基于IFC标准和数据库技术的铁路站场自动化BIM建模方法.pdf
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1、26 刘沛.基于 BIM 的铁路车辆站场场坪三维设计关键技术研究J.铁道标准设计,2021,65(7):188-193.LIU Pei.Research on Key Technology of Three-dimensional Design of Railway Vehicle Station Yard Based on BIMJ.Railway Standard Design,2021,65(7):188-193.27 刘沛,赵亮亮,董凤翔,等.铁路站场工程 BIM 模型信息审查系统研究J.铁道标准设计,2023,67(3):49-54.LIU Pei,ZHAO Liangliang,D
2、ONG Fengxiang,et al.Research on BIM Model Information Review System for Railway Station and Yard EngineeringJ.Railway Standard Design,2023,67(3):49-54.28 JUNG N,LEE G.Automated Classification of Building Information Modeling(BIM)Case Studies by BIM Use Based on Natural Language Processing(NIP)and Un
3、supervised LearningJ.Advanced Engi-neering Informatics,2019,41:100917.29 ZHANG J S,EL-GOHARY N M.Integrating Semantic NLP and Log-ic Reasoning into a Unified System for Fully-automated Code CheckingJ.Automation in Construction,2017,73:45-57.30 ZHANG J S,EL-GOHARY N M.Semantic NLP-based Information E
4、xtraction from Construction Regulatory Documents for Automated Compliance CheckingJ.Journal of Computing in Civil Engineering,2016,30(2):1-42.收稿日期:20230531;修回日期:20230606基金项目:中铁工程设计咨询集团有限公司科技开发重点课题(数字-研 2022-6)作者简介:杨文成(1989),男,高级工程师,2015 年毕业于中南大学交通运输工程专业,工程硕士,主要从事铁路站场设计和计算机辅助设计软件二次开发等研究工作,E-mail:3768
5、42421 。第 67 卷 第 10 期2023 年 10 月铁 道 标 准 设 计RAILWAY STANDARD DESIGNVol.67 No.10Oct.2023文章编号:10042954(2023)10007808基于 IFC 标准和数据库技术的铁路站场自动化BIM 建模方法杨文成,霍 磊,郑 玢,赵 鹏,乔俊飞,张小虎(中铁工程设计咨询集团有限公司,北京 100055)摘 要:随着 BIM+GIS 相关技术的快速发展,对勘察设计成果多维化表达的需求持续增强,如何解决铁路站场专业设计流程复杂、接口专业繁多等问题造成的三维建模效率低下的现状,以及由此导致的二维勘察设计工具平稳过渡到三维
6、设计平台是铁路站场工程亟待研究的热门问题。国内外市场公开发行的三维建模产品形式多种多样、效率参差不齐,针对不同的工程应用场景适应性差异巨大,并且现有产品多为封闭的图形数据库存储格式,不同平台之间难以实现准确、高效的协同化作业。国际 buildingSMART 组织提出的 IFC 技术和相关标准为数据从底层逻辑实现跨平台流通提供了出色的技术路线和发展理念,以及高度可扩展性。结合 MDB/SQL 等成熟的数据库技术将AutoCAD 图形数据与 IFC 编码信息梳理成一套完整的映射和存储关系,并开发了配套软件系统,可以将图形信息经数据库模块等中间件生成为 IFC 文件,进一步基于 OpenRail
7、Designers 平台参考 L-SYSTEM 理论和 NURBS 建模等方法开发了一套将 IFC 文件读入并自动创建 BIM 模型,由于是配合铁路站场专业需求的二次开发,将二维勘察设计成果转化到三维勘察设计成果的过程中也能够将很多原自定义实体专业内容过渡至 BIM 模型非几何信息表达中。该建模技术不仅适用于铁路站场工程数字化,对铁路工程其他专业数字化发展也具有一定参考性和启发作用。关键词:铁路站场;AutoCAD;数据库技术;IFC 标准;OpenRail Designers;BIM 模型中图分类号:U291.1 文献标识码:A DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2
8、02305310017Research on the BIM Modeling Method of Railway Station Automation Based on IFC Standard and Database TechnologyYANG Wencheng,HUO Lei,ZHENG Bin,ZHAO Peng,QIAO Junfei,ZHANG Xiaohu(China Railway Engineering Design and Consulting Group Co.,Ltd.,Beijing 100055,China)Abstract:Two-dimensional de
