張苗亞，吳敦

(寧波市測(cè)繪設(shè)計(jì)研究院，浙江寧波 315042)

1 引言

城市的軌道交通工程是施工周期長(zhǎng)、投資規(guī)模大、影響廣泛的綜合性項(xiàng)目。由于軌道線路一般都是沿街道進(jìn)行工程鋪設(shè)，而且經(jīng)過(guò)的地區(qū)都是在人流密集的城市區(qū)域，而現(xiàn)行的城市的“生命線”，包括電力管線、排水管線以及電信和燃?xì)獾裙芫€均密集分布在此街道區(qū)域。軌道交通地下站施工期間對(duì)開(kāi)挖范圍內(nèi)的地下市政管線必會(huì)造成重大影響，所以需要尋找一種可行的技術(shù)手段來(lái)輔助地下管線遷移設(shè)計(jì)，保障軌道交通工程的順利施工。

寧波市軌道交通2號(hào)線一期工程柳汀街站地處市中心繁華地段，工程周邊建筑密集，地形比較平坦，地下管線種類(lèi)繁多、走向錯(cuò)綜復(fù)雜，遷移設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，僅僅采用二維管線遷移設(shè)計(jì)，方案需多次修改調(diào)整，因此工作量較大。若通過(guò)三維仿真技術(shù)對(duì)站點(diǎn)管線遷移設(shè)計(jì)方案及周邊環(huán)境進(jìn)行三維模擬，可以更直觀、準(zhǔn)確進(jìn)行方案調(diào)整，高效率優(yōu)化方案設(shè)計(jì)。因此對(duì)地下管線三維模型的可視化和空間分析的研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 技術(shù)路線與工作內(nèi)容

借助地理信息技術(shù)(GIS)和三維仿真技術(shù)，以航空影像、DEM數(shù)據(jù)和三維城市建筑模型為基礎(chǔ)，可以構(gòu)建軌道交通地下車(chē)站與地下管線之間的立體空間關(guān)系，由此可以圍繞全方位地上地下空間三維信息，對(duì)各站點(diǎn)地下管線遷移方案進(jìn)行三維模擬，輔助軌道交通地下管線遷移設(shè)計(jì)。

主要的工作內(nèi)容有:

(1)管線三維建模:管線建模范圍為軌道交通2號(hào)線一期工程柳汀街站，主要以設(shè)計(jì)院提供的設(shè)計(jì)圖為制作依據(jù)。管線類(lèi)型主要分為排水、給水、燃?xì)狻㈦娏?、電信和熱力等。建模?nèi)容包括圍繞地下車(chē)站建設(shè)進(jìn)行的各類(lèi)改線、保留和廢除管線模型;地下管線相關(guān)的建(構(gòu))筑物特征點(diǎn)及附屬物點(diǎn)模型。

(2)建筑三維建模:站點(diǎn)周邊100 m內(nèi)城市建筑、車(chē)站主體等建筑設(shè)施。

(3)地形三維建模:以車(chē)站為中心且覆蓋整體三維模型的制作范圍。三維地形模型主要反映城市道路、橋梁、河流等地形要素的分布情況及地勢(shì)復(fù)雜程序。地下管線模型可通過(guò)與原始地面道路模型比較，分析管線遷移設(shè)計(jì)方案可行性。

(4)三維仿真平臺(tái)搭建:整合各類(lèi)三維模型數(shù)據(jù)，以平臺(tái)為載體，輔助設(shè)計(jì)。

3 建設(shè)實(shí)施

3.1 資料利用

(1)二維管線遷移設(shè)計(jì)圖

管線遷移設(shè)計(jì)方案圖內(nèi)容包括:車(chē)站范圍內(nèi)的各種改線、保留和廢除管線的分布情況及相關(guān)屬性數(shù)據(jù);已建井、電桿和新建井、電桿的分布情況及屬性數(shù)據(jù);一期車(chē)站主體實(shí)施范圍。管線圖為1∶500比例尺。

(2)數(shù)字正射影像圖和數(shù)字高程模型

利用地面分辨率為0.05 m的真正射影像及高程格網(wǎng)間距為2.5 m的數(shù)字高程模型生成三維地形模型，用以反映軌道交通建設(shè)站點(diǎn)區(qū)域地上空間的地形分布情況。

(3)基礎(chǔ)地形圖

市區(qū)1∶500比例尺的數(shù)字地形圖數(shù)據(jù)作為建設(shè)站點(diǎn)周邊的地上現(xiàn)狀建筑三維模型制作的基礎(chǔ)資料。

3.2 數(shù)據(jù)建設(shè)

