基于BIM的三维铁路道岔建模.docx

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基于BIM的三维铁路道岔建模

基于BIM的三维铁路道岔建模

道岔设计模式

基于BIM的道岔设计核心是建立一个系统的三维数字化道岔模型，道岔部件之间相互关联，模型可以提取相应的平面图、三维视图、截面图，同时根据模型元素能够提取相应的几何尺寸、属性、数量，及道岔设计BIM模型包含了视图、模型部件、部件尺寸及数量等要素，如图1所示。

对于铁路线路设计人员，要建立三维铁路道岔的实体模型，首先要获取道岔完整、准确的表面形状信息。

目前，获取物体表面形状生成三维网格的方式有很多种，如使用三维激光扫描仪、工具包编辑、从现有商业数据库中购买模型和利用建模软件，如AutoCAD,3DSMAX等。

三维道岔建模主要思路如下:

1）基于VBA对AutoCAD二次开发，通过AutoCAD的宏工具编写程序，设计交互界面，绘制二维道岔及完成各种道岔钢轨建模。

2）利用建模软件AutoCAD或Civil3d建立轨枕、扣件、联接零件的三维实体模型。

3）按照道岔型号和轨道类型，完成所需道岔的实体组装。

图1道岔设计BIM模型

道岔钢轨建模

道岔主要由转辙器、辙叉及护轨、连接部分和岔枕3部分构成，结构相对比较复杂，建模过程中要准确把握各个部件的几何尺寸和配置位置，通过研究各个部件之间的坐标，捕捉岔心a的横坐标和纵坐标作为建模的一个基准位置，根据道岔的几何特征及道岔表，逐步计算出道岔钢轨其他各个点的横坐标和纵坐标，主要参数如图2所示。

图2道岔主要参数示意图

曲线导轨切线长T1由道岔导曲线半径R1和圆心角O1得到公式

（1）；

夹角β与轨距S，辙叉尖前直线段K，道岔角α和尖轨长度l0之间的关系为公式

（2）；

圆心角O1与轨距S，辙叉尖前直线段K，道岔前长a，辙叉跟长m，道岔后长b和尖轨尖端前基本轨长q的关系为公式（3）。

并设计如图3所示绘图窗体，编写绘图命令，自动绘制道岔中心线和轨道截面，如图4所示。

图3绘图窗口示意图

图4钢轨截面自动生成示意图

二维道岔自动绘制运用的主要代码如下:

钢轨截面自动生成运用的部分代码如下:

再通过创建钢轨截面的面域，对二维道岔进行扫描得到钢轨三维实体模型，如图5所示。

图5道岔钢轨三维建模示意图

主要运用的代码如下:

其他部件建模

道岔结构复杂，除了不同道岔型号对应的钢轨之外，还有弹条扣件、混凝土扣件、轨道板和轨枕等。

与道岔钢轨建模不同，这些结构的参数都是固定不变的，通过比较可知，运用三维扫描仪或者商业数据库不但价格昂贵，而且模型不够精确，利用工具包或者如上所示AutoCAD二次开发的方法耗费精力，效率低下，所以在结合设计标准和工程实例的基础上，利用建模软件AutoCAD和Civil3d建立模型库，以达到组装道岔时直接调用的目的。

成果展示

可视化窗口的创建提高了图形绘制过程中的操作性，使得三维道岔建模更加直观，以12号道岔为例，选择绘制三维道岔的型号，依次选定输入道岔前长、道岔后长、辙叉跟长、尖轨和导曲线半径等数值后，自动绘制钢轨模型，再按照需求配置轨枕、扣件、链接零件或者道床板等已经建立好的三维实体模型，完成整个道岔的模型搭建工作，如图6所示。

图6结果示意图

利用VBA开发AutoCAD平台，自主研究道岔各个组成部分和计算方法，设计可视化界面，并结合土木工程设计软件Civil3d，实现基于BIM不同型号的三维道岔建模。

研究结果表明：

1）研究基于BIM技术的道岔三维数字化设计模式，运用自主研发的道岔设计软件进行设计和建模工作，建立基于BIM技术的各种型号三维数字化道岔模型，使得道岔更为直观，从而便于施工及了解道岔的工程结构。

2）建模过程中编写程序及算法，使得计算机系统将重复性，固定的过程自动完成，提高了设计效率。

3）道岔BIM模型还可以作为模型，嵌入到铁路工程前期规划、设计、施工及运营管理全过程的BIM模型中，贯穿于铁路的整个生命周期，符合国内外铁路发展趋势，为推动铁路建设全生命周期BIM应用的发展起到促进作用。