CN106372309B - 一种基于gis和bim的电力隧道数字化敷设方法和系统 - Google Patents
一种基于gis和bim的电力隧道数字化敷设方法和系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提出了一种基于GIS和BIM的电力隧道数字化敷设方法和系统，所述方法包括：在GIS平台中导入城市路网规划图，并根据所述规划图中的信息以及BIM模型库中的模型，在GIS平台中形成电力隧道路径走廊带的三维环境；并在所述走廊带三维环境中设置电力隧道敷设路径，在GIS平台中形成初始的电力隧道三维模型；选择电力隧道三维模型内的支架，并将选择的支架添加到电力隧道模型中；对电力隧道外部以及内部进行安全计算；针对安全计算的结果调整电力隧道数字化模型；对调整后的电力隧道数字化模型重复执行安全计算，直到模型都符合安全性要求后添加竖井，并形成最终的电力隧道数字化模型。
Description
技术领域
本发明涉及电力电缆工程设计领域，并且更具体地，涉及一种基于地理信息系统(GIS，Geographic Information System)和建设信息模型(BIM，Building InformationModeling)的电力隧道数字化建模方法。
背景技术
由于城市的快速发展和城市经济建设的需要，城市里已没有可利用的地面空间来建设变电站及输电线路，为了满足城市的电力供应需求，亟需架空线入地改造。根据国务院办公厅《关于推进城市地下综合管廊建设的指导意见》以及电力系统规划的要求，由于传统的排管敷设模式技术难度高，城市道路下管线密集，为避免与其他基础设施相互干扰，目前主要采用电力隧道进行电力输送。
随着信息化技术的快速发展，二维电力隧道的设计和建模逐渐往三维环境下转变，现阶段主流的电力隧道建模技术主要分为两类：基于BIM技术的电力隧道建模技术；以及基于GIS和3d Max的电力隧道建模技术。基于BIM技术的电力隧道建模技术设计的电力隧道模型包含设计、施工等过程的全部数据信息，对电力隧道的全生命周期管理提供帮助，具有显著的优势，但是利用BIM技术搭建的电力隧道模型主要关注的是隧道本身以及隧道内部的数据信息，对于隧道与外部环境的安全性分析不能提供帮助。基于GIS和3d Max的电力隧道建模技术在GIS环境下设置城市路网环境，将电力隧道路径走廊带的其他管道、障碍物等信息录入到GIS平台中，分析路径走廊带中其他管道、障碍物与3d Max建立的电力模型的安全距离，对电力隧道的建设施工提供指导，但是利用3d Max建立的电力隧道模型不具备BIM模型携带全过程信息的优点，模型和资料分开存储，不方便信息的查询和管理。现阶段也有机构在做GIS和BIM技术相结合的建模技术研究，但均是在Revit等软件中将电力隧道模型建模完成后在GIS平台中展示，但对BIM模型与GIS中线路走廊带信息进行安全性分析后不便于对BIM模型进行调整，需要将BIM模型返回Revit等软件中编辑后再导入到GIS平台中，不够灵活。
发明内容
为了解决上述问题，方便电力隧道的三维化设计，充分考虑电力隧道本身及内部结构的安全，便于对电力隧道与隧道路径走廊带管道及障碍物等进行安全分析，本发明使用BIM技术建立构件模型，利用GIS平台搭建城市环境，提出了一种基于GIS和BIM的电力隧道数字化敷设方法。
本发明所述的基于GIS和BIM的电力隧道数字化敷设方法包括：
步骤1、在GIS平台中导入二维城市路网规划图，并获取BIM模型库，所述BIM模型库中包括：用于搭建路径的路径元件模型、用于搭建管网的管道元件模型和用于搭建电力隧道的隧道元件模型，所述隧道元件模型包括支架元件模型和竖井元件模型；
步骤2、基于路径元件模型和管道元件模型，在GIS平台中将所述二维城市路网规划图转换成三维模型，形成电力隧道路径走廊带的三维环境；
步骤3、在电力隧道路径走廊带三维环境中设置电力隧道敷设路径，使所述电力隧道敷设路径能够避开三维环境中的管道，并在GIS平台中将所述电力隧道敷设路径转换成初始的电力隧道三维模型；
步骤4、选择支架元件模型，并将选择的支架元件模型添加到所述初始电力隧道三维模型中；
步骤5、计算添加支架元件模型后的初始电力隧道三维模型和电力隧道路径走廊带三维环境中的管道及障碍物的安全距离，得到第一安全距离；
