三維可視輕量化系統在軌道交通接觸網裝備安裝維護中的應用

韓寶峰，李永生，李建勛，靳化振，禚 建*

（1.寶雞保德利電氣設備有限責任公司，陜西 寶雞 721013；2.山東山大華天軟件有限公司，山東 濟南 250000）

1 研究現狀

由于我國幅員遼闊，各地區氣候、地貌等外部因素差異較大，在鐵路接觸網零件的設計中要綜合考慮的因素很多，造成國內各條高鐵接觸網產品存在較大的差異，接觸網產品的安裝工藝也存在較大區別。目前，國內產品安裝維護手冊大部分都是以文字、圖片、視頻等方式體現，在效率和準確性方面，比直觀的用三維動畫形式來展示要低很多。根據不同線路對接觸網裝備的不同具體要求，技術人員需不斷根據線路供貨產品的特性編制相對應的產品安裝維護手冊。目前常規的接觸網零部件產品種類已多達上百種，編制產品安裝維護手冊耗時耗力，給技術人員帶來沉重的負擔。

三維可視輕量化系統有交互形式豐富、仿真效果好、用戶真實感強、易于掌握等優點[1]。在軌道交通接觸網裝備安裝維護中引入三維可視輕量化系統有以下優點：①可快速復用產品模型，在設計階段將產品安裝工具的三維數字模型放入虛擬環境中，引入三維虛擬安裝與驗證技術，以虛擬仿真驗證代替制造成本較高的實物驗證。②安裝維護可視化說明書通過電腦端或移動設備端展示，在產品實物安裝之前，全面系統演示各種安裝細節、具體工藝要求，可有效對影響安裝維護的各類因素進行分析，對安裝維護工藝全過程進行評估與驗證。③售后服務及現場操作人員能夠借助各種移動設備觀看安裝步驟動畫，對具體的工藝過程有直觀的了解，從而掌握產品安裝要點及具體要求。

2 三維可視化系統的研究

在接觸網零部件產品的設計開發階段，設計企業和廠商一般采用SolidWorks與AutoCAD等軟件進行模型結構設計，這幾種軟件雖然也具有實現接觸網產品的三維可視化的功能，但對整套接觸網裝置這種大型三維場景來說，對畫質、實時渲染性、系統平臺中運行的流暢性等的要求更高，往往難以滿足實際需求。

便攜式三維可視輕量化安裝維護系統以正向建模為主、逆向建模為輔進行產品建模，提供全方位的三維建模服務，技術人員可實時測量產品并進行建模，滿足1：1比例設計要求，把產品要展示內容全部建模，并布局各種子件，從而完成整套模型的搭建。

通過數據轉換器將模型轉化為三維輕量化SVL格式文件，即可通過在手機、PAD等終端設備安裝移動端SView瀏覽器，現場查看三維交互式安裝手冊資源；也可以播放視頻安裝手冊文件，以及在VR/AR設備上進行整體裝置的規劃布局仿真，根據場地、產品布局進行場地、產品的三維場景制作，搭建仿真場景布局，提供全方位三維制作服務，最終形成一套從系統到零部件的軌道交通接觸網裝備安裝維護系統，如圖1所示。

圖1 便攜式三維可視輕量化安裝維護系統實施方案

3 三維可視化系統在安裝維護中的應用

3.1 三維可視化產品安裝使用說明書

相比傳統的安裝使用說明書，三維可視化產品安裝使用說明書，綜合應用了計算機多媒體、數據庫和網絡等技術優勢，將內容繁雜的安裝維護手冊，按照規范有機地組織管理起來，使用文字、圖片、聲音及動畫等多媒體形式展現在電子屏幕上，以交互的方式進行查閱，將使用人員所需的信息精確地展現出來。相較于傳統的安裝維護手冊，立體展示更加生動形象，信息傳遞也更加精準。

三維可視化系統可將SolidWorks等多種常見的三維數據轉換格式和輕量化處理，導入系統當中，保留幾何模型、屬性、BOM及特征等信息。模型輕量化轉換示意如圖2所示，設計人員可在系統中任意查看模型各視角、修改模型顏色、材質顯示效果，添加產品文字描述注解、在關鍵零部件位置添加產品屬性、工藝信息、等內容。通過以上功能，可根據實際業務需求，模擬仿真安裝動畫，配合文字注解、圖片、音頻等方式，制作出三維可視化產品安裝使用說明說，達到與現場業務場景完全匹配效果。定位線夾視頻產品安裝使用說明書如圖3所示。

圖2 模型輕量化轉換示意圖

圖3 定位線夾視頻產品安裝使用說明書

3.2 三維可視化瀏覽平臺

接觸網裝備的零部件種類繁多，裝配安裝方式各有不同，僅憑借作業指導書或安裝使用說明書對現場施工安裝人員培訓一次，可能對產品的安裝方法不能全面的理解。三維可視化系統提供APP瀏覽平臺和H5瀏覽平臺，施工人員可以隨時隨地通過手機或電腦上查看零部件的及其安裝動畫。可對模型的視圖、交互及批注進行查看與切換。還可以將當前模型和快照，通過藍牙、無線、QQ和微信等進行分享。保證在安裝的過程中為施工人員提供充足的安裝資料。

3.3 遠程協同會議

針對現場的不同或特殊施工環境，需要設計人員與現場施工方對接觸網系統結構的具體參數進行不斷地調試與修改。三維可視化系統可提供線上遠程協同會議，為設計人員與施工人員提供了暢通的信息交流平臺，在不同時間不同地點共同分享和討論需求和設計，并根據意見實時對模型進行相關修改等操作，提高了前期設計聯絡的工作效率。

3.4 擴展VR仿真

三維可視化系統可以在項目施工之前，根據本項目接觸網的設計參數，配置系統參數，生成將要施工建設的接觸網虛擬場景，可以使工程完工后的狀貌在施工前就呈現出來。通過手柄可以仿真產品安裝拆卸過程，可以讓施工維護人員在3D立體環境中獲得更好的沉浸式體驗。VR工具欄提供了兩種用戶體驗模式，分別是VR模式和偏振式3D模式。VR模式可在虛擬場景中實現三維大數模瀏覽、漫游及零件拆卸操作，應用VR手柄設備在虛擬場景中進行交互操作；偏振式3D模式中觀眾可以配戴3D眼鏡觀看，在觀看過程中可以進行部件選配等操作，能夠展示各種產品類型。讓施工人員對安裝的操作更加清晰明確，增加施工的可靠性。VR效果示意如圖4所示。

圖4 VR效果示意圖

4 結束語

相比于傳統設計技術，三維可視化系統可以搭建三維立體模型，促使項目信息在設計、施工及運維等環節中實現共享，有著更高的應用優勢[2]。以三維CAD產品數模復用技術為核心，提供輕便的三維可視化編輯制作工具軟件，制作出三維交互式產品安裝手冊，使用戶能在手機、平板等移動終端設備查看安裝維護過程，多角度查看三維模型零部件，以虛擬仿真驗證代替成本較高的實物驗證，模擬培訓、安裝及維護工作過程；借助VR技術，軟件能夠與相關設備集成，實現虛擬現實沉浸式漫游仿真展示，可按照1：1比例模擬真實場景畫面，可在任何高度查看安裝維護動畫，真實模擬施工現場，有效提前監測分析現場問題，為確保高速鐵路運行安全和提高運營管理水平提供強有力的技術支撐與保障[3]。推動了高速鐵路接觸網設計與施工管理不斷向著信息化發展，促使數字化竣工交付，提高了高速鐵路接觸網工程建設的效率。