[發明專利]基于3DGIS和BIM技術的鐵路系桿拱橋施工仿真系統和方法

在審

• 申請號: 201811501373.1
• 申請日: 2018-12-10
• 公開（公告）號: CN109783851A
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 趙文;韓祖杰;劉小龍;劉思明;宋樹峰;黃漪;張恒;王華;寧新穩;范登科
• 申請（專利權）人: 中國鐵路設計集團有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06T17/05;G06T19/20;G06T13/20
• 代理公司: 天津創智天誠知識產權代理事務所(普通合伙) 12214
• 代理人: 陳昌娟

本發明公開了一種基于3DGIS和BIM技術的鐵路系桿拱橋施工仿真系統，包括：BIM模型轉換模塊、3DGIS數據集成模塊、視圖控制模塊、數據導入導出模塊、對象添加模塊、量測查詢模塊、虛擬施工工具模塊、演示工具模塊。本發明還公開了利用該系統進行仿真的方法，可實現在3DGIS系統中構建虛擬場景并進行施工現場地形地貌和安全風險信息查詢、施工過程中的工序工藝虛擬仿真，及時發現存在問題，提高溝通效率，可顯著提高鐵路系桿拱橋施工組織和安全管理質量。該方法在開展鐵路BIM設計、3DGIS建設管理信息化系統建設的前提下，可有效利用勘測資料、BIM設計成果，實現與信息化系統的集成，大幅降低施工仿真的難度和成本。

技術領域

本發明屬于鐵路橋梁建筑施工仿真技術領域，具體涉及一種基于3DGIS和BIM技術的鐵路系桿拱橋施工仿真系統和方法。

技術背景：

系桿拱橋是一種梁拱組合體系橋，因其結構性能優越、跨越能力大、結構體系靈活、施工對交通干擾小等特點，主要應用于鐵路小角度斜交跨越城市主干道、高速公路等。其最大特點和難點是施工現場環境復雜多變、安全風險高、施工組織難度大。

而在當前系桿拱橋建設過程中，參照二維圖紙和文檔形式的施工方案不能直觀展示橋梁施工過程，難以向工程相關各方就現場環境和設計情況、施工組織情況、施工重難點進行詳實的闡述和說明，降低了溝通效率，影響工程進度，無法及時發現施工安全隱患。

鐵路建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)技術的研究和應用在當前階段主要解決三維設計、協同管理、數字化加工等問題，在構建工程現場地理環境模型、集成管理、施工仿真三維動畫方面具有一定局限性，在鐵路橋梁施工仿真中應用成本高、難度大。

基于三維建模和影視動畫技術的橋梁施工仿真是當前主要采用的方法，但是由于其工程人員參與度低、成果復用性低、成本高、與信息化系統無法集成，在當前鐵路全生命周期和信息化管理的大趨勢下，實用性不高。

發明內容：

本發明的一個目的是提供一種可有效利用BIM設計模型和3DGIS數據，能與鐵路信息化管理系統集成、成本較低的基于3DGIS和BIM技術的鐵路系桿拱橋施工仿真系統。

本發明的另一目的是提供一種利用上述系統進行鐵路系桿拱橋施工仿真的方法。

為此，本發明的技術方案如下：

一種基于3DGIS和BIM技術的鐵路系桿拱橋施工仿真系統，其特征在于，包括BIM模型轉換模塊、3DGIS數據集成模塊、視圖控制模塊、數據導入導出模塊、對象添加模塊、量測查詢模塊、虛擬施工工具模塊和演示工具模塊、成果輸出模塊，所述BIM模型轉換模塊用于BIM模型數據處理；所述3DGIS數據集成模塊用于在WGS84大地坐標系下整合三維地理環境模型、工程BIM模型、文字圖形標注、地理信息矢量圖層、設計與施工深化方案圖，構建三維可視化虛擬場景，通過數據服務或本地部署的方式進行數據訪問；所述視圖控制模塊用于三維瀏覽和視角控制；所述數據導入導出模塊用于數據導入和數據導出；所述對象添加模塊用于文字標注、圖形繪制和添加工程機械模型；所述量測查詢模塊用于距離量測標注、面積量測、土方計算、線路里程查詢、坐標定位和模型屬性查詢；所述虛擬施工工具模塊用場平創建、塔吊作業動態模擬、汽車吊吊裝作業動態模擬和模型4D動畫編排；所述演示工具模塊用于編排施工過程演示動畫；所述成果輸出模塊用于圖片視頻成果的輸出、數據打包和網絡發布。

上述BIM模型數據預處理包括將不同建模軟件導出的BIM模型轉換成3DGIS軟件支持的格式，精確計算模型在WGS84大地坐標系下的位置、姿態和縮放系數，消除各類模型變形。

上述數據導入包括在施工坐標系下shape、dxf、圖像、Excel表格、文本格式數據的導入，自動完成向WGS84大地坐標的轉換，實現高精度的數據整合；所述數據導出包括導出所繪的圖形和文字注記、自動完成向施工坐標系轉換，實現成果的導出和復用。