步骤6、计算添加支架元件模型后的初始电力隧道三维模型的转弯半径，使所述电力隧道三维模型的转弯半径符合电缆转弯半径要求；
步骤7、计算添加支架元件模型后的初始电力隧道三维模型内的支架元件模型高度的安全距离，得到第二安全距离；
步骤8、基于上述第一安全距离、初始电力隧道三维模型的转弯半径和第二安全距离调整添加支架元件模型后的初始电力隧道三维模型，对调整后的电力隧道三维模型重复执行步骤5－7，直到所述电力隧道三维模型符合安全性要求；
步骤9、按照设计需求在所述符合安全性要求的电力隧道三维模型中放置竖井元件模型；
步骤10、形成最终的电力隧道三维模型。
优选地，在所述获取BIM模型库之前，还包括：基于BIM的元件模型来建立BIM模型库。
优选地，所述二维城市路网规划图包括路网和管网信息，在所述GIS平台中将所述二维城市路网规划图转换为三维模型包括：基于路径元件模型和管道元件模型将所述二维城市路网规划图路网中的路径和管网中的管道通过二维转三维程序转换成三维路网模型和三维管网模型。
优选地，在所述GIS平台中将所述电力隧道敷设路径转换成初始电力隧道三维模型，包括：基于隧道元件模型将所述电力隧道敷设路径通过二维转三维程序转换成初始电力隧道三维模型。
本发明还提出了一种基于地理信息系统GIS和建筑信息模型BIM的电力隧道数字化敷设系统，所述系统包括：
导入装置，其用于在GIS平台中导入二维城市路网规划图，并获取BIM模型库建立装置中的元件模型，所述元件模型包括用于搭建路径的路径元件模型、用于搭建管网的管道元件模型和用于搭建电力隧道的隧道元件模型，所述隧道元件模型包括支架元件模型和竖井元件模型；
电力隧道路径走廊带三维环境形成装置，其基于路径元件模型和管道元件模型在GIS平台中将导入的二维城市路网规划图转换成三维模型；
初始电力隧道三维模型形成装置，其用于在形成的电力隧道路径走廊带三维环境中设置电力隧道敷设路径，使所述电力隧道敷设路径能够避开三维环境中的管道，并在GIS平台中将所述电力隧道敷设路径转换成初始的电力隧道三维模型；
支架敷设装置，其用于选择支架元件模型，并将选择的支架元件模型添加到所述初始电力隧道三维模型中；
第一安全距离计算装置，其用于计算添加支架元件模型后的初始电力隧道三维模型和电力隧道路径走廊带三维环境中的管道的安全距离；
电力隧道三维模型转弯半径计算装置，其用于计算添加支架元件模型后的初始电力隧道三维模型的转弯半径，使所述电力隧道三维模型的转弯半径符合电缆转弯半径要求；
第二安全距离计算装置，其用于计算添加支架元件模型后的初始电力隧道三维模型内的支架元件模型高度的安全距离；
电力隧道三维模型调整装置，其基于上述第一安全距离计算装置、电力隧道三维模型转弯半径计算装置和第二安全距离计算装置的安全计算的结果调整初始电力隧道三维模型，并对调整后的电力隧道三维模型重复执行上述第一安全距离计算装置、电力隧道三维模型转弯半径计算装置和第二安全距离计算装置的安全计算步骤，直到所述电力隧道三维模型符合安全性要求；
竖井敷设装置，其用于按照在符合安全性要求的电力隧道三维模型中放置竖井元件模型；以及
最终电力隧道三维模型形成装置，其用于形成最终的电力隧道三维模型。
优选地，所述系统还包括BIM模型库建立装置，其用于基于BIM元件模型建立BIM模型库。
优选地，所述电力隧道路径走廊带三维环境形成装置在GIS平台中导入的二维城市路网规划图包括路网信息和管网信息，所述电力隧道路径走廊带三维环境形成装置在GIS平台中将所述二维城市路网规划图转换成三维模型包括：基于路径元件模型和管道元件模型，将所述二维城市路网规划图路网中的路径和管网中的管道通过二维转三维程序转换成三维路网模型和三维管网模型。
优选地，所述初始电力隧道三维模型形成装置在GIS平台中将所述电力隧道敷设路径转换成初始的电力隧道三维模型包括：基于隧道元件模型将电力隧道敷设路径转换成初始的电力隧道三维模型。
通过在上述系统中采用上述方法进行电子隧道数字化敷设，实现了BIM模型携带设计、施工等全生命周期的过程数据信息，便于电力隧道的维护和管理，同时GIS平台模拟真实的城市环境，便于多个电力隧道的对接，有利于城市内部电力隧道的整体管理和规划，从而较好地避免了基于BIM技术的电力隧道建模技术与基于GIS和3d Max的电力隧道建模技术各自的局限性。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式。
