基于AutoCAD平台的线路横断面线提取系统的设计与实现

设计并实现了一个线路横断面线提取软件。该软件以AutoCAD为平台,利用航测制图成果和勘测成果快速构建三维地形;利用严密的数学公式推导、计算给定线位上任意中桩处的横断面线;然后研究并设计了一种包含全信息的横断面结果存储数据结构,利用该结构可以进行无损的数据格式转换;最后利用构建好的三维地形提取横断面线上任意点的三维坐标,并利用DP算法进行简化,获得变坡点,并进行成果存储。实验表明,利用该软件可以进行横断面的快速自动提取,在一定条件下取代人工测量道路横断面线,从而减少野外测绘工作量,保证勘测设计工期。     

BIM地形建模技术在高速铁路测绘中的应用

为了提高铁路测绘过程中的信息化水平和管理效率,利用BIM技术构建三维地表模型,通过各专业间的协同工作,实现对铁路建设项目的全生命周期管理。利用航空摄影测量技术获取高分影像数据,经过空三加密、点云滤波等处理,得到数字高程模型(DEM)和数字正射影像图(DOM)。采用CATIA软件进行地形曲面创建、地表材质铺贴以及地形裁切,为后序设计专业进行铁路BIM模型设计提供三维地形环境;将该技术应用于BIM铁路项目,模拟项目工点区域的真实三维环境,为路基、桥梁、隧道等专业的二维设计提供直观可靠的设计依据;将BIM技术应用于地表模型创建,辅助后序各专业开展设计,通过协同设计实时对设计变更区域进行合理的地形裁切。还可展示土地的使用情况,帮助管理者制定征地拆改方案,进行安全监管,从而提高铁路建设过程中的信息化水平和管理效率。     

基于BIM技术的隧道洞口二三维同步设计方法研究

为解决设计人员完成隧道洞口二维设计文件后还需耗费额外时间进行BIM翻模的问题,提高隧道洞口设计质量,实现精细化设计目标。基于Bentley OpenRailDesigner CE软件对地形与线路中线支持的特性,结合隧道洞口设计流程与习惯,提出基于中心数据库的隧道洞口二、三维同步设计方法;利用数字地形高程生成网格化地形模型,基于三维线路中线定位动态剖切地形模型生成横、纵断面,参数化驱动洞门设计模板图元,选取与地形适应的洞门类型并确定洞口位置;通过二三维互动的参数化交互方式设计边仰坡开挖及支护参数、明洞回填高度与坡度、端墙式洞门结构参数、洞口截水沟及超前大管棚设计参数;最后,通过这些设计参数同步生成三维BIM模型与二维设计图纸,并统计相关工程数量。利用C#、C++API接口研发了“隧道洞口二三维同步设计系统”。通过在西十、西康高铁项目中应用表明,该方法与系统符合设计习惯,能够实现隧道洞口工程的二维与三维设计与成果输出,在后续项目中具有推广应用价值。     

铁路线路三维可视化设计实现方法研究

着重研究了利用航测或外业勘测地形数据，在微机上建设设计线行经地区的三维空间的地形模型。利用平面，纵断面，模糊面及桥，隧，路基等设计数据建立线路三维模型，以及将这两个模型拼合在一起形成铁路线路三维景观模型的方法，该方法的特点是在拼合地表面和线路表面时采用分治算法，且可将面与面时求交计算简化为线段间的求变计算，故计算工作是较少且速度快，在此基础上，通过集成AutoCAD及3DS即可达到对铁路线路进行三维造型目的，以本文提出和建立的数学模型为基础，采用面向对象的软件设计方法完成了铁路线路三维可视化设计系统的开发，利用该软件对西安－南京线，西安－延安线，遂宁－重庆线等多条设计线进行了三线建模并制成了三维动画，验证了本文及铁路线路三维可视化设计的系统软件的正确性，同时探讨了该模型的实用性及适用性问题。     

