CN112348953B - 跨越地理分带的铁路bim模型处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及跨越地理分带的铁路BIM模型处理方法，在设计软件中导入线路投影分带参数、线路中线及工点设计信息，提取跨带的BIM模型，并保证其构件的完整性；对跨越分带的BIM模型进行构件编码，保证构件的唯一性；基于构件完整语义信息实现对BIM模型的非等间距切块；BIM模型分块导出，提取几何、属性、材质、语义及空间坐标信息，并导入数据库；对分块的BIM模型的构件进行重投影与坐标变换；BIM模型的构件拼接与轻量化处理。本发明在考虑分段投影线条和控制变形过大的基础上，根据铁路三维构筑物BIM模型的语义与类型信息，对模型进行非等间距分段处理，保留模型的关键形状特征，实现了铁路BIM模型的快速、无缝集成。

Description

跨越地理分带的铁路BIM模型处理方法

技术领域

本发明涉及铁路及城市轨道交通建设的信息化技术领域，具体涉及一种跨越地理分带的铁路BIM模型处理方法。

背景技术

随着信息技术的突飞猛进，数字化、智能化在各个领域取得了突破性进展，各行各业均利用高新技术开始改造传统产业，铁路建设行业同样面临前所未有的挑战。在新技术的驱动下，特别是BIM(Building Information Modeling，建筑信息模型)技术在国内外铁路工程建设领域的应用越来越广泛，铁路设计院纷纷利用Bentley、Revit等成熟的BIM建模软件实现基于三维真实场景的协同设计、正向设计，并在3DGIS平台上进行模型集成，保证工程相关信息在项目设计、施工、运维全生命周期中无缝传递与共享，打破了数据孤岛，实现数据可视化跟踪定位。

由于铁路BIM模型相较于民建BIM模型具有较大的差异，主要表现在呈带状分布、跨越多个地理分带区域、数据海量、类型多样、地理环境和边界条件复杂。因此，在基于3DGIS技术进行BIM模型整合的过程中，虽然很多BIM+GIS平台实现了BIM模型的拼接，但在BIM模型集成处理的过程中忽略了长大带状BIM模型(如：桥梁、隧道)跨越多个地理分带所带来的投影变形问题，由于在设计的过程中主要以线路专业提供的分段线条和里程数据为依据进行工点BIM模型设计，未考虑换带和投影因素，导致BIM模型转换为GIS模型后不同工点之间接口缝隙很大，增加了投影信息的GIS模型产生了严重的变形，不仅无法满足BIM模型集成交付的精度要求，还削弱了可视化展示效果，为后续施工建设传递了错误信息。

目前跨越地理分带的模型处理方式主要是等间距分段处理，该方法没有考虑不同类型BIM模型的特征，对分段间距的设定主要采用试验的手段，缺乏科学性，导致模型切割后丢失了构件信息。

发明内容

本发明的目的是提供一种跨越地理分带的铁路BIM模型处理方法，在考虑分段投影线条和控制变形过大的基础上，根据铁路三维构筑物BIM模型的语义与类型信息，对模型进行非等间距分段处理，保留模型的关键形状特征，实现了铁路BIM模型的快速、无缝集成，从而解决现有技术中存在的问题。

本发明所采用的技术方案为：

跨越地理分带的铁路BIM模型处理方法，其特征在于：

所述方法包括以下步骤：

步骤一：在设计软件中导入线路投影分带参数、线路中线及工点设计信息，提取跨带的BIM模型，并保证其构件的完整性；

步骤二：对跨越分带的BIM模型进行构件编码，保证构件的唯一性；

步骤三：基于构件完整语义信息实现对BIM模型的非等间距切块；

步骤四：BIM模型分块导出，提取几何、属性、材质、语义及空间坐标信息，并导入数据库；

步骤五：对分块的BIM模型的构件进行重投影与坐标变换；

步骤六：BIM模型的构件拼接与轻量化处理。

步骤一中：

线路投影分带参数包含坐标点号、北坐标、东坐标、投影面大地高、中央子午线、2000国家大地坐标系基本椭球参数；

提取跨带的BIM模型的过程为：根据线路分带参数和工点设计信息定位BIM模型的位置和里程，其中BIM模型包含桥涵、隧道、路基、轨道、站场、接触网。

步骤二中，构件编码基于IFD和UUID扩展的编码算法进行，实现对每个独立构件的实例化，保证其在工程中的唯一性，并保存构件与模型之间的逻辑关系，以JSON或XML的方式进行存储。