图1示出了根据本发明实施方式的基于GIS和BIM的电力隧道数字化敷设方法的流程图；以及
图2示出了根据本发明实施方式的基于GIS和BIM的电力隧道数字化敷设系统的结构示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式。本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1是根据本发明实施方式的基于GIS和BIM的电力隧道数字化敷设方法的流程图。如图1所示，所述电力隧道数字化敷设方法100从步骤S101开始。
在步骤S101，在GIS平台中导入二维城市路网规划图，并获取BIM模型库，所述BIM模型库中包括：用于搭建路径的路径元件模型、用于搭建管网的管道元件模型和用于搭建电力隧道的隧道元件模型，所述隧道元件模型包括支架元件模型和竖井元件模型。
优选地，在GIS平台中导入的二维城市路网规划图包括路网信息和管网信息。
优选地，在所述获取BIM模型库之前，还包括：基于BIM的元件模型来建立BIM模型库。
在步骤S102，基于路径元件模型和管道元件模型，在GIS平台中将所述二维城市路网规划图转换成三维模型，形成电力隧道路径走廊带的三维环境。
优选地，在所述GIS平台中将所述二维城市路网规划图转换为三维模型包括：基于路径元件模型和管道元件模型将所述二维城市路网规划图路网中的路径和管网中的管道通过二维转三维程序转换成三维路网模型和三维管网模型。
以在GIS平台中导入DWG格式城市路网规划图为例，DWG格式城市路网规划图包含路网和管网两类信息，利用二维转三维程序将DWG路网规划图转换为三维路网规划图。二维转三维程序迭代识别DWG路网规划图中的各条路径和管道。二维转三维程序对识别到的第一条路径或管道做如下处理：从BIM模型库中查找出类型匹配的元件模型，对元件模型进行变形处理，使其与二维DWG中路径或管道的属性信息保持一致，一条二维DWG路径或管道就自动转换为了三维GIS图。二维转三维程序利用上述方式迭代处理路网和管网，就能将DWG格式城市路网规划图中的管线全部转换为三维路网规划图。
在步骤S103，在电力隧道路径走廊带三维环境中设置电力隧道敷设路径，使所述电力隧道敷设路径能够避开三维环境中的管道，并在GIS平台中将所述电力隧道敷设路径转换成初始的电力隧道三维模型。
优选地，在所述GIS平台中将所述电力隧道敷设路径转换成初始电力隧道三维模型，包括：在GIS平台形成的三维路网规划图中绘制电力隧道路径，选择隧道型号，三维隧道模型驱动程序根据绘制的电力隧道路径走向，从BIM模型库中查找出型号匹配的隧道元件模型，将GIS平台路径线路转换成初始电力隧道三维模型。
在步骤S104，选择支架元件模型，并将选择的支架元件模型添加到所述初始电力隧道三维模型中，即从BIM模型库中查找出类型匹配的支架元件模型，三维支架自动敷设程序根据配置好的支架元件模型的类型、数量和间距自动敷设支架元件模型，形成敷设好支架的电力隧道三维模型。
在步骤S105，计算添加支架元件模型后的初始电力隧道三维模型和电力隧道路径走廊带三维环境中的管道及障碍物的安全距离，得到第一安全距离。
在步骤S106，计算添加支架元件模型后的初始电力隧道三维模型的转弯半径，使所述电力隧道三维模型的转弯半径符合电缆转弯半径要求。
在步骤S107，计算添加支架元件模型后的初始电力隧道三维模型内的支架元件模型高度的安全距离，得到第二安全距离。
在步骤S108，基于上述第一安全距离、初始电力隧道三维模型的转弯半径和第二安全距离调整添加支架元件模型后的初始电力隧道三维模型，对调整后的电力隧道三维模型重复执行步骤5－7，直到所述电力隧道三维模型符合安全性要求。
在步骤S109，按照设计需求在所述符合安全性要求的电力隧道三维模型中放置竖井元件模型。
在步骤S110，形成最终的电力隧道三维模型。
图2是根据本发明实施方式的基于GIS和BIM的电力隧道数字化敷设系统的结构示意图。如图2所示，所述基于地理信息系统GIS和建筑信息模型BIM的电力隧道数字化敷设系统200包括：
导入装置201，其用于在GIS平台中导入二维城市路网规划图，并获取BIM模型库建立装置中的元件模型，所述元件模型包括用于搭建路径的路径元件模型、用于搭建管网的管道元件模型和用于搭建电力隧道的隧道元件模型，所述隧道元件模型包括支架元件模型和竖井元件模型。
