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BIM与GIS融合技术在铁路信息化建设中的应用.doc

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BIM 与 GIS 融 合 技 术 在铁 路 信 息 化建 设 中的应用 李元龙 济 南 铁路 局 青岛 工 程建 设 指挥 部 摘 要: 为适应现代信息化铁路的发展要求, 需要积极利用信息化技术及网络化手段增 强铁路信息化服务力量, 优化铁路运行效率和质量。 文章基于 BIM 与 GIS 融合技 术产生背景, 从铁路工程要素 BIM 语义扩展、GIS 语义扩展、 车站信息模型跨平 台集成等方面探讨了 BIM 与GIS 融合技术在铁路信息化建设中的应用。 关键词 : BIM; GIS; 融合技术; 铁路信息化; 在我国交通发展和经济建设中, 铁路发挥着重要作用, 强化铁路建设具有重要 意义。 在信息化的大背景下, 铁路信息化发展自然也成为了现代化铁路发展的主 要趋势。 在铁路建设中, 强化信息技术的利用对于扩大铁路自身的服务范围、 提 升服务水平等具有重要意义。 从工程建设的实践来看, 利用BIM 技术和 GIS 技术 能够进一步提高工程建设质量。 在铁路信息化建设过程中, 探讨两种技术的融合, 并将其充分运用于建设实践中必然会产生巨大的效益。基于此, 深入分析 BIM 与GIS 融合技术在铁路信息化建设中的应用具有重要的现实意义。 1 BIM 与GIS 融合技 术产生背景 在目前的铁路信息化建设过程中, 可以引入建筑领域的 BIM 技术和理念, 进而 利用信息模型对铁路工程生命周期内的资源、 活动和产品进行统一的组织和管理, 使铁路建设各个阶段实现信息共享, 节约建 设成本, 避免资源浪费。 虽然在信息化铁路建设过程中可以借鉴 BIM 技术的理念和技术, 但是铁路工程 和建筑工程存在着明显的差异:一方面, 铁路工程在建设过程中表现出了比较明 显的线状、跨度大和工程点复杂的特点;另一方面, BIM 技术在三维信息模型的 大尺度表达、 一致性分析和管理方面存在着明显的不足。 因此, 在铁路工程的信 息化建设中, 还要引入以空间分析和空间数据库以及三维可视化为核心的 GIS 技术。 从目前的具体分析来看, 铁路建设与地形有着紧密的联系, 所以其涉及的 要素均可以视为GIS 的研究对象, 因此利用GIS 平台可以满足铁路建设工程的完 整性以及全局性、宏观性的表达要求。 在构建铁路工程信息模型的过程中, 不仅要对局部的控制设计实现细节的精确 性, 更要对全局系统的合理性进行协调。 整个模型的构建需要实现从微观到宏观 的不同尺度把握和操作, 而这种操作正是结合了BIM 技术和GIS 技术, 因此探讨 这二者的融合便成为信息化铁路建设中需要重点突破的一项工作。 2 铁路工程要素BIM 语义扩展 铁路工程的建设和建筑工程有较大的相似性, 主要是因为在铁路工程的建设中 同样需要注意其周期内的资源利用以及其他相关的活动管理。 因此, 借鉴建筑领 域当中的BIM 理念和技术, 实现其在铁路工程中的利用, 需要对铁路工程要素 中的BIM 语义进行扩展。 换言之, 需要对铁路工程建设中的信息描述和交流方法 进行深入的理解。 IFC 是 BIM 框架中的核心要素之一, 对建筑工程当中涉及的所有要素类型、 关系 和属性的数据存储标准进行了定义, 其利用可以具体到实例化的文件。 除此以外, 此要素还可以作为一种开放易读、 面向建筑工程领域的可扩展基础数据格式。 在 目前的BIM 商业软件中, 对于IFC 的支持几乎达到了 100%。随着BIM 技术在铁 路工程中的深入应用, 将IFC 作为铁路工程语义要素扩展的基础十分必要, 所 以在选择扩展时, IFC 具有优先性。 在IFC 的 Schema 语义规则描述基础上进行语义扩展的基础方案是指基于 IFC 实 体的扩展机制。 在这种机制下, 参考的基本内容是铁路 BIM 信息编码, 利用编码 对相应的实体类型和属性集进行性的定义, 就能形成铁路数据的存储标准。 在具 体扩展实施的过程中, 根据铁路工程的各个专业进行划分, 可以从 IFC 既有实 体当中派生定义新的泛型子类。 3 铁路工程要素G I S 语义扩展 在BIM 和GIS 技术的融 合中, 铁路工程要素不仅要进行BIM 的语义扩 展, 也要进 行GIS 的语义扩展。 从 GIS 的视角对铁路工程要素的语义进行扩展, 主要采用的 是利用OGC 进行组织定制的 City GML 三维模型数据存储标准框架, 此框架可以 提供ADE 扩展机制。 这种扩展机制以已有的模块相关实体类型为泛型, 可以对各 实体的类型和属性等进行扩展定义, 进而对实体泛化、 组合的关系进行描述。 通 过这种描述, 以XML 的最终语言实现shema 和实体文件的具体内容。 从目前的分析结果来看, City GML 具有“开放的 ”标准, 所以采用了两种方式 进行Schema 的机制存储语义, 即自建和共享。Schema 机制存储语义和实例数据 文件进行链接, 其中的记录内容也得到解译。