[發(fā)明專(zhuān)利]基于3DGIS和BIM技術(shù)的鐵路系桿拱橋施工仿真系統(tǒng)和方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811501373.1
• 申請(qǐng)日: 2018-12-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109783851A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙文;韓祖杰;劉小龍;劉思明;宋樹(shù)峰;黃漪;張恒;王華;寧新穩(wěn);范登科
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G06F17/50
• 分類(lèi)號(hào): G06F17/50;G06T17/05;G06T19/20;G06T13/20
• 代理公司: 天津創(chuàng)智天誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12214
• 代理人: 陳昌娟

1.一種基于3DGIS和BIM技術(shù)的鐵路系桿拱橋施工仿真系統(tǒng)，其特征在于，包括BIM模型轉(zhuǎn)換模塊、3DGIS數(shù)據(jù)集成模塊、視圖控制模塊、數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出模塊、對(duì)象添加模塊、量測(cè)查詢(xún)模塊、虛擬施工工具模塊、演示工具模塊和成果輸出模塊，

所述BIM模型轉(zhuǎn)換模塊用于BIM模型數(shù)據(jù)處理；

所述3DGIS數(shù)據(jù)集成模塊用于在WGS84大地坐標(biāo)系下整合三維地理環(huán)境模型、工程BIM模型、文字圖形標(biāo)注、地理信息矢量圖層、設(shè)計(jì)與施工深化方案圖，構(gòu)建三維可視化虛擬場(chǎng)景，通過(guò)數(shù)據(jù)服務(wù)或本地部署的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問(wèn)；

所述視圖控制模塊用于三維瀏覽和視角控制；

所述數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出模塊用于數(shù)據(jù)導(dǎo)入和數(shù)據(jù)導(dǎo)出；

所述對(duì)象添加模塊用于文字標(biāo)注、圖形繪制和添加工程機(jī)械模型；

所述量測(cè)查詢(xún)模塊用于距離量測(cè)標(biāo)注、面積量測(cè)、土方計(jì)算、線路里程查詢(xún)、坐標(biāo)定位和模型屬性查詢(xún)；

所述虛擬施工工具模塊用場(chǎng)平創(chuàng)建、塔吊作業(yè)動(dòng)態(tài)模擬、汽車(chē)吊吊裝作業(yè)動(dòng)態(tài)模擬和模型4D動(dòng)畫(huà)編排；

所述演示工具模塊用于編排施工過(guò)程演示動(dòng)畫(huà)，

所述成果輸出模塊用于圖片視頻成果的輸出、數(shù)據(jù)打包和網(wǎng)絡(luò)發(fā)布。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路系桿拱橋施工仿真方法，其特征在于：所述BIM模型數(shù)據(jù)預(yù)處理包括將不同建模軟件導(dǎo)出的BIM模型轉(zhuǎn)換成3DGIS軟件支持的格式，精確計(jì)算模型在WGS84大地坐標(biāo)系下的位置、姿態(tài)和縮放系數(shù)，消除各類(lèi)模型變形。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路系桿拱橋施工仿真方法，其特征在于：所述數(shù)據(jù)導(dǎo)入包括在施工坐標(biāo)系下shape、dxf、圖像、Excel表格、文本格式數(shù)據(jù)的導(dǎo)入，自動(dòng)完成向WGS84大地坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)高精度的數(shù)據(jù)整合；所述數(shù)據(jù)導(dǎo)出包括導(dǎo)出所繪的圖形和文字注記、自動(dòng)完成向施工坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)成果的導(dǎo)出和復(fù)用。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路系桿拱橋施工仿真方法，其特征在于：所述工程機(jī)械模型包括塔吊模型、汽車(chē)吊模型，該模型具有動(dòng)畫(huà)關(guān)節(jié)，支持作業(yè)模擬操作，模型庫(kù)支持?jǐn)U展。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路系桿拱橋施工仿真方法，其特征在于：所述虛擬施工工具模塊中的場(chǎng)平創(chuàng)建包括根據(jù)任意多邊形和高程自動(dòng)創(chuàng)建場(chǎng)平并刷坡，用于創(chuàng)建橋墩挖井基礎(chǔ)模型；所述塔吊作業(yè)動(dòng)態(tài)模擬包括任意調(diào)節(jié)塔吊高度、自動(dòng)計(jì)算作業(yè)范圍、在指定作業(yè)范圍內(nèi)自由擺動(dòng)作業(yè)；所述汽車(chē)吊吊裝作業(yè)動(dòng)態(tài)模擬包括通過(guò)用戶(hù)的編輯和吊車(chē)模擬操作，完成多個(gè)物體的吊裝，記錄全部動(dòng)作并保存；所述虛擬施工工具模塊中的模型4D動(dòng)畫(huà)編排包括通過(guò)時(shí)間序列編排工具，為每一個(gè)模型、圖形、注記等賦予生命周期，通過(guò)時(shí)間軸控制對(duì)象的顯示與隱藏。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路系桿拱橋施工仿真方法，其特征在于：所述編排施工過(guò)程演示動(dòng)畫(huà)為使用權(quán)利要求1-5中所述工具的組合應(yīng)用，根據(jù)系拱橋施工組織方案編制完整的施工過(guò)程動(dòng)畫(huà)并記錄保存，能夠編輯和重復(fù)播放，施工過(guò)程動(dòng)畫(huà)包含周邊環(huán)境、設(shè)計(jì)概況、施工場(chǎng)地布置、交通導(dǎo)改方案、下部工程施工工序、梁部工程施工工序、拱部結(jié)構(gòu)施工工序和進(jìn)度計(jì)劃。