优选地，所述系统还包括BIM模型库建立装置211，其用于基于BIM元件模型建立BIM模型库。
优选地，所述电力隧道路径走廊带三维环境形成装置202在GIS平台中导入的二维城市路网规划图包括路网信息和管网信息。
电力隧道路径走廊带三维环境形成装置202，其基于路径元件模型和管道元件模型在GIS平台中将导入的二维城市路网规划图转换成三维模型。
优选地，所述电力隧道路径走廊带三维环境形成装置202在GIS平台中将所述二维城市路网规划图转换成三维模型包括：基于路径元件模型和管道元件模型将所述二维城市路网规划图路网中的路径和管网中的管道通过二维转三维程序转换成三维路网模型和三维管网模型。
以在GIS平台中导入DWG格式城市路网规划图为例，DWG格式城市路网规划图包含路网和管网两类信息，利用二维转三维程序将DWG路网规划图转换为三维路网规划图。二维转三维程序迭代识别DWG路网规划图中的各条路径或管道。二维转三维程序对识别到的第一条路径或管道做如下处理：从BIM模型库中查找出类型匹配的三维BIM模型元件，对BIM模型元件进行变形处理，使其与二维DWG中路径或管道的属性信息保持一致，一条二维DWG路径或管道就自动转换为了三维GIS图。二维转三维程序利用上述方式迭代处理路网和管网，就能将DWG格式城市路网规划图中的管线全部转换为三维路网规划图。
初始电力隧道三维模型形成装置203，其用于在形成的电力隧道路径走廊带三维环境中设置电力隧道敷设路径，使所述电力隧道敷设路径能够避开三维环境中的管道，并在GIS平台中将所述电力隧道敷设路径转换成初始的电力隧道三维模型。
优选地，所述初始电力隧道三维模型形成装置203在GIS平台中将所述电力隧道敷设路径转换成初始的电力隧道三维模型包括：基于隧道元件模型将电力隧道敷设路径转换成初始的电力隧道三维模型。
支架敷设装置204，其用于选择支架元件模型，并将选择的支架元件模型添加到所述初始电力隧道三维模型中，即从BIM模型库中查找出类型匹配的支架元件模型，三维支架自动敷设程序根据配置好的支架元件模型的类型、数量和间距自动敷设支架元件模型，形成敷设好支架的电力隧道三维模型。
第一安全距离计算装置205，其用于计算添加支架元件模型后的初始电力隧道三维模型和电力隧道路径走廊带三维环境中的管道的安全距离；
电力隧道三维模型转弯半径计算装置206，其用于计算添加支架元件模型后的初始电力隧道三维模型的转弯半径，使所述电力隧道三维模型的转弯半径符合电缆转弯半径要求。
第二安全距离计算装置207，其用于计算添加支架元件模型后的初始电力隧道三维模型内的支架元件模型高度的安全距离。
电力隧道三维模型调整装置208，其基于上述第一安全距离计算装置、电力隧道三维模型转弯半径计算装置和第二安全距离计算装置的安全计算的结果调整初始电力隧道三维模型，并对调整后的电力隧道三维模型重复执行上述第一安全距离计算装置、电力隧道三维模型转弯半径计算装置和第二安全距离计算装置的安全计算步骤，直到所述电力隧道三维模型符合安全性要求。
竖井敷设装置209，其用于按照在符合安全性要求的电力隧道三维模型中放置竖井元件模型。
最终电力隧道三维模型形成装置210，其用于形成最终的电力隧道三维模型。
已经通过上述实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
Claims (6)
1.一种基于地理信息系统GIS和建筑信息模型BIM的电力隧道数字化敷设方法，所述方法包括：
步骤1、在GIS平台中导入二维城市路网规划图，并获取BIM模型库，所述BIM模型库中包括:用于搭建路径的路径元件模型、用于搭建管网的管道元件模型和用于搭建电力隧道的隧道元件模型，所述隧道元件模型包括支架元件模型和竖井元件模型；
步骤2、基于所述路径元件模型和管道元件模型，在所述GIS平台中将导入的二维城市路网规划图转换成三维模型，从而形成电力隧道路径走廊带的三维环境；
步骤3、在所述电力隧道路径走廊带的三维环境中设置电力隧道敷设路径，使所述电力隧道敷设路径能够避开三维环境中的管道，并在所述GIS平台中基于隧道元件模型将所述电力隧道敷设路径通过二维转三维程序转换成初始电力隧道三维模型；
