結合BIM與3DGIS的城市軌道交通設計方法研究

李佳毅，鞏舜妹，李天峰，杜岷宣，李樂樂

（宿州學院資源與土木工程學院，安徽 宿州 234000）

1 引言

城市軌道交通設計的重點是線路設計，線路設計是否合理對城市軌道交通造成直接影響。在CAD或者圖紙上進行二維設計的傳統方法，給線路設計造成極大的困難[1]，使城市軌道交通選線設計很難實現。因此，城市軌道交通線路規劃設計的迫切任務是使線路各種空間信息得到完善的組織、管理和應用，發現和分析空間沖突，從而使得線路設計質量得到提高。以3DGIS和BIM技術為核心思想的數字三維技術的應用，為城市軌道交通線路規劃設計提供了強有力的技術支撐和新的動力。利用3DGIS平臺建立的模型是一個沒有任何結構內部信息的模型，3DGIS仍處于瀏覽的技術層面。BIM技術存在著空間地理信息分析不完整、地理定位不精確等缺陷[2]。整合BIM技術和3DGIS技術在城市軌道交通線路規劃設計中的微觀和宏觀優勢，憑借技術平臺提供的綜合服務，將相互獨立的技術結合起來，使城市軌道交通工程建設規劃進一步精細化。

2 城市軌道交通線路深化設計

2.1 Infraworks的基本介紹

Infraworks是一款面向工程領域初期設計方案和末期設計成果展示、整合的軟件，其主要特性分別為基礎模型的創建、方案的設計與分析、模型瀏覽及漫游。Infraworks基于BIM的理念屬性和GIS技術平臺來完成設計模型，是一款全新的設計工具與集成平臺，可兼容大量的地形數據，開展大地形、大范圍的設計，并整合了大量的設計文件。根據上述論述，可以總結出一個Infraworks的公式：

式中BIM將建筑工程項目中各項目相關聯的數據信息作為依據，對建筑模型進行構造，為得出建筑物的真實信息通過數字化仿真技術進行模擬，可以更加直觀便利、形象透明地進行工程項目建設和管理。3DGIS從屬性和地理空間分布上詳細、全面地描述了與線路設計相關的生成數據和地理空間信息，給城市軌道交通線路規劃設計提供了更加詳細、全面、直觀、有效的信息支持。在Infraworks平臺中，繪制鐵路、管道、建筑等基礎設施，評估初步工程量，分析區域屬性，分析高程，提供詳細設計階段所需的數據以及詳細設計軟件，軟件包括Revit、Civil 3D 等。

2.2 綜合Infraworks與Civil3D、Revit

Infraworks、Civil 3D 和 Revit，這三者各有優缺點。Revit在單體建筑的參數化程度和三維建模方面具有優異的性能，以單體建筑的設計為中心，可以對主線、路基、軌道、扣件等進行參數化和細化設計。但在大型場景、大規模建模方面存在缺陷。Civil 3D具有良好的軟件本地化、兼容性、三維建模、參數化、可視化渲染效果，在設計分析、數據更新方面表現優異。然而其視覺風格和效果單調，且不支持更改橫截面裝配。Infraworks的優異性表現在概念設計與效果展示方面，其突破性的3D可視化技術，使大型基礎設施模型的管理更加方便高效，極大縮短了設計周期。但在詳細周密設計、動態調整分析方面卻不精通。將三者協同運用在城市軌道交通線路規劃設計中[3]，能夠充分滿足城市軌道交通線路規劃設計需求，顯著提升項目的整體質量。

3 融合BIM與3DGIS

將BIM技術與3DGIS技術的優勢進行互補，以BIM與3DGIS相融合為核心技術，規劃設計城市軌道交通線路。BIM模型用于存儲構筑物內部相關數據，利用BIM模擬橋梁、隧道、路基等模型的數據分析，給建筑相關專業的整合提供幫助。BIM模型的地理環境由3DGIS平臺承載，對線路BIM模型進行整體表達，以此進行地理環境建模和空間分析[4]。根據線路工程的特點，憑借空間位置坐標與線路里程的關系，按里程將BIM模型轉換到3DGIS地理空間中。3DGIS技術和BIM技術融合的構架圖如下圖所示。

