基于OSG的铁路站场三维场景层次细节建模研究

研究目的:BIM建模的重要环节是实现三维可视化模型的创建。在铁路站场的设计工作中,实时生成的三维场景模型可为设计成果提供参照,增加设计的准确性。但站场设备众多且庞杂,如何组织数据,快速生成适应站场设计阶段方案修改要求、调度流畅的实时三维可视化模型是创建三维场景模型的难点。研究结论:(1)提出层次细节三维站场模型构建方法,解决了大数据量模型加载时间长、硬件要求高的问题;(2)提出合理的数据管理结构,创建设计数据独立于建模过程的建模方法;(3)基于本文方法完成站场三维场景平台搭建,可实现站场三维快速建模、动态加载和交互式浏览,显著提高工作效率;(4)该研究成果可广泛应用于公路、隧道、水利等其他工程领域的三维层次细节建模及三维场景管理中。     

基于BIM技术的隧道洞口二三维同步设计方法研究

为解决设计人员完成隧道洞口二维设计文件后还需耗费额外时间进行BIM翻模的问题,提高隧道洞口设计质量,实现精细化设计目标。基于Bentley OpenRailDesigner CE软件对地形与线路中线支持的特性,结合隧道洞口设计流程与习惯,提出基于中心数据库的隧道洞口二、三维同步设计方法;利用数字地形高程生成网格化地形模型,基于三维线路中线定位动态剖切地形模型生成横、纵断面,参数化驱动洞门设计模板图元,选取与地形适应的洞门类型并确定洞口位置;通过二三维互动的参数化交互方式设计边仰坡开挖及支护参数、明洞回填高度与坡度、端墙式洞门结构参数、洞口截水沟及超前大管棚设计参数;最后,通过这些设计参数同步生成三维BIM模型与二维设计图纸,并统计相关工程数量。利用C#、C++API接口研发了“隧道洞口二三维同步设计系统”。通过在西十、西康高铁项目中应用表明,该方法与系统符合设计习惯,能够实现隧道洞口工程的二维与三维设计与成果输出,在后续项目中具有推广应用价值。     

高寒高海拔复杂艰险山区无人机勘察技术应用

研究目的:以川藏铁路为代表的西部铁路网规划建设项目多处于复杂艰险山区,区域自然环境恶劣、地形条件复杂,传统勘察手段难以保证地质资料的快速准确获取,不易满足设计要求。无人机性能灵活机动,本文就无人机技术如何满足现场勘察需求展开研究分析,以解决高寒高海拔复杂艰险山区的勘测资料获取难题。研究结论:(1)基于无人机勘察数据和成果,可实现地层岩性、地质构造、不良地质等地质要素的准确判识;(2)无人机倾斜摄影测量建立的斜坡三维模型,可实现岩体结构面等地质信息的定量提取;(3)对于具有不同地表发育特征的大范围、长线性勘测对象,应针对性地选择使用倾斜摄影、三维激光扫描技术;(4)应用无人机技术辅助勘察,提高了勘察效率和精度,可推广应用于复杂艰险山区工程勘察工作。     

铁路工程建设运输便道设计方法探讨

在铁路工程建设中,运输便道设计是设计工作不可缺少的内容之一,也是编制材料供应计划、计算运杂费和运输便道建设费、编制概预算的基础。此文通过简述以往工程建设运输便道的设计方法,阐述其存在的主要问题。并针对存在的主要问题,探讨采用新的测绘技术和成果及电子绘图技术,论述运输便道设计新方法,其方法和步骤是：收集和熟悉资料、运输便道描绘、在图上布设各要素、局部设计方案的比选和优化、形成运输便道路网、分类统计运输便道长度和填挖土石方量、计算运输便道建设费。同时简述运输便道设计新方法具备的优点。     

基于三维地理信息系统与建筑信息模型融合的城市轨道交通线路设计方法

3DGIS(三维地理信息系统)平台可实现城市轨道交通线路规划设计和空间位置优化,并可承载BIM (建筑信息模型)模型的地理环境。通过3DGIS中的线路设计数据在BIM软件的自动集成,实现线路BIM模型参数化建模。根据线路里程与地理坐标的空间关系,采用FBX BIM数据交换格式,按里程将线路BIM模型转换到3DGIS地理空间中,实现3DGIS场景和BIM模型的有效集成,解决了城市轨道交通线路BIM模型集成展示及管理中存在的问题,实现了基于BIM技术和3DGIS的城市轨道交通线路三维设计。     

