CN111667575B - 基于标准创建轨道交通工程精确模型的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于标准创建轨道交通工程精确模型的方法，步骤为：建立轨道交通工程精确模型存储标准数据库，定义各专业信息及关联关系，建立轨道交通工程精确模型标准数据体系；将轨道交通工程相关的标准信息存储到步骤1创建的数据库中；建立轨道交通工程精确模型数据库管理软件；建立轨道交通工程精确模型的模型管理软件；建立轨道交通工程模型BIM管理平台，基于该平台完成对站前、站后各专业模型的快速组装，模型信息的查询定位，应用于轨道交通工程建设的全生命周期建设中。本发明通过建立符合技术标准的方法和技术，创建轨道交通工程信息模型，并应用在轨道交通工程建设管理、工程设计、设备制造、工程施工、运营维护等工程的全生命周期。

Description

基于标准创建轨道交通工程精确模型的方法

技术领域

本发明属于轨道交通工程BIM信息检测技术领域，具体涉及一种基于标准创建轨道交通工程精确模型的方法。

背景技术

轨道交通工程与一般工程相比，具有工程地质复杂、工程周边环境复杂、工程建设规模大、技术标准高、工程协调量大、安全风险大，涉及主体多、控制标准严格等特征。轨道交通工程需要在总体单位组织下完成设计、设备制造、施工、运营等过程，其间要解决的问题是不同专业之间、不同标准之间的协同；技术资源、内外系统间接口以及工程投资的整合。显然，只有具备并达到全面完整、协同匹配和先进科学的组织管理水平，才能完成工程建设的各项指标。

在轨道交通工程设计时，要充分考虑轨道的稳定性、安全性和强度的特点。在轨道交通工程施工时，涉及的工艺繁杂，且施工环境复杂多变，对施工技术的把握和施工安全的管理要求极高。在轨道交通工程运营期，要确保轨道交通运营后设备高效率使用，低成本维护，出现故障时应能够及时响应并确保设备及行车的安全。

由于轨道交通工程自身及工程建造、运用机制的复杂性，研究并应用与之适宜的信息化技术，解决传统方式下难以逾越的难题，建立基于BIM技术的建设管理、设计、施工、设备制造等协同机制，将Modeling及Information的数据信息范围及层次与参与工程的角色（岗位）、对象（工程）、活动（任务）等要素有机结合起来，从而达到较高程度的协同，这是轨道交通工程BIM技术的主要特征。

首先，目前国内外没有轨道交通工程的数据表达的具体定义，在这方面，还是空白，主要表现在以下几点：

1、空间结构数据的缺失

在轨道交通工程应用系统模型中，线路、轨道、站场、四电等工程的空间结构数据的规则尚未制定，专业间空间的相对位置关系的表达及本专业的空间结构数据层次的划分是缺失的。

2、连接关系数据的缺失

具有物理和逻辑关系的工程设施设备之间连接关系的数据规则尚未制定，如室内室外电缆的链接、分线盒到箱盒的电缆链接等四电工程中线缆连接关系数据是缺失的。

3、几何形状数据的缺失

轨道交通工程设施设备的几何形状数据的规则尚未制定，如路基断面、道岔拓扑、四电设备等的几何要素信息是缺失的。

4、端口及信息流数据的缺失

各种设备端口及端口间的信息流数据时缺失的，如机柜内配线架上的端口没有定义、信号机中也没有点灯单元定义、分线盘没有端子定义等。

再者，轨道交通工程BIM应用系统模型创建及应用交互也存在缺陷：

1、用户的可创建性差

轨道交通工程模型创建中，缺少明确的模型创建深度的定义，模型创建深度不明确，迫切需要一个标准来指导模型创建的深度，并且需要与之相匹配的软件来支持模型，如信号机的点灯单元端口及连接关系模型的创建，目前还没有一款软件能够提供简便绘制端子的接口，用户的可创建性差。

2、用户的可用性差

轨道交通工程模型创建后，在实际使用中，因为模型的体量较大，以及工程数据的缺失，轨道交通工程模型使用中功能单一，施工及运营维护中当设备或其他环境发生变化时，很难对模型进行修改，深层次的用户需求更难以满足，总体来说可用性较差。

3、场景定义不清晰

缺少轨道交通工程场景，包括路基、桥梁、隧道、站房、站场、轨道、通信、信号、电力、电气化等多专业模型。在轨道交通工程模型场景组合时，对于各专业模型精度划分不明确，如四电工程对站前场景展现到什么程度、设备连线展现到什么深度、是否需要路基基础等，在场景定义中时不清晰的。

