CN109359347A - 一种基于bim的铁路信号室外设备三维布置方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于BIM的铁路信号室外设备三维布置方法及装置，能够提高铁路信号BIM设计中室外设备三维布置的精确度和效率。该方法包括：建立构件三维模型资源库；确定并存储构件三维模型资源库中各个构件的位置参数；设置构件三维模型资源库中各个构件的放置基准点；向目标铁路BIM工程导入线路中心线模型及其包含的里程、高差信息，并导入土建专业三维模型作为参考；输入待布置的铁路信号室外设备构件的型号、里程、以及位置参数，根据所输入的参数，单个或批量确定构件的放置基准点在目标铁路的土建专业三维模型中的位置，从而实现铁路信号室外设备的三维布置；然后导入其他各专业的三维模型以完成模型总装。

Description

一种基于BIM的铁路信号室外设备三维布置方法及装置
技术领域
本发明涉及铁路信号室外设备三维布置技术领域，尤其涉及一种基于BIM的铁路信号室外设备三维布置方法及装置。
背景技术
建筑信息模型(Building Information Modeling，简称BIM)是在计算机辅助设计(CAD)等技术基础上发展起来的多维模型信息集成技术，是对建筑工程物理特性和功能特性信息的数字化承载和可视化表达。近年来，各铁路设计单位已经开始大力发展BIM技术。
目前，铁路行业常用的BIM软件平台包括奔特力(Bentley)系列软件、Revit、Dassault、CATIA等。利用这些软件能够实现铁路信号专业一部分基本的BIM设计和应用，例如构件的三维建模、设备的手动布置、实体碰撞检测等。但由于这些软件是面向多个专业(并非只针对铁路信号专业)，目前能够提供的也是各个专业的通用基本功能，随着BIM应用研究的逐渐深入，这些软件所能提供的功能已经无法满足铁路信号实际工程应用的需求。
对于铁路信号设备三维布置功能来说，目前常用的BIM软件仅能提供手动放置功能，但是手动放置设备的方式最大的问题是：难以把握放置位置的精确性，并且手动放置方式效率极其低下，而且无法实现多个设备的批量放置。
并且，对于铁路信号设备碰撞检测功能来说，主要存在的碰撞点不是与其他专业的实体碰撞，而是因为不能满足铁路限界需求而产生的“软碰撞”问题。但是，目前的BIM软件所提供的软碰撞检测几乎都是两个物体之间的“最近点”距离的检测(例如申请公布号为CN102867076A的中国发明专利申请公开的一种基于BIM的地铁综合管线净空检测方法)。而在实际的铁路工程中，需要检测的是设备在水平方向和竖直方向是否满足铁路建筑限界要求，因此既有的BIM软件功能不能满足铁路信号专业实际的碰撞检测需求。
发明内容
本发明的目的之一至少在于，针对如何克服上述现有技术存在的问题，提供一种基于BIM的铁路信号室外设备三维布置方法及装置，能够提高铁路信号BIM设计中室外设备三维布置的精确度和效率。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案包括以下各方面。
一种基于BIM的铁路信号室外设备三维布置，其包括：
在BIM建模软件中对铁路信号室外设备的各类构件进行三维建模以建立构件三维模型资源库；根据铁路信号设计规范或标准确定并存储构件三维模型资源库中各个构件的位置参数；根据构件的位置参数设置构件三维模型资源库中各个构件的放置基准点；向目标铁路BIM工程导入线路中心线模型及其包含的里程、高差信息，并导入土建专业三维模型作为参考；输入待布置的铁路信号室外设备构件的型号、里程、以及位置参数，根据所输入的参数，单个或批量确定构件的放置基准点在目标铁路的土建专业三维模型中的位置，从而实现铁路信号室外设备的三维布置；然后导入其他各专业的三维模型以完成模型总装。
一种基于BIM的铁路信号室外设备三维布置装置，其包括至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行任一项所述的方法。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明至少具有以下有益效果：
通过从“构件建模”到“三维布置”到“碰撞检测”的流程，在设计阶段利用BIM软件将工程建筑或构件以三维方式直观呈现出来，通过将各个专业模型组装为一个整体BIM模型，利用BIM软件将专业内或专业间的碰撞点以三维方式直观显示出来；
并且，基于“线路中心线”和“轨面”放置铁路信号室外设备，解决了铁路信号专业在BIM应用过程中的室外设备放置问题。相比目前现有软件能提供的手动放置设备的方式，极大地提高了铁路信号BIM设计中室外设备三维布置的精确度和效率，提升了现有BIM软件的专业针对性和智能化；
通过利用“铁路建筑限界模型”沿线路中心线动态扫描的碰撞检测方法，可以自动、高效、全方位地实现某条线路的室外设备碰撞检测；同时，也可以有针对性地对局部或重点区域进行碰撞检测，很好地解决了现有BIM软件尚未解决的铁路信号专业碰撞检测问题，进一步提高了铁路信号BIM设计的质量和效率。
附图说明
图1是根据本发明示例性实施例的基于BIM的铁路信号室外设备三维布置方法流程图。
图2是根据本发明示例性实施例的铁路信号室外设备位置设置示意图。
图3是根据本发明进一步实施例的基于BIM的铁路信号室外设备三维布置方法原理图。