道路整体三维模型构建方法的研究

建立道路与地面的整体三维模型是实现道路三维可视化的关键。系统分析了现有的道路三维模型构建方法,针对其存在的不足,提出了一种将道路设计面模型与地形表面模型融为一体的整体模型构建方法,该方法基于在约束Delaunay三角网内插入点和约束边的理论,巧妙地解决了剔除落在道路设计面区域内的地形点的问题,实现了道路设计面与地形表面的整体建网。应用道路整体模型可以实现道路景观的三维漫游,评价三维立体线形以及与周围地形的配合情况。     

基于三维激光扫描点云整体分析的铁路隧道超欠挖检测方法

传统隧道施工难以避免超欠挖现象的发生，影响隧道的工程质量以及施工效率。三维激光扫描技术因其便捷、信息量大等特点，在隧道施工过程中提供快速有效的测量结果，但目前主要通过取断面形式进行超欠挖分析，亟需一种对点云整体分析的方法。为此，针对三维激光扫描的隧道超欠挖检测，提出一种基于点云拟合曲面并结合设计面法线的分析方法。结果表明：三次B样条曲线在曲线要素的表现和控制性能上较好，适用于隧道断面的重构；检测断面上建立法线，并在拟合面上找到其所唯一对应的实际检测点，通过两点的距离作为超欠挖的基准；编制的分析软件可对隧道数据进行批量处理，便于隧道工程超欠挖检测的实时分析评。因此，双三次B样条拟合法的超欠挖的扫描和计算，其精度、效率高，可满足实际工程中隧道超欠挖的检测。     

BIM技术在山区峡谷大型铁路桥梁施工中的应用

针对山岭地形大型铁路工程施工组织精细化需求,利用BIM技术对大瑞铁路怒江特大桥在施工阶段的应用进行研究。明确了与BIM应用点相对应的模型标准,选择不同的BIM软件组合构建了地形、主体结构和临时设施模型库;采用BIM+GIS实现施工总平面图精细化布置,充分利用Delmia参数化优势对主拱圈总体施工方案和各专项方案进行优选,对重点工艺实现可视化交底;应用人机交互模拟、BIM+CAE、BIM+3D激光扫描技术进行安全质量管理。有效提升了项目的技术管理水平,并形成可复制推广的桥梁BIM技术应用解决方案。     

卫星影像大场景立体模型精度控制方法研究

卫星影像大场景立体模型作为一种新型数字测绘产品,能够提供一个大范围、可量测、连续无缝的真三维立体环境,相较于传统三维模型优势明显。大场景立体模型制作过程中工序较多,需对关键环节进行精度控制,才能有效保证最终成果的质量。以某铁路测区为例,先利用高精度的卫星遥感影像空三信息生成初始的分辨地模数据,作为立体引导基准地形参考,然后通过仿真视差原理引入人工视差,在立体重叠区域内制作无缝立体像对模型,最终实现高分辨率航天卫星大场景制作技术与高精度量测方法。针对影像匀光匀色、DEM生产与编辑、拼接线编辑3个关键环节提出可行性方案,并将其影响程度量化,实现卫星影像大场景立体模型制作的标准化。结果表明,使用WorldView卫星影像制作的大场景立体模型数学精度较高,定向点的平面、高程坐标最大残差为1.81 m和0.95 m,在各级地形下均满足相应规范要求,且视觉效果良好,具有广泛的适用性。     

Global Mapper在新建铁路前期选线中的应用

新建铁路项目前期选线过程中,快速建立研究区域内的DEM尤为重要,而前期方案研究常因缺少矢量化地形图而使项目受阻,GM恰可利用免费的全球SRTM高程数据生成等高线并创建DEM。同时,GM还可以输出研究区域内可视化、真实的三维地形,直观展示出地形变化特点,方便前期方案展示与决策。从创建DEM和三维地形可视化两个方面阐述GM软件在新建铁路项目前期研究中的应用过程,并以实际项目证明软件的应用价值,最后分析其应用过程中存在的问题,指出其发展方向。     

