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基于BIM的铁路车站工程资料管理可视化探讨

  • 论文价格:150
  • 用途: 硕士毕业论文 Master Thesis
  • 作者:上海论文网
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  • 论文字数:42555
  • 论文编号:el2021122619415227941
  • 日期:2021-12-26
  • 来源:上海论文网

铁路工程管理论文哪里有?本研究提出基于 BIM 的铁路建设资料管理的内涵,主要从信息维度、过程维度和价值维度三个方面进行阐述。对铁路工程信息模型的几何建模技术、三维扫描成型技术等相关建模技术进行了专项研究,探寻通过多方式进行建模的方式。对软件功能的分析后,选择适用于本研究的建模软件,并针对 U3D 的建模方案进行探索,利用铁路车站的实例进行可行性研究。


第一章 绪论


1.2 国内外研究现状

1.2.1 BIM 的发展应用

BIM(建筑信息模型),是一种三维数字化工具和理念,具有可视化,协调性,模拟性,优化性和可出图性五大特点。为建筑在行业全生命周期的管理提供了一种全新的解决方案。BIM 最初是在 2002 年根据 Autodesk 公司的 Visual Building(虚拟建筑)概念和 Bentley 公司的 Signal Building Information 的概念上提出的。BIM 是以三维模型为基础,将工程的相关信息集成到模型中,利用数字信息模拟仿真建筑物的真实信息[6]。

(1)BIM 技术国内外发展现状

国外研究现状:BIM 技术发源于美国,伴随着全球化的发展,越来越多的国家已经开始运用 BIM 技术。目前,大型项目的全生命周期管理中离不开 BIM 技术,BIM也为建筑产业信息化奠定坚实的基础。BIM 技术在全生命周期管理中的应用分类如下表 1-1 所示。

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第三章 铁路车站工程信息数据库的开发


3.1 铁路车站工程资料梳理分类

铁路车站工程包括轨道、建筑、结构、水电暖通等多种专业,且由于该类工程的特殊性,往往涉及多部门的协同管理。铁路车站工程深受全生命周期中各环节决策的影响,因此其资料来源较广且内容复杂多变。

对铁路车站工程资料的梳理分类主要是对其文字资料和数字资料进行整理。资料的前期整理工作是资料研究的重要基础,是提高工程资料质量和使用价值的必要步骤,是数据库建立中不可或缺的环节。资料梳理分类需要遵循真实性、合格性、准确性、完整性、系统性、统一性和简明性的原则。对铁路车站工程的资料整理是根据研究对象的需求,运用科学归档方法,对所获得的资料进行检验、分类、汇总等初步加工,将资料按照文件格式,以及资料对应车站的区域进行系统化的处理,并以集中、简明的方式反映工程对象总体情况。随着项目的建设过程的进行,实时收集铁路车站工程各阶段的项目文件。

在工程资料标准化归档方面,根据铁路车站工程的独特性,往往需要结合铁路局的相关标准和车站所在地的地方性标准等标准,本研究对多重标准进行深入分析整合,完成一套适用于铁路车站工程资料归档的标准。以京沪线上的某车站改扩建工程为例。依据中国铁路 BIM 联盟的铁路工程信息模型分类和编码标准(IFD 标准)、车站所属管理局--上海铁路局建设项目档案管理暂行办法和车站所在行政区--江苏省房屋建筑和市政基础设施工程档案资料管理规范等标准进行归档标准的研究,完成一套适合工程资料归档的标准。

在工程资料结构方面,可分为结构化资料和非结构化资料。结构化资料指通过公开数据标准储存描述的资料数据,结构化资料具有明确层次结构以及互相关联的组成部分。结构化资料通过确定其特征节点而被快速搜索,具有信息高效利用、方便查询等特点;非结构化资料的层次结构相对不明确,资料的相互关联性差,信息查询困难,且目前主要需依靠人工手段来进行修改和更新,诸如电子文档资料、工程现场的图像视频文件、验收检验批等。


第五章 铁路车站资料与模型的系统集成


5.1 铁路车站工程模型优化技术

通过对铁路车站工程的二维图纸的分析后,建立完善铁路车站的专业族库以及铁路车站的三维模型。在此系统中,BIM 模型可通过后台调取相关数据,与其他的管理模块互通、共享,方便对工程资料的整体管理。目前 BIM 模型面对大体量的工程的优化方案有众多的解决方案,选用高效的模型渲染软件以及在渲染引擎中进一步优化模型都是常用的方案。在铁路车站工程模型项目时,优化模型的程度将大大决定系统的运行效率。因此需要对模型进行优化,本研究采用了多种优化方案进行模型的优化设计。

一是将铁路车站工程中相同的静态模型定义为预制(prefab)对象。利用预设对象制作可复用的组件,这对于具有大量重复构件的铁路车站工程项目的模型修改与优化都是非常高效的一种方式;

二是压缩模型的片面数,针对铁路专业的特殊性,很多模型构件的面数会非常多,例如钢轨、扣件等,而且此类模型数量庞大,因此需要简化其模型面片数,针对截面线型较多的钢轨等物体通过对截面线型的优化达到减少面数的效果,针对形状比较复杂的模型来说,可以通过以平面代曲面。