步骤三具体为：

3.1、BIM模型的语义信息包括构件及其连接关系，通过语义映射算法和构件过滤器实现BIM模型向不同细节层次的转换，实现BIM模型构件在不同LOD的表达；

3.2、针对不同LOD进行BIM模型的非等间距切块，非等间距切块算法是通过逐层递进的方式实现对BIM模型的切块划分，初始以BIM模型最小构件的大小为划分单元进行切块，如果在此过程中BIM模型构件存在语义丢失现象，则将划分单元扩大一倍，作为进一步的划分基础，继续对剩下的模型进行分块，以此迭代，每当遇到构件丢失时扩大划分单元继续切块，直至模型切块完毕，划分单元的同时考虑LOD对模型转换的精度和尺寸要求。

步骤四中，BIM模型构件都有唯一的UUID，几何信息包括长、宽、高，空间坐标信息包括模型所在项目的独立工程坐标系参数，包括投影分带信息、高程异常、转换参数、中央子午线；数据库分为属性库、材质库、语义库和空间数据库，分别存储属性信息、材质纹理信息、语义编码信息及空间坐标信息。

步骤五中，重投影采用逐顶点的动态重投影的方法，对语义分块后导出的BIM模型的每个顶点进行投影与坐标变换，保证分块后的BIM模型之间拼接无裂缝。

步骤六中，将经过重投影的分块BIM模型进行组合形成原始的BIM模型，其中，轻量化处理包含的工作有格式转换、切片、建立索引、动态渲染策略。

本发明具有以下优点：

1、本发明提出了一个完整的、面向不同类型的铁路BIM模型跨带处理方法，实现BIM模型在GIS环境下的集成，促进BIM在铁路建设全生命周期中的应用；

2、本发明通过非等间距切块算法实现对BIM模型进行拆分，同时保留了语义完整性，确保在进行BIM模型拼接时准确无缝；

3、本发明根据编码算法和BIM模型之间的构件关系恢复多个文件的逻辑层级结构，实现基于构件的多文件的最小单元管理。

附图说明

图1是本发明的跨带BIM模型处理流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及的一种跨越地理分带的铁路BIM模型处理方法，是一个完整的、面向不同类型的铁路BIM模型跨带处理方法，能实现BIM模型在GIS环境下的集成，促进BIM在铁路建设全生命周期中的应用，具体包括以下步骤：

步骤一：首先将设计阶段的工点设计信息、线路投影分带参数(包括坐标点号、北坐标、东坐标、投影面大地高、中央子午线、2000国家大地坐标系基本椭球参数)及线路中心导入到设计软件中，确定每个工点所处的里程位置，然后提取出跨带的BIM模型放到单独的文件，同时坐标原点归零。根据分带参数建立每个带内的独立工程坐标系，在满足投影变形精度要求的基础上，计算每个BIM模型控制点的投影转换坐标。

步骤二：对跨带的BIM模型进行构件编码，采用基于IFD和UUID扩展的编码算法，实现对每个独立构件的实例化，保证其在工程中的唯一性，并保存构件与模型之间的逻辑关系，以JSON或XML的格式进行存储。

步骤三：BIM模型具有丰富的语义信息，包括构件及其连接关系的语义信息，我们通过语义映射算法和构件过滤器实现BIM模型向不同细节层次的转换，实现BIM模型构件在不同LOD的表达。非等间距切块算法是通过逐层递进的方式实现对BIM模型的切块划分，初始以BIM模型最小构件的大小为划分单元进行切块，如果在此过程中BIM模型构件存在语义丢失现象，则将划分单元扩大一倍，作为进一步的划分基础，继续对剩下的模型进行分块，以此迭代，每当遇到构件丢失时扩大划分单元继续切块，直至模型切块完毕，划分单元的同时考虑LOD对模型转换的精度和尺寸要求。

步骤四：将分块后的BIM模型导出，将模型的姿态参数、空间位置、几何参数、设计时添加的属性信息、纹理材质、语义编码分别存储到属性库、材质库、语义库及空间数据库中，模型的姿态参数主要包含三个旋转角、空间位置包含工程独立坐标及投影参数，几何信息以模型的长、宽、高为主。

