CN111666348B - 基于idm流程的铁路四电工程bim信息模型创建方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于IDM流程的铁路四电工程BIM信息模型创建方法，步骤为：整理铁路站前专业相关信息，对四电专业BIM信息模型创建产生影响的信息进行数据化；根据四电IFD分类整理相关设备，对设备信息数据化，建立四电各专业设备字典数据；建立项目信息数据结构；将四电工程的设计结果录入四电设备布置表；利用以上步骤数据准备及三维建模软件自身接口方法计算、分析并建立四电设备BIM模型。该方法可以快速实现基于IDM场景下数据驱动的四电工程BIM信息模型的创建，并在基础资料修改、四电设计修改后，快速对BIM信息模型进行更新，大大提高的铁路四电BIM工程正向设计能力。

Description

基于IDM流程的铁路四电工程BIM信息模型创建方法

技术领域

本发明涉及铁路四电BIM技术领域，具体涉及一种基于IDM流程的铁路四电工程BIM信息模型创建方法。

背景技术

建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)技术正深刻影响着建筑行业，为行业带来一次新的变革。BIM是建筑信息技术从基于点线面的二维表达向基于对象的三维形体与属性信息表达的转变。BIM的核心在于信息(Information)，除了对工程对象进行3D几何信息和拓扑关系的描述，还包括完整的工程信息描述，是建筑全生命过程中各部门、各专业共同创建、共享、维护、可持续利用的信息数据库。铁路四电工程是指主要包括“通信、信号、电力、牵引变电”四个专业方向的铁路建设工程。

然而，在实际的应用中，基于IFC的信息分享工具需要能够安全可靠地交互数据信息，但IFC标准并未定义不同的项目阶段，不同的项目角色和软件之间特定的信息需求，兼容IFC的软件解决方案的执行因缺乏特定的信息需求定义而遭遇瓶颈，软件系统无法保证交互数据的完整性与协调性。针对这个问题的一个解决方案，就是制定一套标准，将实际的工作流程和所需交互的信息定义清晰，而这个标准就是IDM标准(Information deliveryManu-al，信息交付手册)。它的目标在于使得针对全生命周期某一特定阶段的信息需求标准化。

铁路四电工程设计的IDM流程为：站前设计专业(线路设计、桥梁设计、隧道设计、房建设计)将三维模型及专业数据传递给铁路四电设计专业。铁路四电设计专业，根据站前设计专业传递的三维模型和专业数据，开展本专业设计。

在IDM流程体系下，数据完整性、继承性、扩展性、自动化水平要求提高，但目前方式是设计人员利用三维建模软件将四电设备逐一通过手动方式插入三维空间，手动附加各种数据，这种方式费时费力，效率很低，设备在三维空间中定位不够快速准确，消耗大量人力物力。这种方法不能满足在四电设备基于IDM体系下，全生命周期中的数据需求，数据完整性、扩展性、自动化水平都无法满足铁路施工、运营阶段的需求以及铁路信息化的要求。

由于缺乏检测、评估、认证铁路四电BIM技术、结果的手段，使铁路四电工程BIM模型的创建和应用无法得到进行合规性检查，使BIM技术的研究和应用难以形成良性的发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于IDM流程的铁路四电工程BIM信息模型创建方法，克服现有技术的缺陷。

本发明所采用的技术方案为：

基于IDM流程的铁路四电工程BIM信息模型创建方法，其特征在于：

包括以下步骤：

S1：整理铁路站前专业相关信息，对四电专业BIM信息模型创建产生影响的信息进行数据化；

S2：根据四电IFD分类整理相关设备，对设备信息数据化，建立四电各专业设备字典数据；

S3：建立项目信息数据结构，包括设备唯一标识、设备中心里程、面向大里程侧向、距离中心线距离、设备相对于参考线标高；

S4：将四电工程的设计结果录入四电设备布置表；

S5：利用以上步骤数据准备及三维建模软件自身接口方法计算、分析并建立四电设备BIM模型。

步骤S1中，站前专业相关信息包括：铁路线关键点的桩号、高程、经纬度参数；铁路线长短链参数；线路平面、纵面设计相关参数；大中小桥梁、各种隧道名称及起始里程信息；车站、基站、直放站、中继站、分区所、AT所、牵引变电所、警务区、派出所沿线工点的中心里程、面向大里程侧向、距离参考线距离。