城市軌道交通3DGIS+BIM技術構架圖

3DGIS整理、合成以及管理整個構筑物外部環境的信息，BIM技術可以在虛擬三維場景中顯示城市軌道交通中的各類信息，減少了各階段數據傳輸的傳遞。通過將BIM與3DGIS之間進行優勢互補，微觀與宏觀的融合，使城市軌道交通線路設計過程中的相關屬性更為直觀可視，方便快捷，高效科學[5]。

經過實踐分析可知在BIM與3DGIS的融合方法中，以Skyline自身的BIM圖層進行集成的方法最為實用。不僅運用簡單、便捷，而且處理后的文件數據內存相對較小，對電腦配置要求相對不高。點擊所需的BIM圖層名稱，把.rvt BIM模型文件鏈接到上述圖層中，查看具體內容。

3.1 以Skyline自身的BIM圖層進行集成的方法

3DGIS采用Skyline平臺研究集成方法。新版本Skyline有效處理了BIM模型導入失敗的問題，將模型以.FBX格式（.FBX是一種用于跨越平臺的三維數據交流格式）存儲到Revit中，便可導入到Skyline中。如今許多建模軟件均支持該格式，模型的所有信息均通過scene graph結構進行存儲。Skyline 3DGIS支持BIM圖層，保留所有屬性數據和幾何信息，支持屬性查詢和空間查詢，可以讀取標準.FBX格式的BIM文件，同時支持在項目中補充模型信息以及更新模型屬性數據，提高協作性。

在Skyline 3DGIS中導入.FBX格式的BIM模型的參數設置

首先搭接好城市軌道交通模型，在Revit中存入.FBX格式的文件，將BIM模型以一個圖層的格式導入3DGIS中。在3DGIS環境下，將線路里程轉換為經緯度坐標，計算出3DGIS中BIM模型的特征點坐標，并根據特征點坐標對線路的三維模型進行集成。研究Skyline的二次開發及其插件的開發，完成在Skyline中打開BIM模型，直接地打開.rvt格式的文件，以查看BIM模型的詳細信息。在Skyline 3DGIS中導入.FBX格式的BIM模型，參數設置如上表。

在傳統二維設計方法的基礎上進行變革，結合BIM與3DGIS之間的優勢，用于三維設計城市軌道交通線路。分析并融合3DGIS技術和BIM技術后，通過3DGIS Skyline平臺，應用.FBX格式的BIM圖層的集成方式，在3DGIS中高效集成BIM模型。通過Skyline的二次開發，解決了紋理丟失問題，Revit模型數據接口經開發后，使得Revit模型在Skyline 3DGIS中無損集成變為現實，消除了BIM與3DGIS融合丟失數據的主要問題。

4 結語

BIM技術對于城市軌道交通線路規劃設計的優勢，已在發達國家得到顯著的體現，但我國目前BIM技術應用還處于初級階段，開發不夠完善，只有不斷深入探索，才能充分發揮BIM技術的優勢和潛能。將BIM技術應用到城市軌道交通線路規劃設計，利用BIM技術和3DGIS技術，將建筑本身的信息與建筑周圍環境進行集成，即將微觀BIM技術與宏觀GIS技術進行集成，實現城市軌道交通線路的大場景精細化設計。主要研究成果如下：

①綜合運用Infraworks、Civil 3D和Revit平臺，參數化設計線路主體、路基、軌道等，實時更新城市軌道交通線路設計的數據、詳圖，精細化設計城市軌道交通線路，高效、方便地管理城市軌道交通線路與基礎設施模型；

②采用Skyline二次開發技術，降低數據傳遞過程中的流失，減少模型細化和拼接的冗雜度，實現軌道線路快速拼接和模型的快速創建，解決了由于手動拼接模型導致的耗時長、不準確等缺點，創建了軌道、隧道和橋梁的細化建模方法；

③利用3DGIS具有較強的空間分析和空間數據管理能力，解決BIM軟件對模型的承載量有限而無法規劃設計長帶狀線路問題。將BIM和3DGIS技術的優勢進行互補，快速、精確生成大數據城市軌道交通線路模型。