铁路工程设计BIM技术的差异化与解决方案

研究目的:单体建筑的BIM技术及其应用已趋于成熟,但铁路工程BIM技术的开发与应用整体上尚处于起步和探索阶段。目前业主的需求越来越迫切和广泛,铁路工程设计BIM技术的开发与应用已迫在眉睫。通过建立基于BIM技术带状的铁路工程真实场景模型协同设计平台,实现各专业在同一个全线真实三维场景模型下的协同设计,使工程技术人员对各种工程信息作出正确的理解和高效的应对,从而提高生产效率、节约成本和缩短工期。研究结论:(1)带状大范围工程设计三维真实感场景技术的研究成功,开辟了一个全新的铁路工程设计应用BIM技术途径;(2)利用航空遥感影像数据和地形数据,由计算机生成与现场一致的三维真实场景模型;将各专业的工程三维模型按照里程坐标集成在一个带状连续的三维真实场景中,即可实现铁路工程BIM方式下的协同设计;(3)本文提出的铁路工程设计BIM技术开发与应用的解决方案,对铁道工程设计单位开展BIM工作具有一定的借鉴意义。     

BIM技术在沪通铁路线路专业的应用

为推动BIM技术在铁路工程设计中的应用、方便铁路行业选线设计人员了解BIM平台进行铁路线路建模,结合上海—南通铁路（简称:沪通铁路）试点项目,详细阐述BIM平台—Bentley PowerCivil的三维地形建模模块、线路选线模块和选线设计流程。建立的三维地形模型和线路三维模型为桥梁、地质、站场等专业建模提供了基础数据。 Bentley PowerCivil平台在沪通铁路试点项目中的成功应用,可为今后基于该平台开展线路BIM设计提供参考。     

铁路线路三维可视化设计方法研究

着重介绍了利用航测或外业勘测地形数据,在微机上建立设计线行经地区的三维空间的地形模型;利用平面、纵断面、横断面及桥、隧、路基等设计数据建立线路三维模型,以及将这两个模型拼合在一起形成铁路线路三维景观模型的方法.该方法的特点是在拼合地表曲面和线路表面时采用了分治算法,故计算工作量较少且速度快.在此基础上,通过集成Auto CAD及3DS即可达到对铁路线路进行三维造型的目的.     

基于BIM的铁路隧道附属洞室设计研究与应用

为升级设计手段，提高设计质量，实现铁路工程数字化交付，文章以铁路隧道附属设施设计为切入点，通过梳理设计流程、研究优化技术，提出基于建筑信息模型（BIM,Building Information Modeling）的铁路隧道附属洞室设计方法。配合BIM软件的二次开发，该设计方法能有效打通隧道设计上下游数据，显著提升隧道设计智能化水平。实践证明，基于该方法在Bentley平台下开展附属洞室设计，能同时满足项目BIM交付及现有设计规范下二维图纸交付的需要，提升附属洞室设计的效率和质量，实现BIM技术与传统设计的融合，助力铁路行业从BIM辅助设计到BIM正向设计的转变。     

BIM技术在铁路预应力混凝土简支梁设计中的应用研究

近几年,BIM技术在铁路行业取得较大进展,出台一系列标准,但是在正向设计方面仍处在探索阶段。结合这一现状,对BIM技术在铁路预应力混凝土简支梁结构设计中的应用进行研究。研究结论:(1)现有的BIM模型与有限元软件之间转换多局限于工业规格标准截面,用户自定义截面存在较多的信息丢失问题;(2)通过语言编程使BIM模型与有限元软件数据进行交互,能够实现两者之间的结合;同时基于BIM模型可自动生成二维图纸、统计数量,一定程度上提高设计效率;(3)研究内容能够为BIM技术在铁路桥梁结构正向设计中的应用提供指导借鉴作用。     

基于Civil 3D部件编辑器的铁路BIM部件模型构建研究

为实现铁路线路结构参数化建模,基于Autodesk Civil 3D部件编辑器(SAC,SubassemblyComposer)研究了自定义部件参数化模型的构建流程。利用部件编辑器可视化的设计流程和参数驱动图形交互的方法,针对不同的横断面形式,构建了单线有砟轨道部件、隧道部件和多级边坡部件参数化模型,并将参数化部件与三维地形曲面模型相融合,在三维可视环境下实现设计部件的工程量精确计算。通过SAC创建的部件具有设计参数更改方便、建模迅速、交互性强、形象直观的优点,是铁路BIM应用部件建模一种有效的方法。     

