基于地形曲面的鐵路路基排水bim設計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鐵路路基排水設計方法，特別涉及基于地形曲面的鐵路路基排水WM設計方法。
【背景技術(shù)】
[0002]基于B頂技術(shù)開展鐵路路基排水設計是深化和優(yōu)化設計的需要，但傳統(tǒng)的路基排水設計主要依托于路基橫斷面，先在橫斷面上設計水溝，再按溝底順坡要求進行調(diào)整，對斷面間排水關(guān)注不夠甚至根本沒有體現(xiàn)。而在鐵路WM設計中，路基設計已由傳統(tǒng)的橫斷面法改為基于地形曲面和斷面掃掠的路基深化設計方法，設計成果由原來離散的橫斷面變?yōu)檫B貫的曲面、實體，在此基礎上開展的排水B頂設計，是在地形曲面上，以精確的路堤坡腳線和路塹塹頂線為上序資料，開展的平、縱及三維協(xié)同的排水設計，因此，無論從上序資料還是設計手段都發(fā)生了很大變化，路基排水B頂設計方法急需研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對鐵路路基排水設計目前所存在的問題，本發(fā)明提出一種全新的基于地形曲面的鐵路路基排水B頂設計方法，通過根據(jù)三維地形點云數(shù)據(jù)構(gòu)建數(shù)字地面模型、導入路堤坡腳設計線和路塹塹頂設計線、構(gòu)建鐵路路基排水工程自定義字典、構(gòu)建鐵路路基排水平面縱斷面視口、交互式創(chuàng)建排水溝平面自定義實體、自動化創(chuàng)建排水溝縱斷面自定義實體、排水溝平縱聯(lián)動協(xié)同交互式設計、將排水溝平縱設計成果形成三維點坐標文件、在達索系統(tǒng)中創(chuàng)建排水溝三維骨架線、達索系統(tǒng)下開發(fā)等截面和變截面排水溝模板、利用模板實例化生成具有附加信息的排水溝三維模型、裁剪排水溝上覆地形曲面實現(xiàn)排水溝模型與地形曲面的融合，實現(xiàn)了多視口進行排水溝平面交互式創(chuàng)建、縱斷面自動化創(chuàng)建、排水溝平縱設計的聯(lián)動調(diào)整、溝底順坡及填挖高自動檢查和標識、排水溝三維建模，適用于各等級鐵路的路基排水B頂設計。
[0004]本發(fā)明所涉及的基于地形曲面的鐵路路基排水B頂設計方法，其特征在于該方法包括以下步驟:
[0005]S1、根據(jù)三維地形點云數(shù)據(jù)構(gòu)建數(shù)字地面模型
[0006]根據(jù)測繪專業(yè)提供的經(jīng)過實測的粧號標高數(shù)據(jù)，檢核并優(yōu)化三維點云數(shù)據(jù)。如果此數(shù)據(jù)是規(guī)則的方格網(wǎng)數(shù)據(jù)，則構(gòu)建方格網(wǎng)數(shù)字地面模型，否則構(gòu)建三角網(wǎng)數(shù)字地面模型。
[0007]S2、導入路堤坡腳設計線和路塹塹頂設計線
[0008]將路基專業(yè)經(jīng)過路堤路塹設計的路基邊坡與地形曲面的交線，作為參考元素，添加到dwg格式的地形圖。
[0009]S3、構(gòu)建鐵路路基排水工程自定義字典
[0010]所構(gòu)建的排水工程自定義字典包括各條水溝平面、當前水溝平面、各條水溝縱斷面、當前水溝縱斷面的實體對象編碼。
[0011 ] S4、構(gòu)建鐵路路基排水平面、縱斷面視口
[0012]在CAD中創(chuàng)建兩個視口作為路基排水設計的平縱視口，平面視口在上方，顯示鐵路路基排水的平面自定義實體；縱斷面視口在下方，顯示鐵路路基排水的縱斷面自定義實體；平縱視口的大小比例可由用戶自定義調(diào)整。平面視口中顯示的水溝平面實體與縱斷面視口中顯示的水溝縱斷面實體按照里程對應同步顯示，當在平面視口中平移顯示當前平面水溝模型時，縱斷面視口立即顯示該水溝縱斷面模型在對應平面里程處的圖形；當在縱斷面視口中平移顯示當前縱斷面水溝模型時，平面視口也立即顯示該水溝平面模型在對應縱斷面里程處的圖形。
[0013]S5、交互式創(chuàng)建排水溝平面自定義實體
[0014]基于CAD的拖動技術(shù)，在平面視口中逐個添加水溝平面交點，創(chuàng)建成由直線段和圓弧組成的平面水溝自定義實體；排水溝平面是水溝溝底中心線，根據(jù)路堤坡腳線和路塹塹頂線向路基外側(cè)偏指定距離確定。路堤地段一般側(cè)偏量為2m+水溝頂寬/2，路塹地段一般側(cè)偏量為5m+水溝頂寬/2，拖動過程中可隨時改變曲線半徑，交點添加完成后，根據(jù)水溝平面順直的要求，再進行一次優(yōu)化。