参数化设计在机车顶盖设计中的应用

文章分析了机车顶盖的结构特点,结合参数化设计原理,实现了机车顶盖的参数化设计,从而提高了三维模型的生成和修改速度,提升了设计效率。     

基于Civil 3D部件编辑器的铁路BIM部件模型构建研究

为实现铁路线路结构参数化建模,基于Autodesk Civil 3D部件编辑器(SAC,SubassemblyComposer)研究了自定义部件参数化模型的构建流程。利用部件编辑器可视化的设计流程和参数驱动图形交互的方法,针对不同的横断面形式,构建了单线有砟轨道部件、隧道部件和多级边坡部件参数化模型,并将参数化部件与三维地形曲面模型相融合,在三维可视环境下实现设计部件的工程量精确计算。通过SAC创建的部件具有设计参数更改方便、建模迅速、交互性强、形象直观的优点,是铁路BIM应用部件建模一种有效的方法。     

三维激光扫描和BIM技术在铁路设计中的应用

为解决传统测量作业对铁路运输干扰大的问题,以某铁路站场地形测量为例,利用Trimble SX10三维激光扫描仪对其测量,并与传统测量方法进行比较。然后以某供热管线下穿京包铁路框构涵工程为例,采用Revit软件搭建三维模型,并介绍族文件的建立、参数化应用、"点云"成果生成、结构配筋、阶段化功能应用、二维施工图纸导出等应用过程。研究表明,Trimble SX10三维激光扫描仪具有非接触式、数字化程度高、精度高、受外界限制少、应用范围广等优势;采用Revit软件可实现既有铁路顶进框构桥涵工程设计的可视化,对于提高设计效率及指导施工具有积极作用。     

基于Bentley平台的铁路隧道BIM正向设计研究

随着铁路工程建设数字化水平的不断提高，为满足铁路隧道智能设计的应用需求，对铁路隧道BIM正向设计进行研究并完成相关设计程序研发。以Bentley平台为技术支持，结合隧道设计流程，形成了一套铁路隧道BIM正向设计系统，涵盖正向设计方法和设计成果输出。正向设计方法包含模板库参数化设计、构件库参数化设计、隧道纵断面设计、隧道洞身模型生成、隧道洞门参数化设计；设计成果输出包含三维模型应用、工程量统计、二维图纸生成。详细介绍参数化设计、纵断面设计、二三维联动等关键技术方案和程序实现原理，提出在设计数量及体量较大构件和差异性较大构件时智能化程度不高的问题，并针对性提供解决方案和后续研究建议，总结BIM正向设计在可视化、参数化设计、信息化管理、多专业协同、结合地形设计等方面的优势。     

基于BIM技术的涵洞一体化设计应用研究

为了实现涵洞设计的计算、出图、工程量统计一体化,依托MicroStation CONNECT Edition平台,研发了铁路涵洞一体化设计程序。(1)根据铁路BIM联盟相关规范,对铁路涵洞构件进行颗粒度分类和编码,并对构件非几何属性进行细化,形成结构化、便于检索的涵洞模型信息数据库;(2)根据涵洞构件几何特点,通过二次开发,建立涵洞构件及附属构件全参数化模型库,并根据构件间约束关系,将各涵洞构件装配为整体三维模型;(3)对构件编码与数据库进行关联,输出涵洞的主要工程数量,实现涵洞的一体化设计。基于本程序,可实现涵洞的三维可视化和参数化批量设计,减少铁路工程中涵洞设计人力资源投入,提高涵洞的设计生产效率。     

多旋翼单镜头无人飞行器倾斜摄影测量技术在施工中的应用

工程施工过程中往往需要对局部地形及地物分布、线路与周边地形关系、土石挖填方量、构筑物几何特征等进行较设计过程更加详细的测量以指导施工。采用传统测量方式在精度和工作量上难以取得双向高效的结果。多旋翼无人飞行器可不受地形约束,通过相机以较高的航速对航测区域进行扫描拍摄,通过倾斜摄影测量技术对航测区域进行模型重建继而获得携带更加准确丰富的地物、位置、几何信息的三维模型。本文以大同至张家口高速铁路为施工背景,通过局部地形测绘、路基填方体积计算、既有构筑物信息三维数字化等施工实例,介绍了其在工程施工中的应用。     

