魏英洪，邱世超，王然

（中國鐵路設(shè)計集團(tuán)有限公司信息化院，天津 300142）

0 引言

鐵路站房建筑的運維管理對于保障相關(guān)設(shè)施的安全運行具有重要意義，而傳統(tǒng)管理手段基于二維圖紙及資料表格，管理效率相對低下。BIM技術(shù)的引入，可實現(xiàn)管理場景三維可視化以及信息共享化，將極大地提高運維環(huán)節(jié)中的信息智能化管理水平［1］。

實現(xiàn)鐵路站房建筑的BIM 化運維管理［2］，首要任務(wù)是構(gòu)建運維管理對象的三維BIM 模型，鑒于目前鐵路系統(tǒng)中大量的站房屬于既有建筑，因此解決其房屋建筑快速建模的問題是推動BIM 運維管理落地的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

1 技術(shù)方法概述

既有站房BIM 模型快速、準(zhǔn)確的構(gòu)建可實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)價值最大化?，F(xiàn)階段在實際應(yīng)用層面上，一般依靠傳統(tǒng)技術(shù)方法創(chuàng)建運維模型，采用人工逐項構(gòu)建復(fù)雜度較高的站房建筑外立面與具有大量構(gòu)件的內(nèi)部構(gòu)造時，需要耗費大量資源，因此研究利用新的技術(shù)手段解決上述類別模型的自動化準(zhǔn)確創(chuàng)建，是實現(xiàn)站房建筑BIM快速建模的關(guān)鍵［3］。

（1）建筑外立面模型的快速創(chuàng)建。目前，建筑物外立面的三維重建方法主要有基于深度檢測設(shè)備直接獲取三維點云數(shù)據(jù)［4］和基于圖像［5］的三維重建2 種，前者通過深度測距設(shè)備（如激光雷達(dá)）直接獲取目標(biāo)對象表面的三維點云模型，雖然該方法重建的三維外立面模型精度較高，但是設(shè)備成本昂貴；后者利用數(shù)碼影像設(shè)備拍攝的圖像，通過三維坐標(biāo)體系轉(zhuǎn)化軟件重構(gòu)建筑外立面三維模型，具有實施方便且重建模型包含紋理信息等特點［6］，因此得到普遍應(yīng)用。采用基于圖像的三維重構(gòu)方法，探索適用于站房建筑外立面BIM模型快速創(chuàng)建的技術(shù)路線。

（2）建筑內(nèi)部構(gòu)造模型的快速創(chuàng)建。Revit 作為目前全球建筑市場普遍采用的BIM 設(shè)計軟件，提供了強(qiáng)大的原生建模功能和豐富開放的二次開發(fā)接口［7］?；赗evit 軟件，針對站房建筑物內(nèi)部構(gòu)造特點可進(jìn)行自主開發(fā)或購買商業(yè)化的快速建模工具集。以站房建筑內(nèi)部構(gòu)造涉及專業(yè)多、系統(tǒng)復(fù)雜為需求目標(biāo)，進(jìn)而探索出適用于多種類型構(gòu)件快速建模的技術(shù)路線。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 利用數(shù)碼影像構(gòu)建建筑外立面模型

基于圍繞目標(biāo)物體所拍攝的圖像恢復(fù)空間三維場景是一項復(fù)雜的坐標(biāo)體系計算轉(zhuǎn)化工作，相片中包含相機(jī)內(nèi)參（焦距、視角及變形等）、特征匹配點及針孔成像極坐標(biāo)關(guān)系，但相機(jī)的外參（空間位置及角度等）未知，需要利用射影幾何和歐式幾何規(guī)律，通過對匹配點的不斷解算和迭代優(yōu)化來反算出相機(jī)的外參，最終再推算出各特征匹配點在空間的關(guān)系，以達(dá)到重構(gòu)三維坐標(biāo)系統(tǒng)的目的［8］。目前，該技術(shù)成熟的解決方案包括以下2種：

（1）利用數(shù)碼相機(jī)陣列拍攝，并通過軟件自動生成拍攝物的三角網(wǎng)格模型。實現(xiàn)該技術(shù)方法的關(guān)鍵要素是對影像自動建模軟件的選取，分別采用Context-Capture Master 和Agisoft Photoscanner 作為模型生成軟件，通過對比可以發(fā)現(xiàn)前者生成的模型要更為精確（見圖1、圖2）。

（2）利用數(shù)碼相機(jī)拍攝，并通過專用程序?qū)⑾嗥M進(jìn)行人工標(biāo)定，解算空間方位后，人工繪制空間幾何圖形［9］?；谠摲椒?，以廊坊高鐵站為例進(jìn)行試驗性研究，利用PhotoModeler scan 作為研究樣本軟件，在軟件操作界面中選擇相片上容易辨識的特征點作為標(biāo)記點位，然后在相片視圖中將標(biāo)記點連接成線，再形成面，自動在3D 空間生成對應(yīng)的線和面。在獲得關(guān)鍵點和主要圖形后，將模型輸出到3DMAX 中進(jìn)行后期編輯，最終形成立面模型。廊坊高鐵站數(shù)碼影像與三維模型見圖3。

圖1 采用ContextCapture Master的效果

圖2 采用Agisoft Photoscanner的效果

圖3 廊坊高鐵站數(shù)碼影像與三維模型

2.2 參數(shù)化快速建模技術(shù)

站房建筑內(nèi)部構(gòu)造可分為建筑、結(jié)構(gòu)與機(jī)電三大專業(yè)，這些專業(yè)下的構(gòu)件建模規(guī)律性強(qiáng)且數(shù)據(jù)量大，Revit 提供的原始功能并不能通過程序化的處理將設(shè)計人員從繁瑣的BIM 建模工作中解放出來，因此需要借助Revit 二次開發(fā)接口編寫工具集對其原始功能進(jìn)行伸展，可為用戶在Revit 平臺上擴(kuò)充相應(yīng)的功能或定義新的功能提供便捷性。

基于Revit 實現(xiàn)快速建模的途徑分為使用自主開發(fā)和商業(yè)化快速建模工作集2 種方式，無論采用哪種方式，均以天正二維CAD設(shè)計圖紙為數(shù)據(jù)源［10］，其源文件需要嚴(yán)格的設(shè)置分層標(biāo)準(zhǔn)，將不同屬性的圖形對應(yīng)相應(yīng)的圖層，然后將源文件轉(zhuǎn)化為中間格式的數(shù)據(jù)文件，并將其導(dǎo)入到快速建模工具集中，一鍵式生成內(nèi)部構(gòu)造模型。其快速建模作業(yè)流程見圖4，模型生成效果見圖5。

圖4 快速建模作業(yè)流程

圖5 模型生成效果

3 結(jié)束語

運維模型與設(shè)計、施工階段的模型在空間幾何和信息方面有著不同的要求，為實現(xiàn)BIM 運維系統(tǒng)三維可視化引擎對模型的高效顯示與操作，運維模型應(yīng)該以幾何外觀滿足運維需求為建模目標(biāo)，進(jìn)而降低對模型精細(xì)度的要求。從鐵路站房BIM 運維管理應(yīng)用模型的快速構(gòu)建需求出發(fā)，分別針對建筑的外立面模型與內(nèi)部構(gòu)造模型提出快速建模技術(shù)路線，為實施基于BIM的運維管理項目時快速獲得三維模型提供了技術(shù)支撐，從而將更多的時間和人力應(yīng)用在業(yè)務(wù)功能的實現(xiàn)上，以適應(yīng)市場需求，實現(xiàn)更好的經(jīng)濟(jì)和社會效益［11］。