基于BIM的铁路轨道三维数字化设计系统研究

基于BIM的铁路轨道三维数字化设计系统研究

多种BIM软件均可以完成路基、桥梁、隧道不同根底构造下的有砟轨道、无砟轨道BIM模型的构建,满足各专业模型的协同可视化。但仍存在一些成绩难以处理,如手动翻模耗时长、无法完成参数化建模、相似但不同的模型需求反复构建、轨道沿线路的拼装采用手动方式定位等,不只效率低,且难以满足轨道高精度需求。

因而应用商业软件图形处置引擎,面向专业进一步展开BIM设计零碎的研讨是必不可少的。虽然Bentley平台参数化较弱、专业模块不够深化,但思索平台运转效率高、具有较高的精度、根底的图形功用、线路的工程概念、线路平纵断面曲线要素的处置功用以及处置长条型线状结构物的才能强等特点,本文结合Bentley平台下根底图形软件Microstation(MS)、铁路工程的专业设计软件0penRail Designer(OR)以及轨道工程特点,展开基于BIM的铁路轨道三维数字化设计零碎研讨。

 

 总体构造

总体设计

铁路轨道三维数字化设计零碎以商业软件为三维图形引擎,结合轨道构件库,以数据模型为中心,构成基于数据驱动的轨道三维数字化设计,次要包括构建构件库、轨道数据模型与三维数字化模型三局部,数据模型与三维数字化模型相反相成,构成轨道信息模型,即BIM模型,其中数据模型的创立不依赖于现有的商业软件,防止构成不同BIM商业软件之问的孤岛及增加软件更新的影响。

基于BIM的铁路轨道三维数字化设计系统研究

功用设计

铁路轨道三维数字化设计零碎次要面向设计阶段,处理专业问信息孤岛,进步专业问协调沟通,增加变卦,可以疾速生成设计效果文件,为路基、桥梁、隧道各专业以及施工、运维各阶段的协同奠定根底,零碎完成的详细功用次要包括以下方面:

 

一是,轨道工程全生命周期中各阶段数据接口、轨道与相关专业之间的数据接口的规范化处置。为了完成专业问与阶段问的协同设计,防止各专业各阶段因运用平台或软件不同形成的信息反复输出、模型重构,以及防止信息与模型在传递时发作丧失与出错,对工程数据库停止规范化处置,尤其是输人数据与输入数据。

 

二是,轨道工程构件库的创立和管理。轨道构造由钢轨、扣件、轨枕、轨道板、道床板、自密实混凝土层、道岔、道砟层、轨道增强设备、轨道隶属设备等构件组成,部件产品类型多,为了防止信息与模型在设计进程乃至全生命周期中反复操作,集成轨道零构件三维模型与信息属性,创立零构件信息模型,构成轨道构件库。一致创立构件模型的规范格式,如构件分类、命名、材质规范、建模精度等;停止参数化模块开发,完成同类型但不同尺寸模型的构建,如轨道板、底座等;完成构件模型的一致管理,便于各阶段对构件的复用。

 

三是,轨道工程设计数据模型的创立和管理。轨道工程设置在路基、桥梁、隧道等构造物上,并需求与通讯、信号等专业对接,为了防止商业平台与软件的更新与改换形成的信息丧失,以及线路、桥梁等相关专业信息的变卦招致轨道工程的反复建模,创立轨道工程设计数据模型。设计数据模型的创立需充沛思索相关专业与轨道工程之间的关联和映射规则,以完成依据相关工程接口数据与轨道参数,构成轨道工程设计数据模型,为轨道BIM模型的创立提供根据。

 

四是,轨道三维数字化模型的创立。结合零构件模型与轨道工程设计数据模型,经过设置构件与数据之间的映射关系,完成依据数据自动生成沿线轨道三维数字化模型,并可以依据相关专业信息的变卦完成模型的更新。

 

五是,信息模型管理。完成对轨道BIM设计进程中触及的相关专业接口数据、轨道设计信息、轨道数据模型、构件库等信息模型的管理。

 

六是,构成轨道工程专业模块。采用人机交互的方式,经过零碎界面完成轨道零构件创立、数据模型生成、三维数字化模型布置等轨道BIM设计所需的操作;具有明白的轨道信息、相关专业接口信息的输出与效果输入操作窗口,以方便操作并进步效率。

 

七是,效果输入与使用。生成构件库、数据模型、轨道数字化三维模型,并停止效果使用剖析。面向功用次要开发项目管理、项目信息、工程信息、轨道构造设计、轨道数据模型、轨道BIM模型、构件库管理以及辅佐设计等模块。

铁路轨道三维数字化设计完成办法

 

 

 

铁路轨道零构件和构件库的构建

轨道零构件模型分类与编码

轨道构件的分类与编码参照已发布的分解及编码规范执行,次要参照中国铁路BIM联盟公布的《铁路工程实体构造分解指南》与《铁路工程信息模型分类和编码规范》。将轨道划分为钢轨、扣件、轨枕、轨道板、道床板、自密实混凝土层、道岔、道砟层、轨道增强设备、轨道隶属设备等,并停止编码。

 

除思索规范中的分类编码外,在编码中附加局部尺寸属性,钢轨构件中添加长度,如100 m长60轨编码为“XXX_60_100”;有砟道床添加道床宽度、高度、

 

线间距信息,如路基地段单线轨道编码为“XXX_3500_766_0”;无砟道床自密实混凝土层添加长度、宽度、厚度信息,如“XXX_5600_2500_90”;固定尺寸如扣件、承轨台等编码中不添加属性信息。

 