新建成都至达州至万州铁路桥梁BIM协同设计

铁路桥梁设计具有环境关联性强、协作专业多、接口复杂等特性，设计时需要与多个专业主体密切配合，在开展三维设计过程中，需重视协同设计的理念。依托新建成都至达州至万州高速铁路，在桥梁三维设计过程中，使用自主研发的桥梁数字化设计软件，通过协同平台进行流程管理，对新建成达万高速铁路桥梁进行BIM建模。搭建基础、桥墩、简支梁、连续梁、涵洞等常规构件库作为模板，根据桥梁设计过程中数据的识别与转换，快速批量导出常规桥梁模型，对特殊结构如斜拉桥、桥梁挡墙防护等通过手动建模方式实现。结合地形地物以及其他专业模型，对设计成果进行三维可视化检查，直观地暴露桥梁与周边环境及其他专业的接口问题，减少施工图纸中错漏现象的发生，降低了工程风险。通过构建数字资产管理平台，为施工管理与运营维护提供数字化信息管理服务，在施工方案三维模拟过程中加入关键技术动态展示，优化施工组织的合理性，构建智慧施工平台，为施工调查、征地拆迁、动态展示等提供数据支撑。在传统三维模型仅展示漫游功能的基础上，探索三维设计在管理运维中的拓展应用，为高速铁路桥梁BIM协同设计思路提供经验。     

基于BIM的接触网参数化零部件族库技术研究

伴随我国轨道交通建设快速推进和信息化需求提升,BIM技术不断深入改变着接触网设计方式和流程,接触网零部件众多,设计时手工进行大量参数修改已难以满足高效、高精度的接触网设计需求。结合BIM和参数化设计理论,建立属于接触网专业的参数驱动型零部件族库系统,构建接触网族库系统架构,利用Inventor平台,研究接触网参数化零部件建模和装配参数化与关联设计,提出并构建接触网参数化零件库和部件库,并基于二次开发对接触网零部件进行参数修改。其成果为开发面向于接触网专业的BIM系统奠定基础。     

参数化的铁路桥梁三维快速建模方法

利用City Engine软件平台,根据桥梁的施工里程、高程等相关工程数据完成铁路桥梁的基础数据制作,并将桥梁基础数据与CGA(Computer Generated Architecture)规则相结合,提取并编辑几何属性数据,最终形成参数化驱动的铁路桥梁三维模型快速构建方法。该方法通过改变变量(几何参数、温度、材料等参数)生成几何模型。     

横向荷载作用下锚索变形及受力机理研究

研究目的:随着西部地区高速铁路的快速发展,由于受到地形和线型的制约,不可避免地遇到大量的边坡锚索加固工程。由于锚索穿越边坡滑移面时锚固段的受力情况较为复杂,还需进一步完善。本文基于Pasternak双参数地基理论,考虑岩土体之间的相互剪切作用,建立横向荷载作用下锚固段的力学模型,并以某黄土边坡锚索加固工程为算例,分析不同参数下锚固段的变形规律和受力特征。研究结论:(1)给出了锚索锚固段穿越滑移面时锚索变形、弯矩、剪力及岩土体反力计算公式,给出了土体松动区范围的计算方法;(2)分析表明,剪切荷载和抗弯刚度对锚索的变形和受力影响较大,锚索变形和受力主要集中在滑移面附近;(3)在抗弯刚度达到一定值后,剪切位移、土体反力分别与抗弯刚度呈线性减小,锚索的剪切位移随剪切荷载呈线性增加;(4)该研究结果可为高速铁路边坡锚索加固工程的设计和施工提供借鉴。     

BIM技术在高速铁路接触网工程中的应用研究

通过对建筑信息模型(BIM)技术在高速铁路接触网工程中应用的深入探讨和研究,在设计阶段建立接触网零部件三维族库BIM。通过参数化快速腕臂装配建模、线路模型布置,开展碰撞检查、仿真模拟,实现接触网最优设计;通过BIM工程量自动统计、出图功能,提高设计效率。施工安装阶段利用BIM技术,进行工程进度展示,设计交底、施工方案交底,指导施工并提高施工质量。基于BIM的接触网数据集成与传递,实现接触网BIM承载的建设管理过程信息无缝转移到运维阶段,为将来智能运维奠定基础。     

