城市地下管線三維快速建模技術研究及應用

羅凌燕，賀軍政，李育東

(深圳市勘察測繪院有限公司，廣東深圳518028)

城市地下管線三維快速建模技術研究及應用

羅凌燕，賀軍政，李育東

(深圳市勘察測繪院有限公司，廣東深圳518028)

隨著城市建設的日新月異，地下管線空間分布越來越復雜，地下管線探測成果的二維圖形已無法表達管線之間的復雜空間關系，而三維管線的直觀明了正好可以彌補二維成果的不足。在此背景下，提出在AutoCAD平臺下利用其自身的三維模塊，通過二次開發進行三維地下管線快速建模研究。并將開發成果應用于地鐵建設工程，取得較好的實用效果。

三維快速建模;地下管線;AutoCAD;二次開發

一、引 言

地下管線是城市地下的重要工程建筑物，是保證城市順暢運行的生命線。隨著城市建設的日新月異，地下管線的空間分布越來越復雜，二維地下管線探測圖形成果已無法表達管線之間的復雜的空間層次關系，特別是對于地下空間上下垂直分布管線，在平面圖上只能以一個點或重疊線或相交線及相應注記來表示，從而失去了其在地下的真實位置，造成施工設計上的錯覺。而三維管線的直觀、明了即可以解決這個問題，因此對地下管線探測成果的三維顯示研究已勢在必行。

二、地下管線三維建模研究現狀

三維建模的手段很多，比較成熟的軟件及專業模塊也較多，如3ds Max，Pro/Engineer、UG、Solidworks、CAXA等，對于形狀復雜的實體構建、設計效果也非常好，但是成本較高，且不容易掌握，對地下管線探測適用性不高。地下管線探測成果的三維顯示主要用于檢查成果質量，以提高作業精度，對于細節的處理要求不如設計高，其主要功能是二維平面結果的快速轉化及復雜管線的空間立體顯示。針對地下管線探測作業的特殊性，選擇工程技術人員普遍使用的AutoCAD自身的三維模塊進行二次開發，可以快速實現管線的三維建模并取得較好的效果。

三、地下管線三維快速建模

1.地下管線三維數據建庫

根據規程，管線探測應現場查明各種地下管線的敷設狀況即管線在地面上的投影位置和埋深，實地探查的項目如表1所示。

表1 地下管線實地調查項目表

圖1 地下管線三維數據庫表結構圖

2.地下管線三維實體簡化

通過對數據表的分析發現，地下管線三維建模并不需要太多細節，而且模型相對比較規則，因此在CAD平臺下即可實現地下管線三維實體簡化并快速建模。

建模過程主要包括管點建模和管線建模。

1)管點建模數據：管點的三維坐標、附屬物、井深、井徑。根據實地調查經驗，管點建模主要對明顯點的圓形井和方形井的建模，相應實體為圓柱體和長方體。

2)管線建模：管線起點和終點的三維坐標和埋深，管段的尺寸大小，管段的埋設方式。管線建模主要是對圓形管道、方形管塊、方形管溝的建模，相應實體為圓柱體和長方體。

3.地下管線三維實體實現

地下管線三維建模的核心是要真實反映地下管線在空間的位置，在AutoCAD中繪制二維管線圖非常方便，若在AutoCAD里繪制三維管道，則只能在XOY平面上繪制管道的斷面圖，然后進行拉伸。這也是AutoCAD三維建模的局限性，但并不影響對地下管線三維圖形的開發。若要得到與XOY平面成任意角度的結果，可先拉伸出管道，然后通過旋轉、平移等3步將管道旋轉到實際位置，實現二維到三維的快速轉化。

1)繞X軸逆時針旋轉(θ－π/2)至ZOY平面(如圖2所示)。

探測完成后應對地下管線數據進行建庫，以便管理和應用。根據筆者所在公司自行研發的易管網數據處理系統，其數據庫主要包括管點和管線兩張表，設計視圖如圖1所示。

圖2

2)繞Z軸逆時針旋轉γ至與原位置平行(如圖3所示)。

圖3

3)從原點平移至原位置(如圖4所示)。

圖4

通過3步變換即可將垂直于XOY平面的三維實體還原到三維空間的實際位置。

設P1、P2兩點的三維坐標分別為(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)，則

四、地下管線三維快速建模技術的應用

根據地下管線三維建模原理，通過C#對Auto-CAD的二次開發即可快速實現二維地下管線成果到三維的轉化。運行界面如圖5所示。

圖5 地下管線三維快速建模程序應用界面

通過對深圳市軌道交通6號線地下管線探測工程約80 km綜合管線的應用，二維圖與三維圖的生成時間對比如圖6所示。圖6(a)為三維管線，形成時間54 s;圖6(b)為二維平面管線，形成時間44 s，與二維管線形成時間相差僅10 s，效果令人滿意，真正實現了快速轉換。

圖6 二維與三維圖形生成時間對比圖

通過二維與三維對比檢查(如圖7所示)可以發現，野外作業中管線是否碰觸，空間分布是否合理，都影響著野外作業和成果數據的質量。

圖7 二維與三維對比檢查圖

五、結束語

本文以AutoCAD為圖形處理平臺，采用C#語言對CAD自身的三維模塊進行二次開發，得到三維管線快速建模程序。使綜合管線探測的二維和三維成果在CAD系統里得到了充分的結合，實現了從二維成果到三維成果的快速轉化，兩者相得益彰，使地下管線探測成果更真實準確地反映地下管線的空間和平面分布，從而給管道鋪設在設計和施工帶來了很大的方便。本研究成果不僅對管線成果檢查具有普遍意義，而且還是對探測成果的有效補充。目前，本研究的設計方案已經在地鐵建設工程管線詳查中得到了應用，并取得了較好的實用效果。

地下管線三維建模的手段很多，本文只是在工程領域普遍熟悉的AutoCAD平臺下進行開發，簡單、易用，對硬件要求低，大大提高了所建模型在工程案例中的實用性。由于AutoCAD平臺自身三維功能的限制，在畫面的細節及美觀性方面有所不足，有待在以后的研究中作進一步改進。

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Research and Application of 3D Fast Modeling Technology for Underground Pipeline in City

LUO Lingyan，HE Junzheng，LI Yudong

0494-0911(2012)09-0087-03

P208

B

2011-09-05

羅凌燕(1982—)，女，湖南祁東人，工程師，主要從事工程測量、地下管線及GIS開發等工作。