基于Revit的鐵路線路三維信息平臺開發

基于Autodesk Revit軟件開發了鐵路線路三維信息平臺，利用線路平面、縱斷面等資料生成線路中心線，進而構建線路三維空間模型，將各種構筑物族按照線路設計里程進行布設，完成線路三維信息平臺開發。所搭建的鐵路線路三維信息平臺可反映鐵路設計、建造、運維等全生命周期內的各類工程信息，實現BIM技術各專業協同設計及覆蓋全生命周期的特性。

鐵路線路三維信息平臺開發

鐵路線路設計平、縱斷面是鐵路建造的基礎資料，其決定了各種構筑物(如路基、橋梁、隧道等)的具體空間位置。目前鐵路線路設計成果大多采用二維成果，同時以郵件、會議等形式來完成與各專業的協同工作。

從理論上講，單純采用二維圖紙來描述鐵路三維空間位置并不合理，無法實現所見即所得，同時還帶來各專業間信息溝通不暢。BIM技術可應用于線路空間信息、工程結構實體、功能特征信息等的數字化表達，為勘察、設計、施工、運營和維護等多部門提供有效的數據基礎平臺，進而完成設計、建造及運維的可追溯閉環管理。通過搭建鐵路線路三維信息平臺，既可提升線路設計效率和質量，還可為建造及后期運維等提供信息平臺。

平臺簡介

鐵路線路三維信息平臺主要包含三部分：線路中心線、三維可視化模型和三維信息平臺。

首先，由線路平、縱斷面圖紙等資料確定線路中心線三維空間線形，將其作為平臺搭建立體空間模型的基礎。其次是三維可視化模型，通過構建沿線路里程分布的不同構筑物三維模型，包括軌道、路基、橋梁、隧道、站場、通信、信號、機輛及其他設備設施等，完成三維信息平臺可視化的要求，從而得到完整直觀的三維空間實體模型。在三維可視化模型的基礎上，賦予線路設計、施工、運維各階段所需要的不同信息，包含幾何屬性、工程實體特征、工程管理信息、監測維護數據等，最終生成鐵路線路三維信息平臺。

基于BIM技術的線路三維信息平臺覆蓋了鐵路設計、施工和運維的全生命周期，利用數字化、智能化、信息化技術可以在平臺上實現各種鐵路構筑物數據模型的過渡與銜接。在設計階段基于線路三維空間模型可實現各專業的協同設計，從而避免信息溝通不暢，有效提高工程設計質量。在施工階段，BIM技術包含豐富的施工信息，可應用于工程量核算、施工進度可視化、施工組織安排等，對保證工期、節約成本意義重大，也為數字化建造提供了基礎。運維階段是BIM技術收益最大的階段，可用于設備管理、養護維修等。在線路三維信息平臺應用中，要處理好設計、施工階段所產生的數據、信息向運維階段的移交和運用。

開發平臺選擇

當前常用的BIM建模軟件主要有Autodesk、Bentley、Dassault等幾家公司的相關軟件。對于線路線形建模，常用的軟件有Autodesk公司的Civil3D及Bentley公司的PowerCivil，二者均具有面向鐵路、道路等基礎設施設計的特性，且對線形三維曲線、隧道帶狀模型支持能力強。與PowerCivil的輕量化處理能力相比，Civil3D在模型輕量化處理方面相對較差，且數據量過大會導致軟件運行遲緩，這也使得PowerCivil更適用于線路較長的鐵路工程。

對于實體構筑物建模而言，Dassault 公司的CATIA雖在復雜結構建模方面優勢顯著，但其操作復雜且價格昂貴，造成學習成本較高， 不易推廣普及。與CATIA相比，Dassault公司的Solidworks和Autodesk公司的Revit操作相對簡單，在我國本土化應用方面較好。

在建模能力方面，Revit較Solidworks更為強大。另外，Revit具有參數化、族庫豐富、信息集成等諸多優點，在參數化建模、多專業配合方面擁有事半功倍的優勢。根據鐵路線路特點及三維信息平臺開發要求，利用Bentley公司的PowerCivil完成三維空間線形模型，在此基礎上以Autodesk公司的Revit開發鐵路線路BIM信息平臺。

開發設計流程

鐵路線路三維信息平臺開發流程如下。

①確定工程信息：獲取搭建平臺所需的工程基本信息，包括線路平面和縱斷面圖紙、各種構筑物圖紙等設計資料。

②建立線路中心線三維線形：利用平面和縱斷面圖紙等資料在PowerCivil中繪制線路中心線三維線形，并將其導入到Revit模型中，用于后續建模。

③建立三維構筑物族：利用構筑物設計資料中的尺寸信息，在Revit中建立各類構筑物的三維模型，通過自適應族建立三維族庫，為后續模型搭建做準備。

④沿三維線路中心線布設各類構筑物：根據各類構筑物沿線位置，利用Dynamo命令將三維構筑物族沿線路里程布設，搭建完整的線路三維模型。

⑤建立線路三維信息平臺：利用Revit平臺各族的信息提取與更新功能，為鐵路工程項目提供覆蓋全生命周期的信息支持。

工程設計案例

工程概況

以某區間鐵路線路三維信息平臺為例來說明開發過程。所選線路區間里程為K0+000~K18+600，共計18. 6 km，包括車站3座。該段線路所經區域地勢起伏較大且水域豐富，涉及多條河流及一座水庫。為避開相關水域，平面設計時設置了3 處曲線。