第三，轨道交通工程BIM软件也有缺陷：目前市场上的BIM软件侧重于某些专业三维模型的建立的，无法进行多专业协同建模，实际应用中，各专业需要实现不同的功能应用，如在地质进行水流分析，在环境中进行日照分析，在通信中磁场分析，房建中的光照分析等等，目前各专业间独立使用，没有统一的标准，且数据在各专业间继承性差，不能满足轨道交通工程所有专业的使用，即便进行二次开发，也很难应用在实际工程中。

第四，轨道交通工程全生命周期BIM应用的需求无法满足：随着计算机图形学技术的不断发展和轨道交通建设BIM领域研究的不断深入，为建立符合技术标准的轨道交通工程精确模型提供了信息技术条件。通过建立符合技术标准的轨道交通工程精确模型，不仅可以形象直观的表达四电工程设备的形态特征以及构造要素间的空间关系，而且结合数据库技术，把设备各阶段信息保存起来，可对设备全生命周期进行管理。

轨道交通工程对BIM应用的需求是工程全生命周期的，建设管理、设计、设备制造、施工、运营等环节之间具有一定的耦合性，现有的BIM模型技术实现对建设周期内某一阶段的使用，且仅仅是对设计方案中设备外观的三维展示，无法获取设备厂家的设计参数信息及施工工艺信息，无法有效实现对工程建设进度、质量等的管控，更无法实现对建设与运营维护全周期数据的集成及应用。

实际研究和应用表明，目前轨道交通工程BIM技术的应用已经由技术驱动逐步转换为需求驱动， 即在一定需求下，结合可用的BIM技术，实现一定功能的应用。

第五，缺乏检测、评估、认证相关BIM技术、结果的手段：长期以来，没有对轨道交通工BIM的方法、技术、结果、从业机构等（包括工程信息模型的原始数据、中间数据、结果数据等）进行检测、评估、认证，使轨道交通工程BIM模型创建和应用的过程及成果无法得到合规性检查，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标准创建轨道交通工程精确模型的方法，通过建立符合技术标准的方法和技术，创建轨道交通工程信息模型，并应用在轨道交通工程建设管理、工程设计、设备制造、工程施工、运营维护等工程的全生命周期。

本发明所采用的技术方案为：

基于标准创建轨道交通工程精确模型的方法，其特征在于：

所述方法包括以下步骤：

步骤1：建立轨道交通工程精确模型存储标准数据库，定义各专业信息及关联关系，建立轨道交通工程精确模型标准数据体系；

步骤2：将轨道交通工程相关的标准信息存储到步骤1创建的数据库中；

步骤3：建立轨道交通工程精确模型数据库管理软件，利用该软件对步骤2中的数据进行增、删、查、改的管理工作；

步骤4：建立轨道交通工程精确模型的模型管理软件，利用该模型管理软件对模型进行创造、修改、删除，并使模型与步骤2中的数据信息进行匹配；

步骤5：建立轨道交通工程模型BIM管理平台，基于该平台完成对站前、站后各专业模型的快速组装，模型信息的查询定位，应用于轨道交通工程建设的全生命周期建设中。

步骤1具体为：

步骤1.1：建立轨道交通工程精确模型UML流程图，设置各表间相互联系及主外键约束；

步骤1.2：建立人员表、设备表、厂家信息表、设计参数表、工程信息表的多个数据表；

步骤1.3：根据步骤1.1及步骤1.2建立轨道交通工程精确模型标准数据体系。

步骤2具体为：

步骤2.1：查找BIM领域中的IFC、IFD、IDM三大标准以及WBS分解、EBS分解的相关概念，建立分解细则；

步骤2.2：构建轨道交通工程实体在设计阶段、施工阶段以及运营阶段的模型分解标准，并建立对应的编码规则；

步骤2.3：对轨道交通工程中线路工程、轨道工程、路基与排水工程、桥涵工程、隧道工程、站场工程、通信信号工程、牵引供电工程的类别按设计阶段、施工阶段、运营阶段进行划分；

步骤2.4：对步骤2.3所划分的实体基元模型按步骤2.1及2.2建立的分解细则及编码原则进行编码；

步骤2.5：对步骤2.4编码整理，建立数据库表格。

步骤3具体为：

步骤3.1：根据步骤1及步骤2中的数据库信息，建立数据库操作类功能模块；

步骤3.2：根据步骤3.1建立数据处理业务模块；

步骤3.3：创建数据处理表现层，提供用户操作界面，用户能够增、删、查、改数据库信息。

步骤4具体为：

步骤4.1：选用与轨道交通工程耦合度较高的BIM软件；

步骤4.2：以厂家参数信息，设计施工规范创建的数据库为依托，构造轨道交通工程模型；

步骤4.3：开发轨道交通工程模型管理软件，实现模型的创造、修改、删除；

步骤4.4：在步骤4.3的基础上，实现与步骤2中的数据信息匹配的功能。

步骤5具体为：

步骤5.1：收集轨道交通工程各专业数据信息，互提资料信息，将信息分类汇总，整理归纳成表；

步骤5.2：整理轨道交通工程站前专业与站后各专业间的相互关系；

步骤5.3：收集轨道交通工程建设中设计阶段、施工阶段、运维阶段中队轨道交通工程模型的需求；

步骤5.4：开发轨道模型管理平台中的各个功能，包括线路轨道、桥隧、接触网、综合管线、沟槽、设备的布防，线缆、设备与轨道、不同设备间的碰撞检查，场景预览，设备定位的功能。

