張廣遠(yuǎn)， 王永衛(wèi)， 趙維剛， 王保憲

（1. 石家莊鐵道大學(xué)大型結(jié)構(gòu)健康診斷與控制研究所，河北石家莊 050043；2. 石家莊鐵道大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，河北石家莊 050043）

0 引言

高速鐵路為我國(guó)交通運(yùn)輸作出了巨大貢獻(xiàn)，促進(jìn)了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。但是，從建筑全生命周期角度看，高鐵建設(shè)只是完成了設(shè)計(jì)、施工階段工作［1]，而后期的運(yùn)營(yíng)維護(hù)對(duì)系統(tǒng)性能的可持續(xù)性起著重要作用［2]，是列車安全運(yùn)行的重要保障，能更好地促進(jìn)政治、經(jīng)濟(jì)、文化等發(fā)展新增長(zhǎng)點(diǎn)的產(chǎn)生［3]。在影響高鐵安全的各種因素中，承載列車運(yùn)行的高鐵線下結(jié)構(gòu)（即無砟軌道及其下部各層結(jié)構(gòu)）是否發(fā)生病害及其損傷程度直接關(guān)系運(yùn)營(yíng)安全，包括無砟軌道板裂縫影響軌道壽命、CRTSⅡ型板中CA砂漿層空洞影響無砟軌道板承載力、路基不均勻沉降造成軌道不平順等。由此可見，高鐵線下結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和平順性在運(yùn)營(yíng)維護(hù)中扮演著重要角色。

對(duì)高鐵線下結(jié)構(gòu)服役期間隱性病害進(jìn)行檢測(cè)，并有效管理和表達(dá)檢測(cè)結(jié)果，作好病害多方面、深層次的分析準(zhǔn)備，實(shí)現(xiàn)病害信息可視化，可更好地促進(jìn)和指導(dǎo)維修養(yǎng)護(hù)工作的開展。由于病害類型多樣、位置不定，給數(shù)據(jù)的記錄、整理，以及病害的直觀表達(dá)帶來很大困難。同時(shí)，隨著現(xiàn)有檢測(cè)技術(shù)的先進(jìn)化，造成病害數(shù)據(jù)類型多樣，不僅要完成詳盡病害參數(shù)和數(shù)據(jù)管理，還需要在管理過程中做好不同病害數(shù)據(jù)來源的對(duì)應(yīng)工作，以便后期核對(duì)和檢查。

此外，雖然病害記錄手段的研究已在其他行業(yè)開展，但高鐵線下結(jié)構(gòu)病害可視化研究較少，亟需一種有效方法應(yīng)用于病害信息的管理、表達(dá)和分析，為高鐵線下結(jié)構(gòu)的維修養(yǎng)護(hù)提供強(qiáng)有力的指導(dǎo)。

1 研究對(duì)象

1.1 病害類型

我國(guó)高鐵線下結(jié)構(gòu)的病害類型多樣、位置不定。不同板式無砟軌道及其不同的線下結(jié)構(gòu)，病害類型也不盡相同：（1）CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道。該類型無砟軌道CA 砂漿層可能產(chǎn)生離縫脫空、汲水、裂縫和掉塊等病害形式［4]；（2）CRTSⅡ型板式無砟軌道。該類型無砟軌道可能產(chǎn)生軌道板表面開裂、擋肩破損、CA 砂漿層離縫、底座板傷損漏筋等病害形式［5]；（3）CRTSⅢ型板式無砟軌道。該類型無砟軌道自密實(shí)混凝土充填層受施工工藝及外部荷載影響，其與底座混凝土層的連接處可能存在層間離縫等缺陷［6]。由于高鐵路基受列車及外部環(huán)境作用，各層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不均勻沉降，形成軌道不平順，影響列車安全運(yùn)行［7]。高鐵線下結(jié)構(gòu)部分病害類型示意見圖1。

1.2 檢測(cè)數(shù)據(jù)類型

檢測(cè)技術(shù)的先進(jìn)化、多樣化有利于高鐵線下結(jié)構(gòu)病害研究，病害主要檢測(cè)方法及其數(shù)據(jù)類型如下：

（1）回彈法：以回彈距離作為強(qiáng)度的相關(guān)指標(biāo)，推測(cè)混凝土強(qiáng)度［8]。測(cè)試結(jié)果為各測(cè)區(qū)中測(cè)點(diǎn)回彈值的表格形式。

（2）沖擊回波：以沖擊力激勵(lì)結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生應(yīng)力波，應(yīng)力波傳播至結(jié)構(gòu)表面或離縫脫空不密實(shí)等缺陷處，介質(zhì)聲阻抗發(fā)生變化，通過快速傅里葉變換將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)化為頻域信號(hào)，最后通過主頻模態(tài)等變化，綜合分析評(píng)定結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷［9]。

（3）超聲波法：超聲波通過物體不同位置具有不同波速，通過波速對(duì)物體內(nèi)部信息進(jìn)行構(gòu)建，即根據(jù)材料和超聲波波速的關(guān)系確定材料的具體分布［10]。

