基于BIM技术的铁路线路建模方法研究

铁路线路是由路基、桥隧建筑物和轨道组成的整体工程。 铁路线路分为正线、岔线、段管线、站线及特别用途线。 正线是连结车站并贯穿或直股伸入车站的线路。 岔线是在区间或站内接轨，通向路内外单位的专用线。 段管线是机务、电务、供电、工务等段专用并由其管理的线路。 站线是到发线、牵出线、调车线、装卸线、货物线及站内指定用途的其他线路。 特别用途线是安全线和避难线。

根据线路意义及其在整个铁路网中的作用，划分为3个等级：

Ⅰ级铁路：在铁路网中起骨干作用的铁路。用于保证全国运输联系，具有重要政治、经济、国防意义。远期国家要求的年输送能力大于800万t。

Ⅱ级铁路：在铁路网中起联络、辅助作用的铁路。具有一定的政治、经济、国防意义。远期国家要求的年输送能力大于等于500万t。

Ⅲ级铁路：具有地方意义的铁路，为某一地区服务。远期国家要求的年输送能力小于 500万t。

轨道是铁路线路的基本及主要组成部分，根据结构形式不同，一般分为有砟轨道和无砟轨道两种形式。这两种轨道形式均为保障列车在铁路线路上平稳运行。相对有砟轨道，无砟轨道更为平顺、有利于提高列车运行的平稳性。

参数化建模是当前应用逐渐广泛的一种建模方法，并且逐渐占据主导地位。 其本质是用参数来描述设计项目时所需要使用的各种规则、需求以及方法等信息，并且参数是可以调整的。 参数化建模，首先要对模型进行形体分析，而零件是由基本特征组成的。 进行参数化建模时，往往利用基本特征，基本特征的主特征包括长方体、圆柱体、球体等基本几何元素。 因此在进行参数化建模时，要将模型分解为基本的几何元素，或者通过布尔运算组成。 一般大型项目首先要建立常见的模型族库，以便调用，提高设计效率。 常见的参数化建模方法有以下3种。

（1）过程构造法

三维模型往往由一级或者多级子模型经过数次计算组合而成。所以可以将三维模型进行拆解。过程构造法，是先了解模型的基本构成，然后了解其先后次序和连接关系， 最后生成历程树。过程构造法可以运用于三维实体这类复杂的模型建模，而不用求解非线性方程。

（2）变量几何法

变量几何法根据几何约束而来，将几何体分解为许多特征点，特征点可以视为变量，特征点之间的关系就是几何约束，从而生成非线性方程组。可以改变特征点，也可以改变约束关系，通过迭代求解方程组，得到新的几何模型。

（3）规则法

规则法是基于几何推理，类似于变量几何法，其中约束关系使用一阶逻辑词描述， 并存入事实库中，在推理机工作下，将规则库里相应的规则应用在现实中，也可以根据现实推理出约束关系。

首先使用土木工程软件Civil 3D，设计路基、桥梁、地形地貌等模型，箱梁模型见图1。

图1 箱梁模型

然后使用Revit内置插件功能，通过“土木工程结构”插件，将Civil 3D设计的模型加载到Revit中，见图2。

图2 通过Civil 3D加载到Revit中

在Revit软件中，通过二级界面，可以对平面线形、横断面、纵断面、路基等进行参数设定。然后利用Revit软件自动生成对应的体量模型，见图3。

图3 利用Revit软件自动生成的体量模型

这样便可将两个软件联系起来，充分发挥两个软件的优势，建 立包含参数的三维模型，不仅可以直观表达模型特征，还可以建立模型间的信息关系。

道岔是使机车车辆从一股道转入另一股道的线路连接设备，通常在车站、编组站大量铺设。建立三维数字化道岔模型，可利用AutoCAD，3DSMAX等软件建模，使用工具包编辑建模、从现有模型数据库中调用等，道岔的建模视图和元素，建模过程见图4。可采用如下方法：

图4 铁路道岔建模过程

（1）利用Civil 3D建立道床、轨枕、联接零件等的三维实体模型，护轨撑板见图5。

图5 护轨撑板

（2）对Civil 3D进行二次开发。使用Visual Basic编辑器，编写程序，实现道岔的交互界面。

（3）按照道岔型号和轨道类型，完成所需道岔的实体组装，辙叉模型见图6。

图6 辙叉模型

这样就使得道岔部件之间相互关联，并组装不同型号的道岔模型。

铁路线路三维建模是实现铁路线路三维可视化的基础，也是本文的主要研究内容。本文对铁路线路三维建模过程中的一些关键方法进行了研究分析，并提出了对应的解决方案，铁路线路的三维可视化设计，为铁路设计方案的招投标审查，设计方案审查与评估、 铁路设计方案环境影响评价等工作提供了确切的可视化手段。