与此同时, Schema 机制存储语义 利用用户的扩展和限制等机制来进行自己的应用 Schema 创建。像这样基于底层 的内建扩展便是ADE. 利用ADE 扩展的结果, 用户可以实现其对于应用需求的语 义传递和数据共享的满足。 就目前的应用需要分析, 使用City GML 中的 ADE 机制对自定义的实体类型和属 性进行扩展时, 会出现室内导航、 城市噪声模拟等案例。 将这些 ADE 扩展应用的 实例作为参考进行分析, 可以对铁路工程信息模型中的实体类型以及属性和彼 此间的 关系进行定义, 进而实现对铁路工程建设的信息化方案确定。 例如, 对交通运输模块中的实体虚类-交通对象进行派生, 可以产生两个实体类 别, 即交通区段和交通构件;继续对其进行派生, 还可以产生子类轨道区段和轨 道构件。 这些子类继承了父类间的组合关系, 和前者也产生了组合关系。 简言之, 通过派生和组合, 各类轨道构建类型会形成具有完整性的语义描述架构。 在具体 的分析中发现, 利用外部参照的方式还可以将子类构建的几何要素建立起一定 的关联关系, 进而表达几何信息。 4 铁路车站信息模型 跨平台集成 在铁路信息化建设过程中, BIM 技术和GISA 技术的融合不仅要体现在标准的制 定、 语义的传递以及 格式的转换方面, 更多地还要在软件平台对信息模型的处理 分析和实际应用方面加以体现。 就目前的情况分析来看, 要满足三维信息模型的 建模以及编修等基本要求, BIM 与GIS 已经具备了较为强大的功能。但是在数据 结构的组织以及信息表达和传递方面, 二者存在明显差异, 所以在数据模型的 跨平台操作中存在诸多困难。 除此以外, 国内外关于 GIS 和BIM 融合技术的研究 还比较基础, 在铁路建设方面的应用并不多见, 所以在我国信息化铁路建设的 过程中, GIS 和BIM 融合技术的实例参考较少。 从现实分析来看, BIM 和GIS 信息模型在存储和表达方面存在着比较大的差异, 而这种差异导致了商业软件平台的数据接口仅仅能够对自身的模型数据进行支 持。 为了在实际操作中提升 BIM 模型在GIS 平台上的可用性, 以既有铁路车站三 维信息模型为数据基础, 这样可以构建较为可行的数据格式转换方案。 在将BIM 在GIS 平台上 进行操作的试验中, 利用3DMax 进行入驻处理, 可以实现 模型的轻量化、 贴图编辑以及要素坐标系的三不处理操作。 通过这个操作, 最终 可以导出Direct X 文件, BIM 车站模型的跨 GIS 平台集成操作可以实现。 从铁路车站模型跨平台集成系统的外观来看, 利用3DMax 可以对构建的纹理贴 图方式进行重新指定。 在指定的过程中, 因为存在着人为因素的干预, 所以模型 的颜色和贴图会发生比较明显的改变, 导致部分构件透明效果丢失。利用 FME 提供的自动转换格式进行转换功能的实施, 因为没有了人为因素的干预, 所以 构件颜色的透明度和完整性都得到了较好的保持。 从语义和属性传递交换的方面 来看, 在将 fbx 转换成 Direct X 文件的过程中, 输出文件会采用自动构件的名字和ID 相组合的命名方式。这种命名方式能够在一定程度上反映构件的类型语 义, 但一个突出的弊端是会造成继承、关联等信息的丢失。 总而言之, 利用BIM 和GIS 在信息模型方面的转换实现BIM 信息模型在GIS 平台 上的操作, 可以实现两种技术利用的融合, 这对于信息化铁路的建设发展具有 重要的实践意义。 5 结语 社会经济的快速发展对包括铁路在内的现代交通运输提出了新的要求。BIM 技术 和GIS 技术在铁路信息化建设中具有重要作用, 实现二者的融合利用可以实现 技术互补。 因此, 在工程要素的 BIM 语义扩展 和GIS 的语义扩展的基础上, 探讨 铁路车站信息模型跨平台集成操作具有重要的现实意义。 参考文献 [1] 范登科.BIM 与GIS 融合技术在铁路信息化建设中的研究[J].铁道工程学报, 2016, 33 (10) . [2] 陆如霞, 豆娟娟.BIM 与深度图像融合技术在古建筑保护中的应用研究[J]. 江西建材, 2017, (12) . [3] 孟勇, 白磊, 卢丹, 等.神朔铁路工务生产数据可视化系统研究与实现[J]. 武汉理工大学学报 (信息与管理工程版) , 2017, 39 (3) . [4] 马海军, 祝晓红.BIM+GIS 融合技 术在铁 路 施工企业 数字化 管理中 的应用[J]. 通信电源技术, 2017, 34 (3) . [5] 闵世平, 赵亮亮.三维 GIS 技术在铁路全生命周期中的应用探讨[J]. 铁道工 程学报, 2014, 31 (10) . [6] 潘东亮.云计算在包 神铁路信息化建设中的应用探讨[J].科技创新导报, 2014, 11 (30) . [7] 范登科, 韩祖杰, 李华良, 等.面向铁路信息化建设的BIM 与GIS 融合标准与 技术研究[J].铁路技术创新, 2015, (3) . [8] 陈琳.铁路施工企 业 ERP 技术应用思考[J]. 通信电源技术, 2015, 32 (6) .
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