本发明具有以下优点：

1、本发明构建的轨道交通工程BIM系统模型符合IFC、IF等。

支持轨道交通工程生命周期内的数据交换与信息共享，通过对工程数据信息的创建、传承、集成、再加工等多样性的应用，解决如碰撞检查、能耗分析、流体分析等工程中的问题。2、提供了轨道交通工程需求的BIM要素(IDM）。

建立的模型能够用在BIM轨道交通工程建设的全生命周期中，为不同阶段提供各自需要的信息数据。

3、提供了与BIM软件的接口。

通工程精确模型的创建方法结合市场上通用BIM设计软件，开发在不同BIM软件上的接口，创建的模型数据流能够在不同软件上使用。

4、提供了站前接口及四电工程BIM模型的创建方法。

4.1线路、路基、轨道、站场、房建等站前工程四电特征BIM模型创建，研究四电专业中对站前模型颗粒度要求及信息表达层次、深度，如对桥梁模型的要求，四电专业关心桥梁的起始里程信息和沟槽管路布设需要的载体情况，而对桥梁结构及组成关注度较低。4.2四电建筑工程模型

对四电建筑工程提供模型创建标准，如隐蔽工程、接地、电缆沟槽、电缆过轨和上下桥预留、接触网基础等。4.3四电安装工程模型

对机柜、箱盒、信号机、铁塔等安装工程模型提供安装标准和工艺指分步骤详细设计过程。4.4四电设备构建模型创建

对信号机、转辙机、应答器等设备构件模型提供创建标准和工艺指导，包括设备需要的几何信息、分类信息、厂家信息等精度提供依据。4.5线缆BIM模型的创建

对线缆模型制作，线缆连接关系的定义、线缆设计参数等信息提供新的方法。

附图说明

图1为符合技术标准的轨道交通工程精确模型的创建方法的整体流程图。

图2为轨道交通各专业间模型依赖关系图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及的基于标准创建轨道交通工程精确模型的方法，具体包括以下步骤：

步骤1：建立轨道交通工程精确模型存储标准数据库，定义各专业信息及关联关系，建立轨道交通工程精确模型标准数据体系；

步骤1.1：建立轨道交通工程精确模型UML流程图，设置各表间相互联系及主外键约束；

步骤1.2：建立人员表、设备表、厂家信息表、设计参数表、工程信息表等多个数据表；

步骤1.3：根据步骤1.1及步骤1.2建立轨道交通工程精确模型标准数据体系。

步骤2：查找轨道交通工程相关的IFC、IFD、IDM、设计规范等各项标准信息，归纳整理，存储到步骤1创建的数据库中，对于部分缺失的信息，采取适度匹配方式，作为后期补充点，具体包括：

步骤2.1：查找BIM领域中的IFC、IFD、IDM三大标准以及WBS分解、EBS分解的相关概念，建立分解细则；

步骤2.2：构建轨道交通工程实体在设计阶段、施工阶段以及运营阶段的模型分解标准，并建立对应的编码规则；

步骤2.3：对轨道交通工程中线路工程、轨道工程、路基与排水工程、桥涵工程、隧道工程、站场工程、通信信号工程、牵引供电工程等类别按设计阶段、施工阶段、运营阶段进行划分；

步骤2.4：对步骤2.3所划分的实体基元模型按步骤2.1及2.2建立的分解细则及编码原则进行编码；

步骤2.5：对步骤2.4编码整理，建立数据库表格；

步骤3：建立轨道交通工程精确模型数据库管理软件，该软件能够便捷的对步骤2中的数据进行增、删、查、改等管理工作;

步骤3.1：根据步骤1及步骤2中的数据库信息，建立数据库操作类功能模块；

步骤3.2：根据步骤3.1建立数据处理业务模块；

步骤3.3：创建数据处理表现层，提供用户操作界面，用户能够增、删、查、改数据库信息。

步骤4：建立轨道交通工程精确模型的模型管理软件，模型管理软件能够对模型进行创造、修改、删除，并使模型与步骤2中的数据信息进行匹配；

步骤4.1：调研市场上的BIM软件，比较分析选取与轨道交通工程耦合度较高的软件，作为模型管理软件的参考进行迭代开发；

步骤4.2：以厂家参数信息，设计施工规范创建的数据库为依托，构造轨道交通工程模型；

步骤4.3：开发轨道交通工程模型管理软件，实现模型的创造、修改、删除；

步骤4.4：在步骤4.3的基础上，实现与步骤2中的数据信息匹配的功能；

步骤5：建立轨道交通工程模型BIM管理平台，该平台完成对站前、站后各专业模型的快速组装，模型信息的查询定位，应用于轨道交通工程建设的全生命周期建设中，具体步骤如下：

