多尺度几何语义建模在盾构隧道BIM和GIS中的应用

《多尺度几何语义建模在盾构隧道BIM和GIS中的应用》

👨‍🏫 作者：Andre Borrmann（德国慕尼黑工业大学）

📅发表时间： 2015

📄 期刊：《Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering》（土木计算机技术顶刊）

🔗DOI：10.1111/mice.12090

大型基础设施的规划建设通过需要经过多维度的考量，以地铁轨道为例，我们要关心的重点大到以千米为计量的整体路线规划，小到厘米为计量的节点构造设计。这意味着一方面我们需要结合 GIS 和 BIM 技术，以达到分析、建模和可视化的目的；另一方面，我们需要一个稳定的基础架构来兼顾不同尺度下的模型表达。尽管多尺度建模的概念早已在 GIS 领域推广应用，但至今都未出现与基础设施 BIM 领域相对应的解决方案。但其实，BIM 环境中亟需引入多尺度的概念，因为不同设计阶段的信息细度呈递进式发展，在设计初期我们只有非常粗略的设计信息，而随着设计过程的不断深入，这些设计信息才会被逐步细化。为了解决这一需求，本文提出了多尺度 BIM 建模的概念，并将其运用在盾构隧道的几何语义建模中。本文详细分析了 CityGML 中的数据建模方法，并整理了基础设施规划项目的具体需求，在此基础上，探讨了对 BIM 数据标准（ IFC） 的扩展，从而兼容盾构隧道的多尺度表达。而本文的侧重点则在于如何保存不同 Levels-of-Detail (LoD)模型之间的连续性，这其中包括两个方面，一是语义；二是几何。为了实现上述模型连续性机制，我们提出了采用几何过程描述的方法，从而使得不同 LoD 模型构件之间存在明确的依赖关系。这样一来，当我们修改低 LoD 的对象时，那些相关联的高 LoD 对象则会自动更新。最后，我们还研究了如何将多尺度盾构隧道模型转换为 CityGML 格式的文件。

图1 GIS和BIM在不同尺度下的模型对比

图2 草图的定义和后续的几何生成操作

图3 当轨道的设计速度变化之后，超高形式和铁道轨距都会自动重新计算并生成