步骤S2具体为：基于《铁路工程信息模型分类和编码标准》编码，对设备信息建立字典数据，并预留IDM其他场景需要的信息存储空间，建立数据信息与设备BIM模型信息对应关系，根据设备的特征分别创建设备字典表、板卡字典表、设备-板卡对应关系表；

设备字典表中明确设备名称、IFD编码、设计阶段BIM模型、施工阶段BIM模型、运维阶段BIM模型，板卡字典表中提供业务端口、电气特性。

步骤S3中，设备唯一标识确定了设备的IFD编码、对应BIM模型及电气特性；设备中心里程、面向大里程侧向及距离中心线距离三个参数确定了设备在线路平面上的位置，设备相对于参考线标高确定了设备在垂直方向的位置，通过以上信息确定四电设备在三维空间中的位置。

步骤S4中，四电设备布置表包括通信专业沿线视频摄像机、信号专业轨道信号机、绝缘节，电力专业箱变、牵引变电专业接触网立杆的四电设备信息。

步骤S5具体为：

S501：根据测绘、线路专业的数据按照1:1建立三维线路参考线，参考线起点，确定起点中心里程、连续里程；

S502：将勘测里程值转换成连续里程，提供根据插入设备的中心里程和长短链表计算出设备连续里程；

S503：根据起点连续里程和设备连续里程计算设备相对于起点的距离；

S504：根据设备相对于线路起点的距离和参考线起点，调用接口计算出设备插入点在线路上的投影点；

S505：调用接口计算投影点处的切向量及切向量法平面的垂直向量和水平向量；

S506：根据设备原始模型的法向量与切向量调用接口计算出模型在当前空间的旋转矩阵；

S507：根据四电设备布置表中面向大里程侧向、距离中心距离、相对基准线标高计算出模型相对于投影点的位移向量；

S508：根据以上步骤计算出模型在三维空间的插入点，插入模型接口，批量插入设备BIM模型。

本发明具有以下优点：

(1)各专业资料工程数据化，实现工程数据信息的易创建、应用、维护。

(2)四电设备构件模型数据化，为设备制造方提供了不同三维软件之间的数据共享接口，实现了的产品三维复用。

(3)数据化后的设备信息、工程信息数据结构简单、清晰、规整，存储和调用方便，扩展简单。

(4)数据驱动生成的四电工程信息模型，速度快、定位准，修改维护方便，节省设计人员工时。

附图说明

图1为本发明实施例提供的主要步骤流程图。

具体实施方式

为使本发明实施的过程、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。

铁路工程各专业协同要求高，各专业之间相互依托，四电工程设计人员需要对站前专业资料进行消化分析，提取对本专业产生影响的数据，然后结合本专业工程需求、规范标准、技术路线等产生一套专业的数据信息。

铁路四电设备厂商、型号多，每个生产厂商都有自己的结构特点外形特征，电气特性等，但所有设备内部安装部件、零件、备品备件等都有铁路行业标准、国家标准或国际标准。

基于IDM流程铁路设计阶段的四电工程BIM信息模型需要承载四电设备的外观特征、部分电气特性以及工程信息，这就需要一个设计合理，应用简单、可以对相关数据信息进行存储，并能快呈现的方法。