7.一種采用權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的基于3DGIS和BIM技術(shù)的鐵路系桿拱橋施工仿真系統(tǒng)進(jìn)行鐵路系桿拱橋施工仿真的方法，其特征在于包括以下步驟：

第一步，使用所述3DGIS數(shù)據(jù)集成模塊實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一大地坐標(biāo)系：搜集設(shè)計(jì)和施工采用的施工坐標(biāo)系設(shè)計(jì)參數(shù)，獲得施工坐標(biāo)系與WGS84大地坐標(biāo)系之間精確的轉(zhuǎn)換參數(shù)；

第二步，使用所述3DGIS數(shù)據(jù)集成模塊搭建三維地理場(chǎng)景：搜集勘察設(shè)計(jì)、工程管理過(guò)程中既有的DOM、DEM資料、無(wú)人機(jī)視頻資料，經(jīng)過(guò)攝影測(cè)量數(shù)據(jù)處理、坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，建立基于WGS84橢球坐標(biāo)系的三維地理場(chǎng)景；

第三步，使用所述BIM模型轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行BIM設(shè)計(jì)模型數(shù)據(jù)處理：(1)搜集BIM設(shè)計(jì)模型，根據(jù)鐵路系桿拱橋施工工序，首先將BIM模型分解為下部結(jié)構(gòu)、梁部結(jié)構(gòu)、拱部結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)最小施工單元進(jìn)一步分解構(gòu)件；(2)將分解后的構(gòu)件分別導(dǎo)出為.x格式，同時(shí)記錄構(gòu)件在BIM模型坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值、BIM建模坐標(biāo)系參數(shù)，對(duì)構(gòu)件模型進(jìn)行輕量化處理、烘培，經(jīng)坐標(biāo)系批量轉(zhuǎn)換導(dǎo)入到三維地理場(chǎng)景中；圖4中左側(cè)目錄樹(shù)所示為橋梁BIM設(shè)計(jì)模型分解結(jié)構(gòu)，右側(cè)視圖所示為BIM模型經(jīng)處理后倒入到三維地理場(chǎng)景中的效果。

第四步，使用所述3DGIS數(shù)據(jù)集成模塊進(jìn)行工程輔助模型建模與處理：使用Revit、Tekla、3dmax等BIM設(shè)計(jì)和建模軟件建立鋼筋、模板、梁部施工支架、拱肋施工支架模型，采用上述第三步中步驟(2)的處理方法導(dǎo)入到三維地理場(chǎng)景中；

第五步，使用所述數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出模塊進(jìn)行交通導(dǎo)流方案制作：將交通導(dǎo)流平面圖導(dǎo)入到三維地理場(chǎng)景中，或者根據(jù)示意圖在三維場(chǎng)景中重新繪制交通導(dǎo)流方案；

第六步，使用所述對(duì)象添加模塊添加施工對(duì)象：根據(jù)施工組織方案，在正確的位置添加場(chǎng)地平整、橋墩基礎(chǔ)開(kāi)挖和汽車(chē)吊。

第七步，使用所述對(duì)象添加模塊添加文字和圖形標(biāo)注：在三維場(chǎng)景中對(duì)重點(diǎn)部位添加幾何尺寸、距離、文字說(shuō)明和圖形標(biāo)注，用于介紹施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、設(shè)計(jì)概況、施工風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)及重難點(diǎn)；

第八步，使用所述虛擬施工工具模塊進(jìn)行對(duì)象時(shí)間屬性賦值：根據(jù)施工工序和施組進(jìn)度計(jì)劃，對(duì)場(chǎng)景中所有模型、圖形、標(biāo)注進(jìn)行時(shí)間屬性賦值，制作4D工序動(dòng)畫(huà)；

第九步，使用虛擬施工工具、演示工具模塊編排作業(yè)動(dòng)畫(huà)：進(jìn)行汽車(chē)吊吊裝作業(yè)模擬、構(gòu)件運(yùn)輸模擬、添加漫游路線，使用演示工具制作復(fù)雜的工藝動(dòng)畫(huà)。

第十步，使用成果輸出模塊將成果發(fā)布到信息化管理平臺(tái)：保存工程文件，在基于3DGIS的鐵路建設(shè)信息化管理平臺(tái)發(fā)布，成果在瀏覽器端直接瀏覽播放。

第十一步，使用成果輸出模塊制作視頻短片：輸出三維效果圖和視頻片段，用于虛擬施工視頻制作的素材，制作視頻短片。