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原文传递铁路路基BIM与GIS融合应用技术研究

论文题名：	铁路路基BIM与GIS融合应用技术研究
关键词：	铁路路基;建筑信息模型;地理信息系统;生态防护
摘要：	随着铁路数字孪生信息化建设的推进，基于BIM技术的铁路结构物单体工程数字化建设工作也在快速发展。相对于桥隧等个体工程BIM的构建及使用，铁路路基BIM因涉及专业多、线路长、体量大、地形地质结构复杂等特点，是铁路BIM设计深化应用的重难点。BIM侧重于单体建筑的精细化表达，GIS则主要针对全局整体的地理信息管理，结合线路路基长带状特性，对路基充分开展BIM+GIS融合应用研究，建立铁路三维场景，实现从可视化到三维计算分析的全功能覆盖，能够最大程度挖掘BIM+GIS在铁路工程前期工作中的巨大应用价值。本文以铁路路基为研究对象，对目前BIM与GIS系统融合应用所存在的几何、语义信息表达以及坐标系转换等问题加以总结和梳理，基于网格合并方法实现了对铁路路基BIM与GIS融合过程中地形套合问题，并基于分形理论对铁路线路带状地形模型构网方式进行改进，实现了大体量地形模型的轻量化加载。最后应用路基BIM+GIS技术针对铁路沿线区域边坡生态防护和源头治理问题基于复合DEM进行了三维水土流失分析研究。主要研究内容如下：　　（1）以几种典型铁路路基样式作为研究对象，研究路基及附属结构物参数化与常规手动建模相结合的建模方法。通过平、纵、横结合以及二三维联动实现模板与里程、地模的自动匹配，完成了铁路路基本体结构及挡墙、隧道、梁体等构造物标准化建模。　　（2）基于无人机低空航测获得的地形影像数据，利用专业空三解析软件生产所需的点云、DEM、实景网格等多种数字地形模型，将其应用至BIM中作为线路设计和三维数字化场景构建的基础地形数据。　　（3）研究铁路路基BIM+GIS的地形套合问题。针对模型构建过程中数地模与铁路路基模型的套合问题，根据工程需要，实现了从基于空间配准的视觉套合和基于网格合并的数字套合。　　（4）研究了基于分形理论的地形模型轻量化加载问题。兼顾模型表达准确度与加载速度，基于分形算法中的改进随机中点位移法对无人机获取的数字地形数据重新构网，计算得出分形维数值D，进而基于OpenRailDesigner进行二次开发，改进了现有BIM软件基于三角剖分方法对大体量带状地形实时显示受制约的问题，可以由极少部分地形控制点就能很好表达原地形的特征，还能根据实际需求动态控制地形的细化程度，解决软件构网方式单一化问题，满足工程实际中多式样的地形显示需求，解决了地形轻量化加载问题。　　（5）应用路基BIM+GIS技术针对铁路沿线区域边坡生态防护和源头治理问题基于复合DEM进行了三维水土流失分析研究。利用GIS良好的表面模型分析能力，确定侵蚀到路基侧的汇水量以及路基设计区的水土流失强度，进而进行路基BIM生态防护模型的构建，结合布设后的结构与地形复合DEM进行分析，可解决源头防护和防护设施准确布设的问题，获得了较好的水土保持效果。
作者：	王宏远
专业：	建筑与土木工程
导师：	段晓峰;魏朋
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2022