同時，結合地形特征縱斷面采用多種敷設方式，包含路基2段，共計4. 7 km; 橋梁5座， 共計6. 8km; 隧道2座， 共計5. 3 km。因此，在BIM 建模中需要生成含平面曲線的三維中心線空間線形，并沿三維線形布置不同構筑物族庫，這也是本項目信息平臺開發中的難點。

生成線路中心線

利用Bentley公司的PowerCivil，結合所建區間線路的平、縱斷面圖紙生成線路中心線三維線形。下圖為Bentley公司PowerCivil的操作界面，其具有強大的繪圖與線路設計功能，是一款針對交通線路專業的BIM軟件。

線路平面可以通過在參考工具中直接導入線路平面CAD文件或是運用PowerCivil平面幾何工具進行繪制，再將其添加到視圖中。線路縱斷面可以通過縱面幾何工具，依據樁號、高程、坡度、豎曲線等元素繪制縱斷面設計線形。下圖展示了利用PowerCivil創建的線路平、縱斷面線形，這為后續生成線路中心線三維線形提供了基礎。

利用PowerCivil創建完線路平、縱斷面線形后，再利用廊道模型工具欄中的創建廊道工具將平、縱斷面線形結合起來生成廊道線形。而后將廊道線形通過PowerCivil導出為三維線形，即為線路中心線三維線形�？蓪⑵鋵С鰹閐wg格式文件，利用AutodeskCAD打開該文件，即得到線路中心線三維線形。

三維建模

首先在Revit中建立項目所需的族庫，通過將dwg格式的二維設計圖紙導入Revit中建立各種構筑物的族，如路基族、橋梁族、隧道族等，將其作為線路上各構筑物的三維模型基礎元件。而后通過建立自適應族將構筑物元件布設在線路上，即在族內插入自適應點，使構筑物族隨自適應點自由移動。當自適應點移動到分割好的線路路徑上時，便自動捕捉路徑上的控制點，進而將構筑物族放置到線路上進行拼接，得到完整的構筑物模型。

以曲線段隧道構筑物的創建為例進行說明。采用Revit自帶的開源可視化編程平臺Dynamo將構建好的隧道族布設在線路上。通過在Dynamo工作空間內創建一系列節點指令，利用其參數化建模優勢來完成隧道族部件的布設工作。

首先在Revit中選擇線路中心線三維模型，獲取隧道區段對應的曲線，再以等距離長度在曲線上劃出一定數量的點，利用新劃分的點將曲線分割成一系列新的短曲線。通過獲取短曲線的起點和終點，將其坐標列于坐標列表中，再根據每段曲線的坐標點放置隧道族，便得到隧道構筑物模型。

需要注意的是，由于曲線地段存在超高，導致線路中心線和隧道中心線存在一定偏差，在布設隧道族時同樣需要考慮超高的影響。同樣，將路基、橋梁等各類構筑物在Revit中沿線路中心線三維線形進行布設，可得到完整的線路三維信息平臺。

平臺功能演示

鐵路線路三維信息平臺具有覆蓋項目全生命周期信息的功能。利用Revit平臺中視圖選項下的明細表工具，既可以提取項目所有構件的清單列表，還能對所需信息進行修改和統計。在設計階段(即三維信息模型建立初期)可通過屬性編輯器定義各構件的初始屬性及信息。在完成全部線路三維模型后，通過選擇統計對象并創建明細表，可以生成同一種構件的完整統計明細。

從初步設計到施工圖設計階段，由于設計條件發生變化，可能導致構筑物信息更改，如調整橋跨設置等，這些變化都可以在三維信息平臺中完成。

同樣，在后續的施工、運維階段，可建立構件基本信息動態鏈接庫，一旦構件信息發生變化，便可在三維信息平臺中自動更改，從而實現構筑物全生命周期信息跟蹤的動態管理。

結論與展望

智能高鐵是我國高速鐵路發展的趨勢，符合交通強國建設戰略。BIM技術融合智能化、信息化等手段，可實現鐵路項目的全生命周期管理，有效支撐我國智能高鐵建設。在利用PowerCivil得到線路中心線三維線形的基礎上，運用Autodesk Revit建立了鐵路線路三維信息平臺，對線路構筑物三維建模、工程信息提取等提供了一種可行的解決方案，為鐵路項目在設計、施工、運維各階段實現信息化管理搭建可操作的平臺基礎，具有一定的實用性和參考價值。同時，在三維信息平臺基礎上，通過對各構筑物族庫及其信息進行二次開發，可進一步豐富平臺功能，實現多專業協調互通，有效提升管理水平和工作效率。