步骤五：对每个分块导出后的BIM模型文件进行投影变换，首先指导BIM模型形状的控制点(即边与边之间的交点)，然后通过顶点投影方法实现对每个顶点在球面上投影坐标的计算，计算平移、旋转及缩放等参数，实现相邻分块BIM模型之间交点坐标的唯一性，保证模型无缝拼接。

步骤六：对分块后的BIM模型进行逐顶点拼接，保证BIM模型的几何与语义的完整性，然后对BIM模型进行轻量化处理。首先要先进行数据格式的转换，将dgn、rvt等格式的BIM数据转换为以obj、3dtiles、gltf、ifc为主的开源GIS数据格式，然后通过将BIM模型进行不同细节层级的语义映射和切片处理，生成模型缓存，并建立BIM模型构件之间的八叉树索引及碎片文件的索引，最后通过动态渲染策略，即动态隐藏未在视域范围内的BIM模型构件，从而提高显示渲染效率。

基于上述流程，本发明在考虑分段投影线条和控制变形过大的基础上，根据铁路三维构筑物BIM模型的语义与类型信息，对模型进行非等间距分段处理，保留模型的关键形状特征，能实现铁路BIM模型的快速、无缝集成。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.跨越地理分带的铁路BIM模型处理方法，其特征在于：

所述方法包括以下步骤：

步骤一：在设计软件中导入线路投影分带参数、线路中线及工点设计信息，提取跨带的BIM模型，并保证其构件的完整性；

步骤二：对跨越分带的BIM模型进行构件编码，保证构件的唯一性；

步骤三：基于构件完整语义信息实现对BIM模型的非等间距切块：

3.1、BIM模型的语义信息包括构件及其连接关系，通过语义映射算法和构件过滤器实现BIM模型向不同细节层次的转换，实现BIM模型构件在不同LOD的表达；

3.2、针对不同LOD进行BIM模型的非等间距切块，非等间距切块算法是通过逐层递进的方式实现对BIM模型的切块划分，初始以BIM模型最小构件的大小为划分单元进行切块，如果在此过程中BIM模型构件存在语义丢失现象，则将划分单元扩大一倍，作为进一步的划分基础，继续对剩下的模型进行分块，以此迭代，每当遇到构件丢失时扩大划分单元继续切块，直至模型切块完毕，划分单元的同时考虑LOD对模型转换的精度和尺寸要求；

步骤四：BIM模型分块导出，提取几何、属性、材质、语义及空间坐标信息，并导入数据库；

步骤五：对分块的BIM模型的构件进行重投影与坐标变换；

步骤六：BIM模型的构件拼接与轻量化处理。

2.根据权利要求1所述的跨越地理分带的铁路BIM模型处理方法，其特征在于：

步骤一中：

线路投影分带参数包含坐标点号、北坐标、东坐标、投影面大地高、中央子午线、2000国家大地坐标系基本椭球参数；

提取跨带的BIM模型的过程为：根据线路分带参数和工点设计信息定位BIM模型的位置和里程，其中BIM模型包含桥涵、隧道、路基、轨道、站场、接触网。

3.根据权利要求2所述的跨越地理分带的铁路BIM模型处理方法，其特征在于：

步骤二中，构件编码基于IFD和UUID扩展的编码算法进行，实现对每个独立构件的实例化，保证其在工程中的唯一性，并保存构件与模型之间的逻辑关系，以JSON或XML的方式进行存储。

4.根据权利要求3所述的跨越地理分带的铁路BIM模型处理方法，其特征在于：

步骤四中，BIM模型构件都有唯一的UUID，几何信息包括长、宽、高，空间坐标信息包括模型所在项目的独立工程坐标系参数，包括投影分带信息、高程异常、转换参数、中央子午线；数据库分为属性库、材质库、语义库和空间数据库，分别存储属性信息、材质纹理信息、语义编码信息及空间坐标信息。

5.根据权利要求4所述的跨越地理分带的铁路BIM模型处理方法，其特征在于：

步骤五中，重投影采用逐顶点的动态重投影的方法，对语义分块后导出的BIM模型的每个顶点进行投影与坐标变换，保证分块后的BIM模型之间拼接无裂缝。

6.根据权利要求5所述的跨越地理分带的铁路BIM模型处理方法，其特征在于：

步骤六中，将经过重投影的分块BIM模型进行组合形成原始的BIM模型，其中，轻量化处理包含的工作有格式转换、切片、建立索引、动态渲染策略。

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