步骤5.1：收集轨道交通工程各专业数据信息，互提资料信息，将信息分类汇总，整理归纳成表；

步骤5.2：调研轨道交通工程各专业模型创建过程，提炼出创建中的困点难点；

步骤5.3：结合步骤5.1及步骤5.2，整理出轨道交通工程站前专业与站后各专业间的相互关系；

步骤5.4：调研轨道交通工程建设中设计阶段、施工阶段、运维阶段中队轨道交通工程模型的需求；

步骤5.5：结合以上步骤，开发轨道模型管理平台中的各个功能，包括但不局限于以下功能：线路轨道、桥隧、接触网、综合管线、沟槽、设备的智能布防，线缆、设备与轨道、不同设备间的碰撞检查，场景预览，设备定位等功能。

符合技术标准的轨道交通工程精确模型创建完成后，将在设计期、施工期、运营期中使用，通过测试，该方法创建的模型满足轨道交通工程建设的全生命周期的使用。该方法的应用，可以为轨道交通工程BIM方法、技术、产品等的检测、评估、认证提供支撑。

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 (1)

1.基于标准创建轨道交通工程精确模型的方法，其特征在于：

所述方法包括以下步骤：

步骤1：建立轨道交通工程精确模型存储标准数据库，定义各专业信息及关联关系，建立轨道交通工程精确模型标准数据体系；

步骤2：将轨道交通工程相关的标准信息存储到步骤1创建的数据库中；

步骤3：建立轨道交通工程精确模型数据库管理软件，利用该软件对步骤2中的数据进行增、删、查、改的管理工作；

步骤4：建立轨道交通工程精确模型的模型管理软件，利用该模型管理软件对模型进行创造、修改、删除，并使模型与步骤2中的数据信息进行匹配；

步骤5：建立轨道交通工程模型BIM管理平台，基于该平台完成对站前、站后各专业模型的快速组装，模型信息的查询定位，应用于轨道交通工程建设的全生命周期建设中；

步骤1具体为：

步骤1.1：建立轨道交通工程精确模型UML流程图，设置各表间相互联系及主外键约束；

步骤1.2：建立人员表、设备表、厂家信息表、设计参数表、工程信息表的多个数据表；

步骤1.3：根据步骤1.1及步骤1.2建立轨道交通工程精确模型标准数据体系；

步骤2具体为：

步骤2.1：查找BIM领域中的IFC、IFD、IDM三大标准以及WBS分解、EBS分解的相关概念，建立分解细则；

步骤2.2：构建轨道交通工程实体在设计阶段、施工阶段以及运营阶段的模型分解标准，并建立对应的编码规则；

步骤2.3：对轨道交通工程中线路工程、轨道工程、路基与排水工程、桥涵工程、隧道工程、站场工程、通信信号工程、牵引供电工程的类别按设计阶段、施工阶段、运营阶段进行划分；

步骤2.4：对步骤2.3所划分的实体基元模型按步骤2.1及2.2建立的分解细则及编码规则进行编码；

步骤2.5：对步骤2.4编码整理，建立数据库表格；

步骤3具体为：

步骤3.1：根据步骤1及步骤2中的数据库信息，建立数据库操作类功能模块；

步骤3.2：根据步骤3.1建立数据处理业务模块；

步骤3.3：创建数据处理表现层，提供用户操作界面，用户能够增、删、查、改数据库信息；

步骤4具体为：

步骤4.1：选用与轨道交通工程耦合度较高的BIM软件；

步骤4.2：以厂家参数信息，设计施工规范创建的数据库为依托，构造轨道交通工程模型；

步骤4.3：开发轨道交通工程模型管理软件，实现模型的创造、修改、删除；

步骤4.4：在步骤4.3的基础上，实现与步骤2中的数据信息匹配的功能；

步骤5具体为：

步骤5.1：收集轨道交通工程各专业数据信息，互提资料信息，将信息分类汇总，整理归纳成表；

步骤5.2：整理轨道交通工程站前专业与站后各专业间的相互关系；

步骤5.3：收集轨道交通工程建设中设计阶段、施工阶段、运维阶段中队轨道交通工程模型的需求；

步骤5.4：开发轨道模型管理平台中的各个功能，包括线路轨道、桥隧、接触网、综合管线、沟槽、设备的布防，线缆、设备与轨道、不同设备间的碰撞检查，场景预览，设备定位的功能。

Images