图4是根据本发明示例性实施例的客运专线铁路限界示意图。
图5是根据本发明示例性实施例的动态扫描示模型意图。
图6是根据本发明示例性实施例的基于BIM的铁路信号室外设备三维布置装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，以使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1示出了根据本发明示例性实施例的基于BIM的铁路信号室外设备三维布置方法。该实施例的方法主要包括以下步骤：
步骤101：在BIM建模软件中对铁路信号室外设备的各类构件进行三维建模以建立构件三维模型资源库
例如，铁路信号室外设备的各类构件包括各类信号机、各类信号箱盒、转辙设备、应答器等。构件三维模型资源库中的各种构件具有信号专业构件类型、型号、参数规格(例如长宽高)、现场图片等多种属性参数。
步骤102：根据铁路信号设计规范或标准确定并存储构件三维模型资源库中各个构件的位置参数
具体地，在进行设备三维布置或开发相应三维布置功能之前，可以预先制定好设备的三维布置原则。对于不同类型的信号设备，三维布置需要的参数可能有所不同，但从宏观上大致可以分为两种类型：水平方向距线路中心线的距离和竖直方向相对于轨面的高度。因此，可以根据当前的铁路信号设计相关规范或标准确定并存储构件三维模型资源库中各个构件在水平方向距线路中心线的距离和竖直方向相对于轨面的高度，并作为构件的位置参数。
步骤103：根据构件的位置参数设置构件三维模型资源库中各个构件的放置基准点
可以在BIM建模软件中对每个构件的三维模型设置构件的放置基准点来作为三维布置的参考点，从而保证后续放置位置的精确度。
步骤104：向BIM工程导入目标铁路的线路中心线模型及其包含的里程、高差信息，并导入土建专业三维模型作为参考
其中，土建专业三维模型包括线路中心线、轨道、路基、站场等各种土建专业结构的三维模型数据，并作为信号室外设备的设置基础。并且，可以将线路中心线模型作为大多数铁路信号室外设备布置的主要参考依据。进一步地，在硬件配置允许的情况下，为进一步提高设备相对位置的准确性，可以尽可能地导入更多的相关站前专业三维模型，如轨道、路基、站场、桥梁、隧道等专业结构的三维模型数据。
步骤105：输入待布置的铁路信号室外设备构件的型号、里程、位置等参数，软件根据以上输入参数实现铁路信号室外设备的单个布置或批量布置，然后导入其他各专业的三维模型完成模型总装
具体地，对于位置关系比较有规律性的设备构件可以进行批量布置，如区间室外设备的分布往往具有较强的规律，比如相隔固定距离，就可以集中输入位置参数或设置设备间隔距离的方式进行一次性集中布置；相应的，对于位置关系没有规律性的设备采取单个布置，如站场内的室外设备。
进一步地，还可以在确定构件的精确位置实现三维布置时，导入其他各专业(例如机电、电力等专业)三维模型，实现目标铁路三维模型的总装。图2示出了一种典型的铁路信号室外设备位置设置示意图，其中，矮型进站信号机1设置在铁路轨道的左侧(距离线路中心2331mm)，并置于信号机机构支架2的一端，信号机机构支架2的另一端固定在砂浆砖砌体围台3上，其下还设置有路基防水层4和混凝土灌注层5，角钢基础6埋入混凝土灌注层5中，信号线缆通过设置在混凝土灌注层5一侧的电缆槽道7引出。
如图3的原理图所示，在本发明优选的实施例中，上述基于BIM的铁路信号室外设备三维布置方法还包括进行碰撞检测的过程，以避免不能及时发现可能存在的碰撞点，解决信号工程中常见的“差、错、漏、碰”等问题，从而进一步提高铁路信号室外设备三维布置的质量和效率，其具体包括如下步骤：
步骤201：在BIM建模软件中建立铁路建筑限界三维模型
图4示出了一种典型的客运专线铁路限界示意图，其中所标数字的单位为毫米，×连线表示信号机、高架候车室结构柱和接触网、跨线桥、天桥、电力照明、雨棚等杆柱的建筑限界；○连线表示站台建筑限界(侧线站台为1750mm；正线站台，无列车通过或列车通过速度不大于80km/h时为1750mm，列车通过速度大于80km/h时为1800mm)和站内反方向运行矮型出站信号机的限界(1800mm)；其他直线表示各种建(构)筑物的基本限界，也适用于桥梁和隧道；其中，y为接触网结构高度。通过将图4所示的各种限界数要求进行字化，从而在BIM建模软件中直观地建立对应的建筑限界模型，以供后续碰撞检测使用。
步骤202：将铁路建筑限界三维模型在线路中心线模型中沿着指定方向移动，调用BIM建模软件的实体碰撞程序进行动态扫描，并记录在动态扫描过程中铁路建筑限界三维模型与铁路信号室外设备的构件三维模型产生的实体碰撞数据
此步骤中的动态扫描过程，可以基于脚本语言或高级编程语言在现有BIM建模软件进行二次开发来实现，例如，设置为在数据库中通过数据模拟铁路建筑限界三维模型在线路中心线模型中以设定的速度沿着指定方向移动，并自动记录碰撞数据；也可以设置人机交互界面动态显示如图5所示的动态扫描模型，并设置为可以根据人机交互指令来将建筑限界模型移动至线路中心线模型中的任一位置处来进行实体碰撞数据采集。
步骤203：根据所记录的实体碰撞数据，调整构件的放置基准点在目标铁路的土建专业三维模型中的位置，进而优化铁路信号室外设备的三维布置
