精準參數化建模；目前，針對鐵路大規模線網的快速建模與信息附加卻缺少研究。本文基于Autodesk系列軟件和BIM API二次開發技術，研究鐵路大規模線網的快速建模方法、模型信息批量化自動附加方法以及BIM模型與GIS平臺集成方法，實現鐵路設計方案的大規模線網快速建模和GIS平臺的三維可視化展示。

2 基于Revit API的鐵路構造物自動建模方法

鐵路構造物的模型種類多、體量大，手動進行模型創建和拼裝的工作量十分龐大，并且難以保證模型拼裝的準確率。因此，利用Revit API通過程序實現模型的創建和自動拼裝能夠極大提升工作效率。

利用Revit二次開發進行快速建模主要用到以下三類方法：

①使用NewSweptBlend方法，根據路徑對構造物截面進行放樣融合操作完成模型創建，隧道洞身、墩身、簡支梁、連續梁、鋼軌、道床等模型通過此方法進行創建；

②使用NewExtrusion方法，根據拉伸長度及參照平面對構件截面輪廓進行拉伸操作，創建橋墩墩帽、基礎的拉伸實體，并與墩身組合成橋墩族文件；

③使用NewFamilyInstance方法，在參數坐標處利用已經創建完成的族文件生成族實例模型，再通過Rotate方法對族實例進行角度調整，最終將模型以正確的姿態放置到相應的位置坐標處，軌枕、橋墩、橋臺、隧道洞門、接觸網等模型通過此方法進行創建。

部分自動創建拼接構造物的程序界面如圖1～圖3所示，拼裝完成效果如圖4所示。

圖1 參數化創建橋墩程序界面

圖2 參數化創建梁截面程序界面

圖3 橋梁自動拼接程序界面

圖4 拼裝完成效果

3 基于外部數據的模型信息附加方法

可視化的三維模型是BIM的外在表現形式，而BIM中儲存的信息則是其內核。在Revit中雖然能夠手動為模型附加各類信息，但由于構件體量過大，逐個為每個模型添加信息不僅費時費力，并且極有可能出錯。本文利用Revit API中的外部數據接口，以ElementId為索引使信息文件中的模型信息與構件一一匹配，實現模型信息的自動化精準附加與提取，其步驟如下：

①確定將要附加信息的構件元素的ElementId，并將信息文件中的此構件信息讀取至內存中；

②定義SchemaBuilder模式創建器，通過設置模式創建器的屬性創建特定數據結構的Schema模式；

③創建符合Schema模式的Entity信息實體對象，并將內存中的信息數據填充至該信息實體對象中；

④通過 Element.SetEntity 方法將信息實體對象與構件元素相關聯，完成該構件的外部信息附加。

⑤通過 Element.GetEntity.param?eter屬性讀取儲存在構件元素中的外部數據信息。

該構件的外部信息數據可以通過自編程序顯示在窗體中，如圖5所示，也可以通過LookUp插件直接查看，如圖6所示。

圖5 信息顯示窗體

圖6 構件信息實體數據

4 Revit與Infraworks的線路協同設計

線路專業是鐵路設計中的龍頭專業，對一個項目影響深遠。目前國內選線工程師仍采用Autodesk CAD在二維空間進行選線工作，無法對設計方案有清晰直觀的認識，Revit與Infraworks的線路協同設計為此提供了解決方案。

在Infraworks多源數據集成的BIM+GIS平臺下，能夠進行線路的概念設計，但由于其自身無法提供精細且多樣的構造物模型，設計成果的展示效果不佳。Revit與Infraworks可以通過.rvt格式的文件進行模型的無縫傳輸，在In?fraworks中能夠清晰直觀地展現Revit中的精細化BIM模型，將二者結合進行線路協同設計，便可以發揮二者各自所長，模擬出逼真的鐵路場景，提高線路方案設計質量，方案展示效果如圖7、圖8所示。

圖7 軌道與接觸網

圖8 橋隧連接處

5 結語

本文使用基于Revit API開發的插件快速創建并拼接鐵路構造物BIM模型，研究了外部數據模式的創建與實體化方法，以構件Id為索引實現了信息與模型的精準匹配，并研究了大規模線網BIM模型與Infraworks 3DGIS平臺的集成方法，得出以下結論：

①通過Revit二次開發進行鐵路構造物的參數化創建與拼接，能夠快速創建BIM模型，大大提高建模效率與準確率；

②以ElementId為索引，將數據文件中的構件信息以外部數據的形式附加至BIM模型中，可以實現模型信息的自動精準填充和批量化存儲；

③將Revit BIM模型集成至Infra?works平臺，能夠建立大規模鐵路線網的BIM+GIS環境，實現鐵路設計方案的三維可視化展示。