城市地下管線三維快速建模技術研究及應用

葉輔成

摘 要：隨著我國城市化建設步伐的逐漸增快，地下管線的分布愈發繁雜，原有的二維圖形已經幾乎不能呈現各個管線分布的實際情況，而通過二維向三維的不斷發展與延伸，不僅可以有效改善二維圖形中存在的缺陷與問題，還能通過三維模塊的應用，對城市地下管線展開詳細的分析與研發，并且將最終研發的結果應用于我國地下工程建設中，已經初步取得了較好的成績和效用。

關鍵詞：地下管線 三維建模 核心技術 研究應用

地下管線不僅是城市地下最為關鍵的工程建筑，還是確保城市正常運行的重要基礎。隨著我國城市化建設的快速發展，地下管線空間的分布也愈發復雜，原有的二維圖形技術已經無法滿足呈現出地下管線空間分布的復雜情況與關系，尤其是對地下空間縱向管線分布的表達更為困難。二維圖形技術所呈現出的圖形多為平面圖，這種技術通常只能將某個點或者是某個重疊線，相交線以及特定的標注作為其表達方式，因此也就無法落實地下管線的具體位置，對施工設計造成一定的影響。反觀三維建模技術便可以充分解決這一現象與問題，更直觀的為人們呈現出地下管線的具體位置和實際情況，所以三維建模技術的廣泛應用已是必然趨勢。

1.城市地下管線三維快速建模的相關研究

現階段三維建模的方式多種多樣，相對較為完善的軟件以及相關模塊也相對較多，比如Pro / Engineer，Solidworks，3ds Max，CAXA以及UG等應用都十分廣泛，其雖然針對形狀較為繁雜的模型設計和相關構建的應用效果較為良好，但是其應用價格相對較高，并且由于其具有一定的復雜性和困難性，因此對城市地下管線的實際探測的可適用性相對較低。通常城市地下管線探測最終的三維模型主要是用于對地下管線的質量檢查，便于提升施工作業的準確度和精細度，其中多數設計要求會高于細節處理的標準需求，其主要作用就是落實從二維平面到三維快速建模的轉化以及對繁雜地下管線空間分布的具體呈現。由于城市地下管線在實際探測中具有一定的特殊性，因此大部分技術者會合理運用AutoCAD軟件中的三維模塊對二維平面展開進一步開發，從而達到三維快速建模的目的，并提升實際效果。

2.三維建模技術

現階段地下管線三維建模技術應用極為繁雜，以下將對部分技術展開簡略分析。

2.1高精度自動化建模技術

現階段地下管線三維建模主要是將各個管線普查數據作為其三維建模基礎，通常管線普查數據是由多個管線段以及管點所構成，具有對象多，數據信息量大等特性，通常地下管線最終的三維模型會在許多工程項目中廣泛應用。由于三維立體模型對于細節質量和精細度的需求標準相對較高，現階段無論是純手動或是半自動的三維建模技術雖然都能夠達到標準需求，但是存在建模周期長，造價高以及效率低等多種問題缺陷，而高精度自動化建模技術便可以極大程度的改善這一問題，并且已經逐漸成為地下管線三維建模技術的主要技術之一。

2.2局部三維模型快速更新技術

隨著我國社會城市化建設發展的逐漸增快，地下管線工程項目也逐漸增多，原有的手動三維更新技術以及技術整體更新覆蓋已經無法滿足當前地下管道三維建模技術的使用和管理了。隨著現代信息技術的快速發展，計算機各個軟硬件、系統以及三維可視化現代技術的逐漸完善，地下管線局部三維模型快速更新技術已經逐漸變成三維模型更新的高效方式之一，并已經取得了初步成果。

2.3地面上下三維模型無間隙集成技術

當前若想更好的應用和呈現出更好的三維模型，不但需要對地下管線空間分布進行充分的了解，地面上三維模型的建造也極為重要。由于現階段城市地上三維模型建模數據的精確度，建模方式以及模型精細度和準確度都與地下管線三維建模的條件要求有所區別，而這些因素對城市地下管線模型的有效應用都十分關鍵，因此地面上下三維模型無間隙集成技術便受到了廣泛應用，并獲得了一致好評。