本发明涉及的基于IDM流程的铁路四电工程BIM信息模型创建方法，包括以下步骤：

S1：整理铁路站前专业相关信息，对四电专业BIM信息模型创建产生影响的信息进行数据化；

S2：根据四电IFD分类整理相关设备，对设备信息数据化，建立四电各专业设备字典数据；

S3：建立项目信息数据结构，包括设备唯一标识、设备中心里程、面向大里程侧向、距离中心线距离、设备相对于参考线标高；

S4：将四电工程的设计结果录入四电设备布置表；

S5：利用以上步骤数据准备及三维建模软件自身接口方法计算、分析并建立四电设备BIM模型。

步骤S1中，站前专业相关信息包括：铁路线关键点的桩号、高程、经纬度参数；铁路线长短链参数；线路平面、纵面设计相关参数；大中小桥梁、各种隧道名称及起始里程信息；车站、基站、直放站、中继站、分区所、AT所、牵引变电所、警务区、派出所沿线工点的中心里程、面向大里程侧向、距离参考线距离。

步骤S2具体为：基于《铁路工程信息模型分类和编码标准》编码，对设备信息建立字典数据，并预留IDM其他场景需要的信息存储空间，建立数据信息与设备BIM模型信息对应关系，根据设备的特征分别创建设备字典表、板卡字典表、设备-板卡对应关系表；

设备字典表中明确设备名称、IFD编码、设计阶段BIM模型、施工阶段BIM模型、运维阶段BIM模型，板卡字典表中提供业务端口、电气特性。

步骤S3中，设备唯一标识确定了设备的IFD编码、对应BIM模型及电气特性；设备中心里程、面向大里程侧向及距离中心线距离三个参数确定了设备在线路平面上的位置，设备相对于参考线标高确定了设备在垂直方向的位置，通过以上信息确定四电设备在三维空间中的位置。

步骤S4中，四电设备布置表包括通信专业沿线视频摄像机、信号专业轨道信号机、绝缘节，电力专业箱变、牵引变电专业接触网立杆的四电设备信息。

步骤S5具体为：

S501：根据测绘、线路专业的数据按照1:1建立三维线路参考线，参考线起点，确定起点中心里程、连续里程；

S502：将勘测里程值转换成连续里程，提供根据插入设备的中心里程和长短链表计算出设备连续里程；

S503：根据起点连续里程和设备连续里程计算设备相对于起点的距离；

S504：根据设备相对于线路起点的距离和参考线起点，调用接口计算出设备插入点在线路上的投影点；

S505：调用接口计算投影点处的切向量及切向量法平面的垂直向量和水平向量；

S506：根据设备原始模型的法向量与切向量调用接口计算出模型在当前空间的旋转矩阵；

S507：根据四电设备布置表中面向大里程侧向、距离中心距离、相对基准线标高计算出模型相对于投影点的位移向量；

S508：根据以上步骤计算出模型在三维空间的插入点，插入模型接口，批量插入设备BIM模型。

上述方法实现以下功能：

(1)四电工程相关站前专业资料数据化；

(2)四电设备构件模型数据化；

(3)四电工程设计信息数据化；

(4)四电工程施工信息数据化；

(5)四电设备基于IDM流程下应用场景的数据接口；

(6)数据驱动生成四电BIM信息模型。

以下为具体实施过程：

S1：整理铁路站前专业相关信息，对四电专业BIM信息模型创建产生影响的信息进行数据化。

四电设备在BIM场景中布置需要铁路线路中线作为基准线，四电设备相对基准线的左右偏移、相对基准线的上下偏移、设备布置点的地形信息相匹配的旋转角度信息等。为此我们需要整理提取以下信息：

S101：铁路线关键点的桩号、高程、经纬度参数

中文标识	字段名	数据类型	是否主键	可以为空	说明
						序号	ID	Int	是	否
桩号	PileNumber	string		否
						高程	Altitude	string		否
经度	longitude	string		否
						纬度	latitude	string		否

S102：铁路线长短链表

中文标识	字段名	数据类型	是否主键	可以为空	说明
						序号	ID	Int	是	否
长短链	Chain	string		否
						前冠号	LeftNum	string		否
前里程	LeftMileage	doubule		否
						后冠号	RightNum	string		否
后里程	RightMileage	doubule		否
						断链长度	BrokenChain	double		否

