基于BIM+GIS的铁路大规模线网快速建模方法研究

高崇文，朱鹏烨

（1.石家庄铁道大学交通运输学院，河北 石家庄 050043；2.石家庄铁道大学土木工程学院，河北 石家庄 050043）

1 引言

建筑信息模型BIM(Building Infor⁃mation Modeling)是信息时代基础设施的数字化产物，其应用可贯穿工程的全生命周期[1]。BIM中存储着丰富的语义信息，这使其具备了多维度、精细化表达模型信息能力，但其自身无法对模型进行空间分析、集成展示等宏观表达。GIS(Geographic Information System)地理信息系统集成了地形、地物与其它设计控制要素的海量空间信息，能够存储、管理、分析系统中对象的地理信息[2]。铁路工程属于长大带状工程，空间跨度大，并且其结构及走向深受地形与地物影响。将BIM与GIS联合使用于铁路工程中，能够充分发挥二者所长，实现对工程对象的宏观与微观多角度分析。

目前国内有很多学者探索了BIM+GIS在工程领域中的应用，赵尘衍[3]基于Cesium三维引擎研究了城市轨道交通BIM数据与GIS系统的集成；王奇胜[4]研究了CityMakerGIS平台与BIM数据的集成方法，为城市轨道交通设计方案的评价提供了参考依据；秦献[5]基于CATIA平台完成了不良地质环境的创建，研究了铁路BIM模型并在该环境中的集成方法；叶文欣[6]利用BIM+GIS平台进行航道疏浚工程设计工作，有效提高了设计效率；刘佳毅[7]研究了3DGIS技术在城市轨道交通中的应用，解决了线路三维动态显示的关键问题；杨榕研[8]究了基于Civil3D与Infraworks的协同设计，并将其运用于高速公路的方案设计中；金瑞利[9]用BIM二次开发技术研发了航道整治设计平台，并与GIS相结合提高了生产效率和品质；高建新[10]利用Revit二次开发技术，实现了隧道模型的精准参数化建模；目前，针对铁路大规模线网的快速建模与信息附加却缺少研究。本文基于Autodesk系列软件和BIM API二次开发技术，研究铁路大规模线网的快速建模方法、模型信息批量化自动附加方法以及BIM模型与GIS平台集成方法，实现铁路设计方案的大规模线网快速建模和GIS平台的三维可视化展示。

2 基于Revit API的铁路构造物自动建模方法

铁路构造物的模型种类多、体量大，手动进行模型创建和拼装的工作量十分庞大，并且难以保证模型拼装的准确率。因此，利用Revit API通过程序实现模型的创建和自动拼装能够极大提升工作效率。

利用Revit二次开发进行快速建模主要用到以下三类方法：

①使用NewSweptBlend方法，根据路径对构造物截面进行放样融合操作完成模型创建，隧道洞身、墩身、简支梁、连续梁、钢轨、道床等模型通过此方法进行创建；

②使用NewExtrusion方法，根据拉伸长度及参照平面对构件截面轮廓进行拉伸操作，创建桥墩墩帽、基础的拉伸实体，并与墩身组合成桥墩族文件；

③使用NewFamilyInstance方法，在参数坐标处利用已经创建完成的族文件生成族实例模型，再通过Rotate方法对族实例进行角度调整，最终将模型以正确的姿态放置到相应的位置坐标处，轨枕、桥墩、桥台、隧道洞门、接触网等模型通过此方法进行创建。

部分自动创建拼接构造物的程序界面如图1～图3所示，拼装完成效果如图4所示。

图1 参数化创建桥墩程序界面

图2 参数化创建梁截面程序界面

图3 桥梁自动拼接程序界面

图4 拼装完成效果

3 基于外部数据的模型信息附加方法

可视化的三维模型是BIM的外在表现形式，而BIM中储存的信息则是其内核。在Revit中虽然能够手动为模型附加各类信息，但由于构件体量过大，逐个为每个模型添加信息不仅费时费力，并且极有可能出错。本文利用Revit API中的外部数据接口，以ElementId为索引使信息文件中的模型信息与构件一一匹配，实现模型信息的自动化精准附加与提取，其步骤如下：

①确定将要附加信息的构件元素的ElementId，并将信息文件中的此构件信息读取至内存中；

②定义SchemaBuilder模式创建器，通过设置模式创建器的属性创建特定数据结构的Schema模式；

③创建符合Schema模式的Entity信息实体对象，并将内存中的信息数据填充至该信息实体对象中；

④通过 Element.SetEntity 方法将信息实体对象与构件元素相关联，完成该构件的外部信息附加。

⑤通过 Element.GetEntity.param⁃eter属性读取储存在构件元素中的外部数据信息。

该构件的外部信息数据可以通过自编程序显示在窗体中，如图5所示，也可以通过LookUp插件直接查看，如图6所示。

图5 信息显示窗体

图6 构件信息实体数据

4 Revit与Infraworks的线路协同设计

线路专业是铁路设计中的龙头专业，对一个项目影响深远。目前国内选线工程师仍采用Autodesk CAD在二维空间进行选线工作，无法对设计方案有清晰直观的认识，Revit与Infraworks的线路协同设计为此提供了解决方案。

在Infraworks多源数据集成的BIM+GIS平台下，能够进行线路的概念设计，但由于其自身无法提供精细且多样的构造物模型，设计成果的展示效果不佳。Revit与Infraworks可以通过.rvt格式的文件进行模型的无缝传输，在In⁃fraworks中能够清晰直观地展现Revit中的精细化BIM模型，将二者结合进行线路协同设计，便可以发挥二者各自所长，模拟出逼真的铁路场景，提高线路方案设计质量，方案展示效果如图7、图8所示。

图7 轨道与接触网

图8 桥隧连接处

5 结语

本文使用基于Revit API开发的插件快速创建并拼接铁路构造物BIM模型，研究了外部数据模式的创建与实体化方法，以构件Id为索引实现了信息与模型的精准匹配，并研究了大规模线网BIM模型与Infraworks 3DGIS平台的集成方法，得出以下结论：

①通过Revit二次开发进行铁路构造物的参数化创建与拼接，能够快速创建BIM模型，大大提高建模效率与准确率；

②以ElementId为索引，将数据文件中的构件信息以外部数据的形式附加至BIM模型中，可以实现模型信息的自动精准填充和批量化存储；

③将Revit BIM模型集成至Infra⁃works平台，能够建立大规模铁路线网的BIM+GIS环境，实现铁路设计方案的三维可视化展示。