墩台结构的参数化BIM模型设计

BIM能够将桥梁工程项目通过三维数字技术模拟桥梁从设计到施工完整的真实信息,为工程设计和施工提供相互协调、内部一致的信息模型。相较于传统的二维平面图纸,BIM技术实现了资源一体化的设计施工,方便各专业协同工作,节约了工期和成本,使工程保质保量。成果模型均基于达索3DEXPERIENCE平台建立,按照铁路桥梁BIM设计项目统一建模标准命名。对于铁路BIM设计中数量较多,而形状相似的墩台结构,模型采用参数化驱动建模,通过改变参数,可迅速自动生成新项目的墩台模型,大大节省了新项目的建模时间,减少了出错概率。     

铁路三维大场景虚拟踏勘及线路设计要素系统研究

为解决在二维矢量图中进行铁路选线设计工作时缺乏立体感、不直观的问题，基于SuperMap iObjects. Net GIS组件，采用组件式开发技术研制了铁路三维大场景虚拟踏勘及线路设计优化系统。围绕该系统的设计思路，详细介绍了系统的架构、数据库、功能及界面设计；围绕系统开发关键技术，分别阐述了三维场景中线路方案显示及参数化交互技术、基于最小影响域的线路平纵断面及三维中心线自动更新方法、系统与CAD动态联动实现原理、基于WebService的三维地形模型高程计算、GIS三维模型快速生成方法。该系统综合运用了BIM与GIS技术，采用航测影像、卫星影像、激光雷达点云等多种数据源对铁路沿线及周边的三维大场景进行构建，通过系统研发的各个功能模块能在构建的三维大场景中开展线路虚拟踏勘、专业调查、二三维联动设计、GIS三维模型快速布设、成果展示汇报等工作。系统的应用可以满足铁路设计人员三维选线设计的基本需求，能够进一步提高铁路选线设计效率。     

微型桩在路堑边坡加固中的应用及机理分析

研究目的:传统抗滑桩采用人工挖孔施工,工期长并且混凝土圬工量大,难以用于路堑边坡快速加固,为此采用钻孔微型桩对广(元)~巴(中)高速公路K51路堑边坡病害进行治理,本文介绍微型桩加固工程概况及设计参数,并采用数值分析手段对带承台微型抗滑桩加固单元的加固机理进行分析。研究结论:(1)作用在微型抗滑桩上的推力近似呈三角形分布,并且微型抗滑桩加固单元内各排桩受力具有不均匀性;(2)侧向挤压作用下各排桩的受力机制差别不大,剪力和弯矩峰值随边界位移不同位置略有差异,模型试验与计算结果均表明,微型抗滑桩加固边坡的破坏模式为沿潜在滑面所产生的整体滑移;(3)承载力分析结果表明,微型抗滑桩加固单元的极限抗滑力大于设计下滑力,表明K51工点边坡选用微型抗滑桩加固方案代替原重力式挡墙是可行的,能够确保被加固边坡的安全;(4)该研究成果可为微型桩在山区边坡(滑坡)加固中的工程应用提供理论指导。     

基于BIM技术的桥梁下部结构参数化建模与协同设计应用

为解决铁路桥梁下部结构建模过程中，参数化程度低、各专业协同数据传递不畅等问题，对铁路桥梁下部结构参数化建模与协同设计应用进行研究。本文为铁路桥梁应用较为广泛的桥墩、基础类型提供了参数化建模方法，提出下部结构协同设计功能的实现方式和流程，并从数据、建模、应用三个层面对开发工作展开论述。在数据层面，提出桥梁下部构件数据结构的定义思路，并基于Bentley平台EC框架建立参数化数据与三维模型间的联系，解决了设计信息的传递问题；在建模层面，基于平台图形接口与参数化模板技术，实现不同截面、不同类型实体的创建，提高了参数化建模功能的适用性；在应用层面，对软件界面及主要功能进行详细介绍，通过将三维参数化建模方法与协同设计数据融合，开发了基于协同接口的三维建模与下部结构计算功能，实现了协同数据的高效利用，保证了三维模型的准确性与设计数据的统一性。该参数化建模方法在通苏嘉甬铁路项目信息模型设计中进行了应用，实现了设计成果的三维可视化分析与各专业接口的快速核查。