说明，断链点表示为DK1+500＝EK2+000，即表示断链点的前冠号值为DK，前里程值1500，断链点的后冠号值为EK，后里程值为2000，前里程值与后里程值之差即为断链长度，长度为LeftMileage- RightMileage＝-500。

S103：线路平面、纵面设计相关参数，如前后缓和曲线长度、弯曲半径

S1031：平面关键点

S1032：纵面关键点

中文标识	字段名	数据类型	是否主键	可以为空	说明
						序号	ID	Int	是	否
关键点	PileNumber	string		否
						曲线半径	latitude	string		否

S104：大中小桥梁、各种隧道等名称、起始里程。

S1041：桥梁表

S1042：隧道表

S105：车站、基站、直放站、中继站、分区所、AT所、牵引变电所、警务区、派出所沿线工点的中心里程、面向大里程侧向、距离参考线距离。

说明：Type字段填写车站、基站、直放站、中继站、分区所、 AT所、牵引变电所、警务区、派出所其中的一类。

S2：根据四电IFD分类整理相关设备，对设备信息数据化，建立通信、信号、电力、牵引变电各专业设备字典数据。

基于《铁路工程信息模型分类和编码标准》编码，对设备信息建立字典数据，并预留IDM其他场景的需要的信息存储空间，建立数据信息与设备BIM模型信息对应关系。根据设备的特征分别创建设备字典表、板卡字典表。设备字典表中明确设备名称、IFD编码、设计阶段BIM模型、施工阶段BIM模型、运维阶段BIM模型，以及其他非电气特性、电气特性等；板卡字典表中可提供的业务端口、部分电气特性。

具体数据表设计：

S201：设备字典表

S202：板卡字典表

S203：设备-板卡对应关系表

中文标识	字段名	数据类型	是否主键	可以为空	说明
						唯一标识	GUID	string	是	否
设备GUID	DGUID	string		否
						板卡GUID	PGUID	string		否

S3：根据四电专业技术要求、专业特点建立项目信息数据结构，其中主要包括设备唯一标识、设备中心里程、面向大里程侧向、距离中心线距离、设备相对于参考线标高等。

此步骤中设备唯一标识确定了设备的IFD编码、对应BIM模型及电气特性；设备中心里程、面向大里程侧向及距离中心线距离三个参数确定了设备在线路平面上的位置，设备相对于参考线标高确定了设备在垂直方向的位置，通过以上信息可确定四电设备在三维空间中的位置。

四电设备布置表

S4：四电专业设计人员根据专业特点、标准规范、技术要求、产品特性、工程实际将四电工程的设计结果录入《四电设备布置表》。

前三个步骤是建立数据结构、录入基础资料，此步骤是四电BIM 模型创建的关键步骤，例如通信专业沿线视频摄像机、信号专业轨道信号机、绝缘节，电力专业箱变、牵引变电专业接触网立杆等四电设备信息。

S5：利用以上步骤数据准备及三维建模软件自身接口方法计算、分析并建立四电设备BIM模型S501：利用三维建模软件，根据测绘、线路专业的数据按照1:1建立三维线路参考线，参考线起点(DPS0)，确定起点中心里程(DKS0)、连续里程(CMS0)。

S502：通常各个专业在设计过程中习惯使用勘测里程值作为设备点，本方法中需要将勘测里程值转换成连续里程。本方法提供根据插入设备的中心里程(DK1)和长短链表(Table1)计算出设备连续里程 (CM1)。

S503：根据起点连续里程(CMS0)和设备连续里程(CM1)计算设备相对于起点的距离(△S)。

S504：根据设备相对于线路起点的距离(△S)和参考线起点 (DPS0)，调用软件接口计算出设备插入点在线路上的投影点(DPS1)。

S505：调用软件接口计算投影点(DPS1)处的切向量(TV1)及切向量法平面的垂直向量(TVV)和水平向量(TVL)。

S506：根据设备原始模型的法向量(TVZ)与切向量(TV1)调用软件接口计算出模型在当前空间的旋转矩阵。

S507：根据《四电设备布置表》中面向大里程侧向(Direction)、距离中心距离(Distance)、相对基准线标高(Elevation)计算出模型相对于投影点(DPS1)的位移向量。