2.4三維模型呈現技術

為了能夠有效改善三維模型的呈現效果，通常城市地面上的三維模型多數會運用構建天空球，以及打燈烘烤等多種方法來提升三維模型的真實感，然而由于地下管線多數都具有一定的分散性以及隱蔽性等多種特性，因此三維模型對于信息表達和呈現方面的難度也有所提升。由于地下管線三維模型多數會將黑色或是其他多種純色作為其背景顏色，因此地下管線三維模型的整體效果無法獲得更好呈現，而三維模型呈現技術可以通過創建路槽的呈現方法，提升地下管線三維模型中各個對象之間相互的三維立體關系，增強視覺效果和表達效果。

3.城市地下管線三維快速建模

3.1創建完善的地下管線三維數據庫

按照相關規定程序，底線管線探測應該對每個地下管線的實際敷設情況進行充分的了解，也就是說對每條管線在地面上的埋藏位置以及投影位置進行確定，然后當探測作業結束后，對每個地下管線的實際情況以及信息數據進行樹立創建相應的三維數據庫，由此便于對地下管線三維快速建模數據的應用與管理。

3.2地下管線三維模型簡化

對于地下管線三維模型的實際應用而言，其從本質上而言并不需要過多的細節，并且就三維立體模型而言其相對具有一定的規則性，所以在CAD平臺的應用下，可以有效落實對地下三維模型簡化，實現快速建模的目的。

通常地下管線三維建模流程主要分為管點建模以及管線建模兩部分。

（1）管點建模信息數據：通常地下管線三維建模中管點建模主要包含三維坐標，附屬建筑物以及井的直徑和深度。根據多項調查表明，管點建模通常會對相對較為明顯的方形井以及圓形井進行建模，并且其模型實體物為對應的長方體及圓柱體。

（2）管線建模：通常管線的起點與終點，管線埋藏深度，管線尺寸長度，管線敷設方法以及三維坐標都屬于管線建模的范圍之內。多數管線建模都是對方形管塊，管溝以及圓形管道展開建模，其三維模型的實體也相應的為長方體及圓柱體。

4.城市地下管線三維建模實體

城市地下管線三維建模的主要作用和內容就是可以正式的將地下管線空間的分布情況以及實際位置進行真實的反饋，通常AutoCAD軟件用來繪制二維管線圖是極為方便快捷的，但是若是在該軟件中繪制三維管道立體圖的話，便只可以運用XOY平面先繪制三維管道的各個切面圖，再展開拉伸，而這雖然對三維建模形成了一項的局限性，卻對城市地下管線三維模型的研發及繪制并不造成影響。因此如果想要獲得和XOY平面成任何角度的最好效果，便可以將管道進行拉伸，而后再通過對管道的平移和旋轉，將管道轉移至地下管道空間的具體位置，進而落實二維到三維建模的快速轉化和建模。

5.城市地下管線三維快速建模技術的相關應用

按照城市地下管線三維快速建模的實際原理，經過C#對AutoCAD的進一步研發與應用，已經有效落實二維到三維建模的快速轉化。

通過筆者對某市軌道交通3號線地下管線的調查，某項地下管線探測工程全程85千米管線為綜合應用，二維管線平面圖的生成時間為48秒，而三維管線建模的生成時間為59秒，雖然三維建模的時間比二維平面的生成時間高出了10秒，但是最后呈現的效果更讓人滿意，完美的落實了二維平面到三維快速建模的轉換。對于業主而言，可以更為直觀的看到地下管線和地面之間的關系，對其中不滿意的地方可以直接與設計企業進行探討，從而及時進行調整。對于施工企業而言，相比二維管線平面圖而言，三位管線建模的細節更為精準與明確，從而減少施工帶來的不便，提升施工效率，降低不必要的資源浪費以及返工問題的出現，進一步增加企業經濟效益。

以上對三維建模技術展開了相關探討，并將AutoCAD軟件作為二維圖形的處理基礎，運用自身擁有的三維模塊對二維平面圖形展開了進一步開發，獲取了地下管線三維建模的流程。由于城市地下管線三維建模的相關技術有許多，而本文只是將應用最為廣泛的軟件平臺作為研究開發基礎，而AutoCAD軟件在應用過程中相對較為簡單，對技術要求以及計算機的軟硬件需求都相對較低，因此可以有效提升三維建模的效率和適用性，但是由于該軟件自身在畫面美觀以及細節層面中還有所缺陷，有待在日后研究開發中做出進一步的調整和完善。

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