(1)數(shù)據(jù)命名規(guī)范

Shpfile格式的地下管線成果數(shù)據(jù)由入庫(kù)程序自動(dòng)生成三維模型，Shpfile表字段名稱(chēng)必須符合程序規(guī)范要求。

Shpfile點(diǎn)表字段命名規(guī)則 表1

Shpfile線表字段命名規(guī)則 表2

(2)地下管線模型制作

地下管線模型是三維仿真平臺(tái)建設(shè)的核心內(nèi)容，主要包括遷移、保留、廢除管線和管點(diǎn)模型。管線模型制作流程如下:

①用管線系統(tǒng)軟件和ArcGIS軟件對(duì)設(shè)計(jì)院提供的管線圖進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化;

②通過(guò)管線自動(dòng)化入庫(kù)程序?qū)⒍S管線設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為三維地下管線模型，模型包括三維管線模型、搜索數(shù)據(jù)和管線數(shù)據(jù)庫(kù)三類(lèi)成果數(shù)據(jù);

圖1 管點(diǎn)管線數(shù)據(jù)發(fā)布流程圖

地下管線模型制作必須考慮設(shè)計(jì)圖中各大類(lèi)管線數(shù)據(jù)標(biāo)高規(guī)定，并結(jié)合自動(dòng)化程序標(biāo)高原則進(jìn)行適當(dāng)計(jì)算，以保證管線模型高度的精確性。

(3)三維建筑模型制作

模型制作是根據(jù)基礎(chǔ)地形圖和高程測(cè)量數(shù)據(jù)在3ds Max場(chǎng)景中創(chuàng)建三維建筑模型，并通過(guò)表面影像測(cè)量采集制作貼圖材質(zhì)，賦于建筑模型各個(gè)側(cè)面。

(4)三維地形模型制作

地形模型是通過(guò)平臺(tái)地形入庫(kù)工具進(jìn)行模型制作，制作完成后的地形數(shù)據(jù)不改變?cè)械臄?shù)據(jù)精度。

(5)管線模型數(shù)據(jù)更新

根據(jù)管線遷移設(shè)計(jì)方案的審查意見(jiàn)，在原有的管線模型數(shù)據(jù)基礎(chǔ)進(jìn)行持續(xù)更新修改，隨時(shí)為設(shè)計(jì)院或施工方提供最新的三維設(shè)計(jì)方案。

模型主要更新內(nèi)容為:更新管線設(shè)計(jì)調(diào)整范圍內(nèi)的三維模型，并同步更新相關(guān)屬性信息。

更新方法是首先確定設(shè)計(jì)更新范圍，然后按照更新范圍修改shpfile數(shù)據(jù)，最后利用自動(dòng)化入庫(kù)程序生成新的三維管線模型。

(6)成果主要指標(biāo)和規(guī)格

①圓管管線模型繞周長(zhǎng)面數(shù)要求不小于10個(gè)面數(shù)。

②管線材質(zhì)是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)色值顯示或管線材質(zhì)匹配兩種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，在平臺(tái)中根據(jù)需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換顯示。其中標(biāo)準(zhǔn)色值顯示方式是采用標(biāo)準(zhǔn)RGB色值來(lái)表現(xiàn)渲染效果，并且色值均按照設(shè)計(jì)圖中同類(lèi)二維地下管線色值進(jìn)行設(shè)置。

3.3 平臺(tái)建設(shè)

由地理信息技術(shù)(GIS)和3D虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合的三維仿真應(yīng)用平臺(tái)，主要集成了三維地下管線模型、地形模型和三維建筑模型，模型數(shù)據(jù)是通過(guò)平臺(tái)固定的數(shù)據(jù)組織方式、壓縮方式進(jìn)行整合，以實(shí)現(xiàn)對(duì)軌道交通車(chē)站地下管線遷移方案的空間分布展現(xiàn)。

關(guān)鍵性技術(shù)如下:

(1)管線自動(dòng)生成技術(shù)

平臺(tái)提供了與Oracle、SQL大型數(shù)據(jù)庫(kù)的接口，通過(guò)綁定shpfile文件字段中X、Y坐標(biāo)及高程值自動(dòng)生成三維管線模型，并且實(shí)現(xiàn)各類(lèi)管線的屬性數(shù)據(jù)查詢及顯示。

(2)海量數(shù)據(jù)集成技術(shù)

在平臺(tái)搭建與數(shù)據(jù)集成的基礎(chǔ)上，通過(guò)有效的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)多類(lèi)型數(shù)據(jù)的無(wú)縫集成，并實(shí)現(xiàn)三維海量數(shù)據(jù)的瀏覽、更新、查詢、統(tǒng)計(jì)等管理功能。