三是对周围环境中的建筑使用 Unity3D 中的光照贴图,在 Unity3D 中光源数量会影响模型的渲染效率,使用光照贴图可减少光源的添加。光照贴图技术是一种增强静态场景光照效果的技术,优点:占用较少的系统资源,同时可使静态场景看上去更加真实、有立体感;缺点:不能用来实时地处理动态光照。铁路车站模型中包含了大量的多边形,利用实时光源和阴影会大幅降低场景渲染的性能,在铁路车站的模型优化中使用 Light mapping 技术,将光线效果预渲染成贴图使用到多边形上模拟光影效果。

四是利用 LOD 技术,该技术是在不影响画面视觉效果的条件下,根据物体在场景中所占视图的百分比来简化铁路车站模型的展示细节从而减少场景的几何复杂性,提高系统运行的效率。简单而言,就是根据摄像头距离模型的远近来作为选择使用高精度模型和低精度模型的依据。低精度模型与原模型相比,在细节的呈现精细度上做出了改变。LOD 技术应用于多个领域,目前在交互式可视化、虚拟现实等领域都得到了应用。


5.2 BIM5D 可视化显示

在铁路车站工程资料管理系统中实现模型与属性数据库关联,将原来的 3D 模型结合时间的维度,以及成本维度,最终实现 BIM5D 可视化显示。

通过对属性数据库的编写,将模型的时间-进度,时间-成本的信息添加到数据库中,在数据库中添加 Component 字段并将其设置为短文本类型,将时间-进度,时间-成本信息加入其中,同时新建 Time(时间类型)以及 Value(数字类型)字段,并将与 ID 对应的构件信息加入新建的字段中。利用 WPF(Windows Presentation Foundation)为铁路车站工程资料管理系统添加图表展示功能,通过调取数据库中的相关数据进行关系图的绘制并与模型直接关联,在铁路车站工程资料管理系统中通过点选构件可在属性窗口中通过关系图的形式直观展示出该构件对应的时间-进度,时间-成本信息,实现 BIM5D 的展示。BIM5D 实现流程图如图 5-9 所示。

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第六章 结论与展望


6.1 主要研究工作与结论

目前,铁路车站管理的信息化程度不高,给铁路车站的资料管理带来了较大的的困难,本研究为解决铁路车站在全生命周期的管理中容易出现资料缺失、信息断层、管理脱节等痛点问题。选取京沪线上的某车站作为研究的对象,建立模型化信息管理系统,并结合 AR、VR 等技术对车站工程资料的可视化管理进行了深入的研究,研究得出主要结论如下:

(1)提出基于 BIM 的铁路建设资料管理的内涵,主要从信息维度、过程维度和价值维度三个方面进行阐述。对铁路工程信息模型的几何建模技术、三维扫描成型技术等相关建模技术进行了专项研究,探寻通过多方式进行建模的方式。对软件功能的分析后,选择适用于本研究的建模软件,并针对 U3D 的建模方案进行探索,利用铁路车站的实例进行可行性研究。本章同时介绍了三维扫描技术的建模方案,基于手持式三维扫描仪,对车站的复杂位置进行了逆向建模,利用钢轨连接处的结构部分为例进行了其方案实施过程的展示。最后对铁路工程信息模型与 AR/VR 之间的信息融合相关技术进行研究,介绍了 VR、AR 技术发展历程、技术原理、工作步骤等,该研究为后续开展相关与 BIM 进行融合的工作提供了理论技术支撑。

(2)根据研究目的需求对铁路车站工程的资料进行整理,运用科学的方法,对所获得的资料进行检验、分类、汇总等初步加工,将资料按照文件格式,以及资料对应车站的区域进行系统化的处理。由于铁路车站工程的多部门管理、多标准实施的特点,其工程资料的归档也需要参考多个标准和规范。本研究以京沪线上的某高铁站的改扩建工程为例,依据《铁路工程信息模型分类和编码标准》、《上海铁路局建设项目档案管理暂行办法》、《江苏省房屋建筑和市政基础设施工程档案资料管理规范》进行资料的归档标准研究,针对这些标准以及铁路车站改扩建工程的特点,进行了适合本工程标准化资料归档的研究,并将工程资料进行标准化归档。按照铁路 BIM 联盟的IFD 标准作为基础,结合其他相关规范的要求,并联系工程实际,采用铁路工程工项、铁路工程组织角色、铁路工程人员角色、铁路工程产品这四种分类方式,并结合铁路车站的具体情况对工程资料进行标准化归档。最后进行铁路车站工程数据库搭建,完成资料的文档数据库、属性数据库的搭建,并基于云平台搭建完成云数据库。

(3)研究 BIM 与 VR、AR 技术结合的优势,并研究 BIM+VR 以及 BIM+AR 技术结合的方案,最后进行基于 BIM+VR、BIM+AR 技术的铁路车站工程资料管理应用。基于 Unity3D 平台利用 VR/AR 技术与 BIM 的结合,完成对铁路车站工程资料的可视化功能的开发,工程数据库的非几何信息管理是关联在三维模块的几何信息上的。通过编码映射,以三维模型为接口,按构件划分对工程数据库进行增、删、改、查操作。在设计与建设阶段,实现结构及其响应的可视化虚拟呈现;在运维阶段,使工程结构随处可及,同时以模型为核心实现多源信息的叠加融合。

参考文献(略)

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