9、sign tools have a variety of mature technical solutions in the railway station industry.With the rapid development of BIM+GIS related technologies in recent years and the demand for multi-dimensional expression of survey and design results,how to solve the current situation of low 3D modeling effici
10、ency caused by complex professional design process and multiple interface majors of railway stations,and the resulting smooth transition of 2D survey and design tools to 3D design platform is a hot issue that needs to be studied urgently in railway station engineering.The 3D modeling products public
11、ly issued in the domestic and foreign markets have a variety of forms,uneven efficiency,and different applicability for different engineering application scenarios.Many large and medium-sized manufacturers often create a set of closed graph database storage formats,and it is difficult to achieve acc
12、urate and efficient collaborative operations between different platforms.The IFC technology and related standards proposed by the international buildingSMART organization provide excellent technical routes and development concepts for cross-platform circulation of data from the underlying logic with
13、 high scalability.Combined with mature database technologies such as MDB/SQL,AutoCAD graphic data and IFC encoding information are sorted out into a complete set of mapping and storage relationships,and a supporting software system is developed,which can generate graphic information into IFC files t
14、hrough middleware such as database modules.Moreover,a set of models that can read IFC files and automatically create BIM are developed based on the OpenRail Designers platform with reference to L-SYSTEM theory and NURBS modeling method.Since it is a secondary development to meet the professional nee
15、ds of railway stations,in the process of transforming the two-dimensional survey and design results into three-dimensional survey and design results,many of the original custom entity professional contents can also be transitioned to the non-geometric information expression of the BIM model.This mod
16、eling technology is not only applicable to the digitalization of railway station engineering,but also bears reference and enlightenment for the digital development of other professions of railway engineering.Key words:railway station;AutoCAD;database technology;IFC standard;OpenRail Designers;BIM mo
17、deling1 概述计算机三维建模技术发展迄今已有半个多世纪,主要从线框理论演变而来,并且随着计算机技术发展,建模方法和自动化水平日新月异1-3,其中影响较大的研究成果有:基于 FRACTAL 建模理论4提出了对土地信息总结成高度多维分形统计的非线性结构形态描述方法;Aristid Lindenmayer 提出的 L-SYSTEM 理论5对复杂分支结构提出了新的数学描述方法,该理论和数学模型后来被大量用于创建迭代函数系统,在计算机仿真领域发展出很多新的衍生理论系统6;NURBS 建模方法用于对离散数据点进行高效曲线拟合,法国雪铁龙汽车工业设计师 Pierre Bzier 等曾将 NURBS 建