[0015]S6、自動化創(chuàng)建排水溝縱斷面自定義實體
[0016]根據(jù)水溝平面和數(shù)字地面模型首先計算出水溝豎直投影到地形曲面的地面線高程數(shù)據(jù)，再根據(jù)地面線采用直線模擬的方法自動生成縱斷面坡度線，最后根據(jù)水溝平面中線、地面線、坡度線、縱斷面設計橫向和豎向比例自動生成縱斷面自定義實體。所述根據(jù)地面線采用直線模擬的方法自動生成縱斷面坡度線，是對地面線從起點開始，先逐個添加地面點，基于最小二乘法作直線模擬，并計算平均填挖方量和最大填挖方量兩項指標，直到這兩個指標超出預設的控制值，再計算模擬的直線坡段與上一個坡段的交點；如果交點存在且位于上一個坡段與當前坡段之間，則將交點作為新的變坡點，否則將上一個坡段和當前坡段作為一個坡段重新進行直線模擬，作為當前坡段，再添加地面點進行直線模擬，如此循環(huán)直到地面線終點；縱斷面自定義實體繪制時按照坡度向上和向下，采用不同的顏色繪制坡長、坡度及坡段線，并標注坡段上指定間隔位置處的地面填挖量，便于直觀地檢查水溝溝底高程是否滿足順坡要求以及滿足順坡要求時盡可能適應地形起伏而減少挖方量。
[0017]S7、排水溝平縱聯(lián)動協(xié)同交互式設計
[0018]首先分析自動生成的水溝縱斷面實體的坡度和填挖量，結(jié)合設置排水涵洞的位置，定出每段排水溝的排水流向，然后根據(jù)水溝溝底的順坡要求，調(diào)整不滿足順坡要求的坡段，在保證最小溝深的前提下，如果坡段調(diào)整后溝深變的過大，則在平面視口中，結(jié)合地形等高線調(diào)整水溝平面交點，然后根據(jù)用戶控制，重新進行縱斷面自動坡度模擬，或保留平面調(diào)整前的縱斷面坡度，繼續(xù)優(yōu)化修改縱斷面，平縱聯(lián)動，不斷調(diào)整水溝平縱斷面，直到滿足水溝縱斷面坡度設計和挖深要求。
[0019]S8、將排水溝平縱設計成果形成三維點坐標文件
[0020]對排水溝按平面里程間隔指定的步長(Im)計算三維坐標點，然后全部減去排水溝溝深，生成排水溝溝底中心的三維點坐標文件。
[0021]S9、在達索系統(tǒng)中創(chuàng)建排水溝三維骨架線
[0022]在達索系統(tǒng)中首先創(chuàng)建設計表，再導入水溝溝底中心的三維點坐標文件，然后利用知識陣列，將設計表中的三維點逐個添加到達索幾何集中，最后根據(jù)這些點生產(chǎn)達索樣條曲線，作為排水溝溝底三維骨架線。
[0023]S10、達索系統(tǒng)下開發(fā)等截面和變截面排水溝模板
[0024]模板是達索系統(tǒng)中具有重用性的參數(shù)化模型，等截面排水溝模板用于水溝截面從始至終不發(fā)生變化的一段水溝的建模，變截面排水溝模板用于連接兩段不同截面的中間過渡段水溝的建模，這兩種排水溝模板都具有輸入性的設計參數(shù)，包括溝底寬、溝深、溝底厚、溝壁厚、水溝邊坡坡率、水溝編碼；輸出性的設計參數(shù)包括水溝本體體積、水溝挖方體積、水溝曲線長度。根據(jù)輸入的水溝設計參數(shù)，實現(xiàn)排水溝截面的參數(shù)化創(chuàng)建，對等截面排水溝將排水溝截面沿溝底空間曲線等截面掃掠形成初步的水溝本體，對變截面排水溝將起終點處的排水溝截面按照變截面掃掠形成初步的水溝本體，再用地形曲面裁剪水溝本體；創(chuàng)建的排水溝模板，以溝底三維骨架線、三維地形曲面為輸入條件，以截面設計參數(shù)為輸入?yún)?shù)。
[0025]S11、利用模板實例化生成具有附加信息的排水溝三維模型
[0026]在達索系統(tǒng)中先選擇排水溝模板，再指定排水溝骨架線、地形曲面，輸入截面參數(shù)，生成排水溝三維模型，并附帶水溝編碼、水溝本體體積、挖方體積、排水溝空間長度。
[0027]S12、裁剪排水溝上覆地形曲面實現(xiàn)排水溝模型與地形曲面的融合
[0028]先提取排水溝與三維地形曲面的交線，再裁剪交線范圍內(nèi)的地形曲面，保證排水溝與裁剪后的地形曲面完整拼接。
[0029]該發(fā)明的有益效果是:
[0030]基于數(shù)字化的地形曲面和路基坡腳塹頂設計成果，在不同的視口進行排水溝平面交互式創(chuàng)建、縱斷面自動化創(chuàng)建，基于實體反應器技術(shù)，保證排水溝平面調(diào)整時縱斷面地面線自