基于BIM+GIS的鐵路三維場景快速建立

充分開展BIM與GIS融合應用研究，建立鐵路三維場景，在鐵路工程勘察設計階段以三維可視化形式直觀展示設計方案，并結合地形地質等條件對設計方案進行審查和優化，能夠最大程度挖掘BIM+GIS在鐵路工程前期工作中的巨大應用價值。

BIM與GIS的融合以及基于BIM+GIS的鐵路三維場景快速構建，需要基于三維GIS平臺，從數據集成角度出發，結合鐵路領域業務流程，形成統一規范，從而保障三維場景的時效性、精確性、可擴展性。

鐵路三維場景構建流程

三維場景快速構建方法以測繪成果和設計資料為基礎，以開發的輔助設計軟件、場景制作工具和插件為依托，結合三維場景的應用和需求，實現三維場景快速制作和配置，融合地形地貌等地理空間信息、鐵路構筑物模型等設計信息和地質、環保等專題信息，為設計方案的可視化提供支撐。

地形模型生成

鐵路三維地形模型由數字高程模型DEM和數字正射影像DOM疊加計算得到。其中，DEM數據可根據DWG格式原始地形圖文件（一般為1︰2 000或1︰500比例尺）生成。

具體流程為在AutoCAD軟件中利用插件提取等高線、高程點等圖層數據，并存儲為三維點坐標文件，然后將其導入Global Mapper軟件，并基于高程點計算高程格網數據，然后經過裁剪等處理后輸出為特定格式的DEM數據。

由于鐵路工程項目呈大范圍帶狀分布，為保證鐵路沿線三維地形的高精度和三維場景的協調性，同時控制三維場景的大小。采用的處理辦法為：不同精度及層級DEM和DOM數據混合使用，對線路沿線一定范圍內（如20 km）的地形模型與影像采用高分辨率數據，對距鐵路線較遠處（如大于20 km）采用低分辨率數據（如13級谷歌影像和90 m分辨率SRTM高程數據），兩者無縫銜接。

生成三維地形的操作在TerrainPush軟件平臺中進行，將DEM、DOM等數據作為輸入，進行預處理和參數設置后進行計算，即可生成對應三維地形模型（TED格式）。生成的高精度三維地形模型具有豐富的空間信息，是建立BIM+GIS三維場景的基礎，能夠直觀反映鐵路沿線的地形地貌特征。

鐵路構筑物模型建立

鐵路工程項目涉及專業眾多，包括線路、橋梁、隧道、站場、路基、地質、軌道、接觸網、通信信號等。為了各專業間能夠高效協同工作，搭建了基于Bentley ProjectWise 的協同設計平臺，實現設計標準統一、專業內及專業間資源共享，統一各方工作，提升工作效率。

此外，開發了針對各專業的BIM輔助設計軟件，利用建立的構件庫和模板，基于設計圖紙進行參數設置，快速建立全線各專業的三維BIM模型。

BIM與GIS融合

BIM與GIS融合主要實現鐵路構筑物模型由BIM平臺格式（如DGN格式） 向三維GIS平臺格式（如FDB格式） 轉換，同時保證模型幾何、屬性、紋理、材質、編碼、參數和附加信息等不能丟失。

在對BIM模型進行格式轉換后，對其坐標系進行定義。由于鐵路線路長，為減小誤差，通常采用分段投影方式，通過開發的工具只需提供各模型的坐標信息表，即可實現模型坐標系的批量定義。

對于穿越城市的鐵路，利用開發的處理程序和建筑物矢量數據（包括外輪廓和高度），快速拉伸出建筑物模型并貼上紋理，具體融合效果見下圖。

將設計信息附加到BIM模型上，經過BIM與GIS融合后，能夠在三維場景中查詢模型對應的屬性信息。

專題信息配置

在鐵路工程三維BIM+GIS場景中，除三維地形模型和三維鐵路構筑物模型外，需針對具體應用需求對影響鐵路設計方案的重要因素以專題圖的形式接入，主要包括環保區域、不良地質、斷裂帶、大臨設施分布等。

根據鐵路三維場景制作經驗，其中對于場景中常見要素的表示方式進行約定（如填充色、邊框寬度、高度模式等），基于該約定并通過插件開發，能夠實現三維場景中專題信息的快速配置，并保證風格統一。

場景標注配置

鐵路工程三維場景中涉及的標注主要包括里程標、工點標、地名標等。通過在Bentley OpenRail Designer平臺進行二次開發，實現針對里程標和工點標的快速提取。提取里程標是以鐵路線位為輸入，并設置需要提取里程的間隔（100 m、1 km等），然后執行提取操作；提取工點標是以線位和工點表為輸入，輸出工點名稱、位置等信息。

通過上述操作得到的點數據為JSON格式，記錄了點的三維坐標，將其轉換為Shpfile格式，并按設置的顯示規范將其加入三維場景中，實現所需的標注配置效果。

結合基礎地形測繪資料和鐵路設計資料等數據，介紹鐵路三維場景快速構建方法，包括三維地形模型創建、鐵路構筑物BIM模型快速生成、BIM與GIS融合、專題信息接入與快速配置、場景標注配置等，相關流程和內容基于三維GIS平臺CityMaker進行說明。