例如，在产生实体碰撞的位置，实时改变调整铁路信号室外设备组件在水平方向距线路中心线的距离和竖直方向相对于轨面的高度等位置参数，以避免与铁路建筑限界产生实体碰撞。通过铁路建筑限界模型将“软碰撞”转换为“实体碰撞”，从而能够根据碰撞检测结果进行铁路信号室外设备的三维布置方案优化和改进，提高铁路信号室外设备三维布置的质量和效率。
图6示出了根据本发明示例性实施例的基于BIM的铁路信号室外设备三维布置装置，即电子设备310(例如具备程序执行功能的计算机服务器)，其包括至少一个处理器311，电源314，以及与所述至少一个处理器311通信连接的存储器312和输入输出接口313；所述存储器312存储有可被所述至少一个处理器311执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器311执行，以使所述至少一个处理器311能够执行前述任一实施例所公开的方法；所述输入输出接口313可以包括显示器、键盘、鼠标、以及USB接口，用于输入输出数据；电源314用于为电子设备310提供电能。
本领域技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(Read Only Memory，ROM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
当本发明上述集成的单元以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明具体实施方式的详细说明，而非对本发明的限制。相关技术领域的技术人员在不脱离本发明的原则和范围的情况下，做出的各种替换、变型以及改进均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于BIM的铁路信号室外设备三维布置，其特征在于，所述方法包括：
在BIM建模软件中对铁路信号室外设备的各类构件进行三维建模以建立构件三维模型资源库；根据铁路信号设计规范或标准确定并存储构件三维模型资源库中各个构件的位置参数；根据构件的位置参数设置构件三维模型资源库中各个构件的放置基准点；向目标铁路BIM工程导入线路中心线模型及其包含的里程、高差信息，并导入土建专业三维模型作为参考；输入待布置的铁路信号室外设备构件的型号、里程、以及位置参数，根据所输入的参数，单个或批量确定构件的放置基准点在目标铁路的土建专业三维模型中的位置，从而实现铁路信号室外设备的三维布置；然后导入其他各专业的三维模型以完成模型总装。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
在BIM建模软件中建立铁路建筑限界三维模型；将铁路建筑限界三维模型在线路中心线模型中沿着指定方向移动，调用BIM建模软件的实体碰撞程序进行动态扫描，并记录在动态扫描过程中铁路建筑限界三维模型与铁路信号室外设备的构件三维模型产生的实体碰撞数据；根据所记录的实体碰撞数据，调整构件的放置基准点在目标铁路的土建专业三维模型中的位置，进而优化铁路信号室外设备的三维布置。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构件的位置参数包括：构件在水平方向距线路中心线的距离和竖直方向相对于轨面的高度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述土建专业三维模型包括线路中心线、轨道、路基、站场的三维模型数据。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
对于区间中的铁路信号室外设备，根据集中输入的位置参数或设备间隔距离进行一次性集中布置；对于站场内的铁路信号室外设备，进行单个布置。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，进一步包括：根据信号机、高架候车室结构柱和接触网、跨线桥、以及雨棚杆柱的建筑限界，站台建筑限界，以及桥梁和隧道限界在BIM建模软件中建立对应的建筑限界模型。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，进行动态扫描包括：在数据库中通过数据模拟铁路建筑限界三维模型在线路中心线模型中以设定的速度沿着指定方向移动，并自动记录碰撞数据。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，进行动态扫描包括：通过人机交互界面动态显示动态扫描模型，并设置为根据人机交互指令来将建筑限界模型移动至线路中心线模型中的任一位置处来进行实体碰撞数据采集。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，进一步包括：在产生实体碰撞的位置，实时改变调整铁路信号室外设备组件在水平方向距线路中心线的距离和竖直方向相对于轨面的高度等位置参数，以避免与铁路建筑限界产生实体碰撞。
10.一种基于BIM的铁路信号室外设备三维布置装置，其特征在于，包括至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1至9中任一项所述的方法。
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