经过编码完成模型与信息的衔接,经电子零碎对信息的一次输出,完成各参与方在各个阶段中对信息的获取,如轨枕包括三维几何信息、型号、材质、物理属性信息、制造厂商、价钱等信息,以支持全进程中信息查询。

 

轨道零构件模型的创立

采用结合MS软件与OR软件二次开发的方式完成轨道构件模型的创立。依据轨道工程特点,将轨道BIM设计中需求的零构件模型划分为两种:一种为固定几何尺寸模型,每一种产品与型号对应固定的几何尺寸属性,且模型复杂,如道岔、扣件等;另一种为参数化模型,如轨道板、道床板、自密实混凝土层、底座、有砟道床等道床局部模型,尺寸随着线路、路基、桥梁、隧道等相关专业接口数据发作变化,尤其是异型轨道板。

 

固定几何尺寸模型直接经过MS软件三维功用停止创立,坐标原点设置为模型顶面中心点,如扣件设置在垫板中心、轨枕设置在中部顶面中心,并附加属性信息。

参数化构件模型的创立次要经过构件库、轨道构造组成、轨道板、自密实混凝土层、底座、组合模型六个子模块完成。首先创立构件库,确定存储格式、途径等,用于组合模型的创立以及轨道BIM设计中对零构件模型的调用;其次经过界面输出轨道构造组成信息,为创立轨道板、自密实混凝土层、底座、组合模型提供数据支撑;依据输出的尺寸信息自动创立模型并更新模型信息及编码,如经过输出轨道板长度、轨道板宽度、承轨台至板边问距、承轨台问距等尺寸信息,调用承轨台模型完成轨道板模型的疾速创立及信息更新;最初输出组合模型的信息,如构件CRTSⅢ型轨道板构造的长度、板缝、超高、根底构造类型等,经过调用构件模型,完成组合模型的自动创立。

铁路轨道设计数据模型

数据模型以轨道设计数据为中心,经过线路、桥梁、隧道等相关接口专业信息剖析线路立体参数、纵断面参数、断链参数、根底构造段落分段等停止轨道超高设计、配板设计等,进而计算轨道布置所需的里程、钢轨、扣件、承轨台等控制点绝对坐标与相对坐标值、坡度、超初等信息,构成轨道数据模型,为轨道BIM模型的创立提供根据。

 

工程信息

经过工程信息的三个子模块(断链信息、平纵断面信息、分段表信息)完成相关专业数据的规范化处置与剖析。

断链信息:经过导入项目断链信息,完成实践里程与延续里程的转换。

立体参数:依据终点经纬距、曲线半径、紧张曲线要素辨别计算直线终点、前紧张曲线终点(直缓点)、前紧张曲线起点(缓圆点)、圆曲线起点(圆缓点)、后紧张曲线起点(缓直点)对应的里程、经纬距等,计算直线要素(直线斜角等)、曲线要素(切线长,曲线偏角,紧张曲线C、m、p等参数),完成轨道构造沿线路布置的立体定位。

 

纵断面参数:依据终点高程、坡度、曲线半径辨别计算直线终点、曲线终点对应的里程、高程等,计算竖曲线转交、曲线圆心的坐标等,完成轨道构造沿线路布置的纵断面定位。

 

分段表:依据桥梁、隧道布相信息,完成针对不同线下根底构造的轨道段分类,为配板设计、轨道构造设计提供根底数据支撑。

 

数据模型

结合工程信息展开轨道构造设计、超高设计、配板设计,完成全线轨道数据模型的创立。

超高信息:依据行车、线路信息,计算轨道超高设计及沿线路各构件及关键点(直缓点、缓圆点、变坡点等)对应的超高值。

配板:依据线下根底构造信息停止配板设计,同时剖析沿线每块轨道板的里程、轨道板根底参数等。

轨道坐标计算:依据立体参数、纵断面参数、路桥隧构造布置,判别每块轨道板终点里程所在的立体地位(直线段、曲线段或紧张曲线段)、纵断面地位(直线段、曲线段)及根底构造,生成规范化的数据模型,包括轨道板终点地位对应的经纬距、方位角、坡度、超高和轨道板、底座扣件螺栓孔各边角点经纬距等信息。其中坐标与方向严厉执行构件规范,如单块轨道板的立体以板的终点为坐标原点,沿线路纵向为y轴,与之垂直的为x轴。竖向以板的顶面为z轴的坐标原点。

轨道数据模型包括轨道相关专业设计信息、超高信息、配板信息、轨道坐标信息等,并可以依据相关专业设计信息的变卦停止实时更新。

 

轨道三维数字化模型

结合轨道构件库,依据轨道设计数据模型,以数据驱动的方式,经过构件模型的命名、编码、构件之问的逻辑关系完成钢轨、轨道板、自密实混凝土层等轨道模型沿线路的一键布置。数据模型和三维数字化模型可依据相关专业变卦、施工误差的影响等实时静态化更新。

结合BIM技术特点和铁路轨道工程的特点,以商业软件作为根底三维图形引擎,以数据模型为中心,构成了铁路轨道三维数字化设计零碎。依据铁路BIM联盟发布的规范完成构件库的分类与编码,完成了轨道板、自密实混凝土层、底座等零构件模型的参数化创立;以数据驱动的方式完成了专业问的协同,打通了专业问的信息孤岛,完成了依据线路、路基、桥梁、隧道等接口数据的轨道BIM设计,疾速生成了设计数据模型与三维数字化模型,大幅度进步了轨道BIM设计效率及精度。

零碎基于BIM技术完成了铁路轨道三维数字化设计,但仍需在零碎效果的根底上,以协同为中心,深化研讨专业之间的协同设计以及三维数字化模型、设计数据模型在全生命周期的运用。

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