18、模方法大范围应用于手工图纸绘制工作中并为计算机 CAD 绘图技术7-8的发展积累了宝贵经验。随着计算机软件和硬件技术发展,为计算机三维建模工作提供了更多可能性9,各软件平台对自动化建模手段也进行了诸多探索,例如用空间关系和约束条件将传统数据信息进行有效链接,实现三维设计系统环境中的由点定线、由线定面、由面成体的自动化建模。铁路设计领域中自动化三维建模技术也是当下数字化技术发展热点之一10-12,但铁路专业复杂,各专业的惯用三维建模平台特点和交互习惯千差万别,其中内循环性强的专业更加注重标准构件的积累和复用,接口复杂的内外循环性强的专业则更关注带状拓扑信息的有效组合。铁路站场专业由于上下序接口和
19、决策环境等多重因素复杂叠加,需要将建模标准化和拓扑化综合考虑,实现二三维多平台、多层次空间约束条件下的自动建模。2 自动化建模理论本文提出的多层次空间约束下铁路站场自动建模理论是从铁路站场三维建模需求和现行设计规范出发,首先在传统 CAD 软件中进行二维设计,并通过ADO 技术将图形数据库存储为标准数据库,该数据库技术需要支持对数据高效查询、检索和更新;在 BIM三维设计平台中准备基础构件库,然后将数据库和三维设计平台通过二次开发手段形成逻辑约束框架,使单元构件库、断面模板库与数据库信息建立起约束条件,并且能够实现二者互相描述与有效存储;考虑到铁路规划和设计中需要考虑各类设备的时态关系,还有必
20、要将数据和模型信息按多层次空间加以划分,如既97第 10 期杨文成,霍 磊,郑 玢,等基于 IFC 标准和数据库技术的铁路站场自动化 BIM 建模方法有、拆除、新建、预留等,各层次间不应被割裂开来,因为全生命周期的数字化设计流程应能满足特定层次空间之间无缝衔接与平稳过渡;最后,为保证新的数字化手段与数据库技术、传统 CAD 平台实现互操作性和可扩展性,对数据存储、传递接口等格式标准提出了诸多要求。经过十多年的理论研究和项目验证,目前 IFC标准和 IFC 文件比较符合专业需求13-15。基于 IFC标准和数据库的技术路线见图 1。图 1 自动化建模技术路线Fig.1 Automated Mod
21、eling Technology Roadmap2.1 数据库系统传统二维 CAD 设计平台在铁路站场设计行业中仍处于主导地位,但 AutoCAD 在面对长大带状工程三维设计和建模工作时的运行效率不尽如人意,因此,Bentley、CATIA 等公司的计算机辅助设计软件近年来在三维设计和建模领域有明显扩张趋势16-18。为充分利用传统 CAD 设计成果并高效建立三维可视化成果,采用数据库载体和配套 ADO 接口,开发并封装了一套通用数据库访问类库,便于实现模块化的对 Ac-cess 或 SQL 等数据库实施读写功能19-22,以基线模块为例,其主要属性和变量设置见表 1。以基线信息为核心,诸多设
22、备与基线具有投影关系,然后通过计算机编程开发实现数据库和 CAD图形信息的关联通信,实现传统 DWG 图纸信息以基本数据表的形式高效保存至数据库文件,为后续三维 BIM 模型信息从基础数据层面跨平台无损传递提供条件。表 1 数据库系统基线模块Table 1 Database System Baseline Module属性基础属性交点属性图元信息控制范围断链表变量变量类型变量说明internal_chNumberACHAR基线内部编号interface_chNumberACHAR基线外部编号milepost_chNumberACHAR基线里程冠号intersection_chNumberACH
23、AR基线交点冠号internal_milepost_dStartdouble基线起始里程internal_milepost_dEnddouble基线终止里程count_Mileageint统计数量属性intersection_nQuantityInt16基线交点个数intersection_dArraydouble array,基线交点数组intersection_strArraystring array,基线各交点标line_arrnQuantityInt16基线图元个数line_arrdLengthdouble array,基线图元参数baseline_dLengthdouble基线实际长
24、度baseline_dExtendLengthdouble基线虚拟延长virtual_line_nQuantityint虚拟图元个数virtual_line_arrdQuantitydouble array,基线虚拟图元数组virtual_line_arrdLengthdouble基线虚拟延长长度baseline_control_vecBoundaryvector基线控制边界线baseline_control_vecRangevector基线控制基准面baseline_control_nDisplayint基线可视开关short_chain_nQuantityint长短链个数short_cha
25、in_arrTablearray长短链表数组virtual_short_chain_arrTablearray虚拟长短链计算设备投影2.2 建立单元构件库单元构件库(cel 文件)是 OpenRail Designers 平台下的一种类似 Revit 族库的模板文件23,可以将单个体量不大但在场景中反复出现的设备封装在单元构件库中以供建模过程高效调用。在铁路站场范围内存在大量同类型设施、设备,可以通过标准化构件及共享单元的方式提高建模和运行效率,例如轨道、指示牌、围挡和盖板等几何信息高度雷同的对象都可以作为标准化单元构件加入至单元构件库,部分实例见图 2。铁路设计和实施周期较长,不同的设计阶段
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