京张高铁八达岭地下站及隧道工程信息模型一致性表达

北京—张家口高速铁路是国内第一条全线、全生命周期内所有专业均应用建筑信息建模技术的智能高速铁路。文章结合京张高铁重点工程—八达岭地下站和隧道工程BIM应用,基于铁路工程BIM技术标准,重点研究多专业设计数据一致性表达,构建了八达岭地下站和隧道工程的全要素信息模型,并利用中铁工程设计咨询集团有限公司开发的铁路多专业数字化协同设计软件,搭建了一个协同设计平台,使传统上离散的各专业设计数据能够实现集成展示,方便设计方案的对比和优化,有助于提升设计效率和质量,实现铁路工程的智能化建造。此外,提出将全要素信息模型与能够反映铁路基础设施运营维护阶段真实状况的海量三维点云数据融合起来,为运营维护阶段基础设施一致性检测提供支持。     

东平水道特大桥BIM设计及应用

为了提升东平水道特大桥的设计水平和成品质量,以达索3D体验平台和TEKLA软件为主要工具对其开展BIM设计。BIM设计过程中的技术要点包括:协同设计、骨架设计、引桥设计、钢箱梁设计、钢束设计、钢筋设计;本桥的BIM应用价值点包括用钢量统计、钢结构出图、标准验证、有限元分析、钢筋二维出图。作为国内第一座采用BIM设计的公铁两用斜拉桥,与传统设计手段相比,BIM技术的应用显著提高了其设计效率。同时,依托本项目对铁路工程信息模型数据存储标准进行了研究。东平水道特大桥BIM设计对类似工程项目具有良好的借鉴意义。     

基于Revit的铁路线路三维信息平台开发

智能高铁是我国高速铁路发展的趋势,BIM技术融合智能化、信息化等手段,可实现铁路项目的全生命周期管理,提高管理水平和工作效率。根据BIM技术特点,基于Autodesk Revit建立铁路线路三维信息平台,为铁路项目信息化管理提供参考。首先,利用PowerCivil并根据线路平、纵断面等资料,生成线路中心线三维线形,为后续线路三维信息模型建立提供基础条件;随后,将线路中心线三维线形导入Revit平台,利用二维构筑物图纸创建各种构筑物族,再通过Dynamo编写命令将各种构筑物族沿线路里程布置,从而完成线路三维信息平台的构建。研究发现:三维信息平台可满足铁路线路模型三维可视化要求,并将铁路线路设计、施工、运维各阶段的信息进行融合,为铁路项目信息化管理搭建可操作的平台基础。     

基于3D卷积神经网络的高铁轨道质量指数预测方法

轨道质量指数（TQI，Track Quality Index）是反映高铁整体线路质量状态的重要指标，分析TQI数据的变化规律能够对高铁线路养护维修提供重要指导和参考依据。为提高TQI数据预测的准确性，提出了一种多项特征数据的3D卷积神经网络模型，分析了TQI数据特征，抽取时间、空间、检测项数据并形成三维特征数据集，基于3D卷积神经网络算法，构建8层TQI预测模型，并从初始化参数、学习速率、激活函数、损失函数、Dropout方法等角度对模型进行优化，并利用某高铁线检测数据进行试验验证。结果表明，3D卷积神经网络模型可较好的预测高铁线路状态变化趋势，且对比于BP神经网络和2D卷积神经网络方法，平均绝对误差分别降低了41.48%、26.32%，均方差分别降低了65.42%、39.93%，证明了该方法的准确性与有效性，对于预测TQI与制定高铁线路养护维修计划具有实用价值。     

BIM在铁路设计中的应用探讨

通过阐述建筑信息模型(BIM)概念,分析基于BIM技术的全生命周期理念的建筑优势,并介绍BIM技术在国内外建筑业及国内铁路行业的发展现状,提出铁路设计应用BIM的5个关键点:与GIS技术结合、综合管线碰撞检测、站场运营管理、协同设计与作业、项目各阶段的衔接,总结国内BIM发展存在的问题:行业标准缺失、三维协同设计理念缺乏、专业软件不足、市场认知与人才培养问题,并提出对应的推行BIM策略,最后提出BIM将引领铁路建设向信息化、智能化发展。