S508：根据以上步骤计算出模型在三维空间的插入点，调用软件插入模型接口，批量插入设备BIM模型。

该方法经过以上步骤可以快速的实现基于IDM场景下数据驱动的四电工程BIM信息模型的创建，并在基础资料修改、四电设计修改后，快速对BIM信息模型进行更新，大大提高的铁路四电BIM工程正向设计能力。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.基于IDM标准的铁路四电工程BIM信息模型创建方法，其特征在于：

包括以下步骤：

S1：整理铁路站前专业相关信息，对四电专业Building Information Modeling(BIM)信息模型创建产生影响的信息进行数据化；

S2：根据四电IFD编码分类整理相关设备，对设备信息数据化，建立四电各专业设备字典数据；

S3：建立项目信息数据结构，包括设备唯一标识、设备中心里程、面向大里程侧向、距离中心线距离、设备相对于参考线标高；

S4：将四电工程的设计结果录入四电设备布置表；

S5：利用以上步骤数据准备及三维建模软件自身接口方法计算、分析并建立四电设备BIM模型；

步骤S5具体为：

S501：根据测绘、线路专业的数据按照1:1建立三维线路参考线，参考线起点，确定起点中心里程、连续里程；

S502：将勘测里程值转换成连续里程，提供根据插入设备的中心里程和长短链表计算出设备连续里程；

S503：根据起点连续里程和设备连续里程计算设备相对于起点的距离；

S504：根据设备相对于线路起点的距离和参考线起点，调用接口计算出设备插入点在线路上的投影点；

S505：调用接口计算投影点处的切向量及切向量法平面的垂直向量和水平向量；

S506：根据设备原始模型的法向量与切向量调用接口计算出模型在当前空间的旋转矩阵；

S507：根据四电设备布置表中面向大里程侧向、距离中心距离、相对基准线标高计算出模型相对于投影点的位移向量；

S508：根据以上步骤计算出模型在三维空间的插入点，插入模型接口，批量插入设备BIM模型。

2.根据权利要求1所述的基于IDM标准的铁路四电工程BIM信息模型创建方法，其特征在于：

步骤S1中，站前专业相关信息包括：铁路线关键点的桩号、高程、经纬度参数；铁路线长短链参数；线路平面、纵面设计相关参数；大中小桥梁、各种隧道名称及起始里程信息；车站、基站、直放站、中继站、分区所、AT所、牵引变电所、警务区、派出所沿线工点的中心里程、面向大里程侧向、距离参考线距离。

3.根据权利要求2所述的基于IDM标准的铁路四电工程BIM信息模型创建方法，其特征在于：

步骤S2具体为：基于《铁路工程信息模型分类和编码标准》编码，对设备信息建立字典数据，并预留IDM其他场景需要的信息存储空间，建立数据信息与设备BIM模型信息对应关系，根据设备的特征分别创建设备字典表、板卡字典表、设备-板卡对应关系表；

设备字典表中明确设备名称、IFD编码、设计阶段BIM模型、施工阶段BIM模型、运维阶段BIM模型，板卡字典表中提供业务端口、电气特性。

4.根据权利要求3所述的基于IDM标准的铁路四电工程BIM信息模型创建方法，其特征在于：

步骤S3中，设备唯一标识确定了设备的IFD编码、对应BIM模型及电气特性；设备中心里程、面向大里程侧向及距离中心线距离三个参数确定了设备在线路平面上的位置，设备相对于参考线标高确定了设备在垂直方向的位置，通过以上信息确定四电设备在三维空间中的位置。

5.根据权利要求4所述的基于IDM标准 的铁路四电工程BIM信息模型创建方法，其特征在于：

步骤S4中，四电设备布置表包括通信专业沿线视频摄像机、信号专业轨道信号机、绝缘节，电力专业箱变、牵引变电专业接触网立杆的四电设备信息。

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