圖2 柳汀街站地下管線遷移設(shè)計(jì)方案鳥(niǎo)瞰圖

3.4 輔助設(shè)計(jì)與應(yīng)用

集成了各類(lèi)三維模型數(shù)據(jù)的三維仿真平臺(tái)，可應(yīng)用于車(chē)站地下管線遷移設(shè)計(jì)方案審查，通過(guò)三維模擬方式全方面瀏覽分析方案的可行性，為軌道交通管線遷移方案優(yōu)化提供更直接、可靠的依據(jù)。

(1)三維瀏覽顯示

通過(guò)平臺(tái)定制的三維瀏覽工具實(shí)現(xiàn)地上地下整體空間的三維瀏覽，可對(duì)三維地下管線進(jìn)行任意的角度觀察，查看管線遷移設(shè)計(jì)是否合理性。

(2)遷移方案對(duì)比

通過(guò)設(shè)置配置文件顯示圖層內(nèi)容，可對(duì)平臺(tái)中管線模型進(jìn)行雙屏瀏覽對(duì)比。圖3為柳汀街站地下管線遷移前現(xiàn)狀管布局與遷移設(shè)計(jì)后管線布局。

圖3 柳汀街站地下排水管線遷移前后布局對(duì)比

(3)空間量算

通過(guò)量測(cè)工具設(shè)計(jì)人員可以測(cè)量空間任意兩點(diǎn)間的距離。

(4)地下管線分析

通過(guò)管線分析工具可以讓設(shè)計(jì)人員更準(zhǔn)確的查看各管線的相對(duì)位置，為優(yōu)化方案設(shè)計(jì)提供可靠依據(jù)。如水平凈距分析、垂直凈距分析、緩沖分析、橫斷面分析等。

(5)管線屬性查詢、統(tǒng)計(jì)

設(shè)計(jì)人員通過(guò)屬性查詢工具可查詢?nèi)我獾墓芫€屬性信息。也可利用統(tǒng)計(jì)工具對(duì)管線的點(diǎn)性質(zhì)、管徑、材質(zhì)、埋深等屬性進(jìn)行分段統(tǒng)計(jì)或者分類(lèi)匯總。

(6)創(chuàng)建管道

設(shè)計(jì)人員在查看方案時(shí)對(duì)需修改的管線可通過(guò)管道創(chuàng)建工具進(jìn)行條件創(chuàng)建，用以作為二維設(shè)計(jì)圖更改時(shí)的參考依據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

地下管線遷移設(shè)計(jì)是軌道交通建設(shè)順利開(kāi)工的前期工作之一，基于軌道交通管線遷移的特點(diǎn)，通過(guò)三維仿真技術(shù)在設(shè)計(jì)人員進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)同步建設(shè)三維模型數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)集成后的地下管線仿真平臺(tái)進(jìn)行更直觀的全方位方案審核，輔助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行方案調(diào)整，有助于提高管線遷移設(shè)計(jì)的效率，保障軌道交通站點(diǎn)施工的順利實(shí)施。

通過(guò)對(duì)柳汀街站三維地下管線輔助設(shè)計(jì)項(xiàng)目的實(shí)踐，若要建設(shè)一個(gè)為城市建設(shè)、規(guī)劃部門(mén)、專(zhuān)業(yè)管線單位提供穩(wěn)定、成熟、高效、可擴(kuò)展并可持續(xù)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的城市地下管線三維空間虛擬現(xiàn)實(shí)仿真信息平臺(tái)，還需在數(shù)據(jù)建設(shè)和軟件應(yīng)用開(kāi)發(fā)方面進(jìn)行進(jìn)一步深入研究，比如結(jié)合地質(zhì)開(kāi)挖施工輔助地下管線設(shè)計(jì)、三維管線模型表現(xiàn)更精細(xì)化、管線地面附屬設(shè)備模型批量生成等等。

［1］CJJ61－2003.城市地下管線探測(cè)技術(shù)規(guī)程［S］.

［2］駱建軍，張頂立，王夢(mèng)恕等.地鐵施工對(duì)管線的影響［J］.中國(guó)鐵道科學(xué)，2006(06)

［3］徐永剛.寧波市軌道交通管線遷移管理模式初探［I］.地下工程與隧道，2010(1).

［4］王琪.網(wǎng)絡(luò)二維地圖與三維虛擬場(chǎng)景集成探討［J］.測(cè)繪科學(xué)，2008(02).

［5］寧波市規(guī)劃局.寧波市三維數(shù)字地圖技術(shù)規(guī)程(試行)［R］.2009