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。
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