步骤4、选择支架元件模型，并将选择的支架元件模型添加到所述初始电力隧道三维模型中；
步骤5、计算添加支架元件模型后的初始电力隧道三维模型和所述电力隧道路径走廊带三维环境中的管道的安全距离，得到第一安全距离；
步骤6、计算添加支架元件模型后的初始电力隧道三维模型的转弯半径，使所述添加支架元件模型后的初始电力隧道三维模型的转弯半径符合电缆转弯半径要求；
步骤7、计算添加支架元件模型后的初始电力隧道三维模型内的支架元件模型高度的安全距离，得到第二安全距离；
步骤8、基于上述第一安全距离、添加支架元件模型后的初始电力隧道三维模型的转弯半径和第二安全距离调整添加支架元件模型后的初始电力隧道三维模型，对调整后的电力隧道三维模型重复执行步骤5-7，直到调整后的电力隧道三维模型符合安全性要求；
步骤9、在所述符合安全性要求的电力隧道三维模型中放置竖井元件模型；
步骤10、形成最终的电力隧道三维模型。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述获取BIM模型库之前，还包括：基于BIM的元件模型来建立BIM模型库。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二维城市路网规划图包括路网和管网信息；
在所述GIS平台中将所述二维城市路网规划图转换为三维模型，包括：基于路径元件模型和管道元件模型将所述二维城市路网规划图路网中的路径和管网中的管道通过二维转三维程序转换成三维路网模型和三维管网模型。
4.一种基于地理信息系统GIS和建筑信息模型BIM的电力隧道数字化敷设系统，所述系统包括：
导入装置,其用于在GIS平台中导入二维城市路网规划图，并获取BIM模型库建立装置中的元件模型，所述元件模型包括用于搭建路径的路径元件模型、用于搭建管网的管道元件模型和用于搭建电力隧道的隧道元件模型，所述隧道元件模型包括支架元件模型和竖井元件模型；
电力隧道路径走廊带三维环境形成装置，其基于路径元件模型和管道元件模型在GIS平台中将导入的二维城市路网规划图转换成三维模型；
初始电力隧道三维模型形成装置，其用于在形成的电力隧道路径走廊带三维环境中设置电力隧道敷设路径，使所述电力隧道敷设路径能够避开三维环境中的管道，并在GIS平台中基于隧道元件模型将电力隧道敷设路径转换成初始的电力隧道三维模型；
支架敷设装置，其用于选择支架元件模型，并将选择的支架元件模型添加到所述初始电力隧道三维模型中；
第一安全距离计算装置，其用于计算添加支架元件模型后的初始电力隧道三维模型和电力隧道路径走廊带三维环境中的管道的安全距离；
电力隧道三维模型转弯半径计算装置，其用于计算添加支架元件模型后的初始电力隧道三维模型的转弯半径，使所述电力隧道三维模型的转弯半径符合电缆转弯半径要求；
第二安全距离计算装置，其用于计算添加支架元件模型后的初始电力隧道三维模型内的支架元件模型高度的安全距离；
电力隧道三维模型调整装置，其基于上述第一安全距离计算装置、电力隧道三维模型转弯半径计算装置和第二安全距离计算装置的安全计算的结果调整初始电力隧道三维模型，并对调整后的电力隧道三维模型重复执行上述第一安全距离计算装置、电力隧道三维模型转弯半径计算装置和第二安全距离计算装置的安全计算步骤，直到所述电力隧道三维模型符合安全性要求；
竖井敷设装置，其用于按照在符合安全性要求的电力隧道三维模型中放置竖井元件模型；以及
最终电力隧道三维模型形成装置，其用于形成最终的电力隧道三维模型。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述系统还包括BIM模型库建立装置，其用于基于BIM元件模型建立BIM模型库。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述电力隧道路径走廊带三维环境形成装置在GIS平台中导入的二维城市路网规划图包括路网信息和管网信息；
所述电力隧道路径走廊带三维环境形成装置在GIS平台中将所述二维城市路网规划图转换成三维模型包括：基于路径元件模型和管道元件模型，将所述二维城市路网规划图路网中的路径和管网中的管道通过二维转三维程序，转换成三维路网模型和三维管网模型。
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