圖1 高鐵線下結(jié)構(gòu)部分病害類型示意圖

（4）探地雷達(dá)：通過天線向被探測(cè)結(jié)構(gòu)發(fā)射信號(hào)，記錄并分析材料性能變化引起的反射能量。GPR技術(shù)可用于鋼筋及裂縫定位［11]。目前，探地雷達(dá)一般采集一維、二維和三維數(shù)據(jù)集，需要對(duì)圖像進(jìn)行一定處理［12]。

2 技術(shù)分析

計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)為問題的處理和分析帶來困難。針對(duì)這種現(xiàn)象，不同的可視化方法可以利用圖像處理、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)對(duì)所獲大量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，使各種難以直觀展示的信息被快速接收和理解。在不同行業(yè)，用于可視化的技術(shù)包括傳統(tǒng)的二維可視化方法、數(shù)據(jù)可視化技術(shù)、三維成像技術(shù)、科學(xué)計(jì)算可視化技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及BIM技術(shù)等。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和科學(xué)計(jì)算可視化技術(shù)具有天然聯(lián)系，在科學(xué)計(jì)算可視化技術(shù)中，數(shù)據(jù)信息的可視化往往需要借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建的三維結(jié)構(gòu)平臺(tái)表達(dá)，因此科學(xué)計(jì)算可視化需要用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)也促進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展。BIM技術(shù)包含建筑全生命周期所有信息，近年來也拓展到鐵路行業(yè)，對(duì)于病害信息的表達(dá)和管理有很好的應(yīng)用前景。數(shù)據(jù)可視化技術(shù)處理對(duì)象與以上三者不同，更多是為前三者技術(shù)中大量的數(shù)據(jù)信息服務(wù)，對(duì)其進(jìn)行后續(xù)分析并總結(jié)規(guī)律。傳統(tǒng)的二維可視化方法隨著技術(shù)及需求的發(fā)展，逐步向三維過渡。幾種可視化技術(shù)關(guān)系示意見圖2。

圖2 幾種可視化技術(shù)關(guān)系示意圖

2.1 二維可視化技術(shù)

傳統(tǒng)方法中有許多三維數(shù)據(jù)的二維可視化方法。最常用的是地形等高線圖，左興東［13]應(yīng)用C#對(duì)AutoCAD進(jìn)行開發(fā)，調(diào)用建模命令實(shí)現(xiàn)自動(dòng)建模，提高等高線圖的繪制效率。暈渲圖是通過模擬太陽(yáng)光對(duì)地面照射所產(chǎn)生的明暗程度，采用相應(yīng)灰度色調(diào)或彩色色調(diào)得到連續(xù)變化的色調(diào)。光照模型是地貌暈渲圖能夠在二維平面獲得三維立體形態(tài)的主要原因，李少梅等［14]推導(dǎo)了暈渲光照模型計(jì)算公式，并對(duì)該模型的地表灰度值的計(jì)算與變化進(jìn)行了分析研究。分層設(shè)色圖是應(yīng)用不同顏色或者灰度級(jí)表示不同高度帶，該方法可與其他可視化方法疊加，可改善圖像的顯示效果［15]。

2.2 數(shù)據(jù)可視化技術(shù)

數(shù)據(jù)可視化技術(shù)是一種對(duì)于數(shù)據(jù)視覺表現(xiàn)形式的研究，主要針對(duì)大型數(shù)據(jù)集中的非空間離散數(shù)據(jù)，將這些多維數(shù)據(jù)在二維平面中顯示，分類分析各特征屬性間的關(guān)系［16-17]。該技術(shù)主要應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、商業(yè)、金融、企業(yè)管理等方面［18]，可揭示數(shù)據(jù)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，是數(shù)據(jù)分析中必不可少的工具［19]。

近年來，數(shù)據(jù)可視化技術(shù)被應(yīng)用于鐵路各專業(yè)的數(shù)據(jù)分析和直觀表達(dá)［20]。李擎等［21]提出一種基于網(wǎng)格化管理思想的鐵路軌道狀態(tài)大數(shù)據(jù)可視化模型，采用多維尺度分析算法和混合層次K均值聚類算法，對(duì)軌道的健康狀態(tài)進(jìn)行可視化表達(dá)，直觀展示軌道網(wǎng)格健康狀態(tài)的相似性或差異性，提升管理者對(duì)軌道健康的把握度。針對(duì)海量的高鐵沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，張倩寧等［22]研究出一種沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的集成模型，提高了數(shù)據(jù)管理效率。

程志強(qiáng)等［23]以TypeScript 為編程語(yǔ)言，結(jié)合Bootstrap 和Echarts 等構(gòu)建林業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新、信息空間分布展示及快速查詢、數(shù)據(jù)可視化分析等功能，全面直觀展現(xiàn)林業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)潛在的屬性、空間、時(shí)間特性。

2.3 三維成像技術(shù)

相比二維可視化技術(shù)，三維成像技術(shù)更加直觀地表達(dá)了實(shí)際工程信息，可應(yīng)用于信息、工業(yè)和生命科學(xué)等更廣泛的領(lǐng)域［24]。

在工業(yè)領(lǐng)域，對(duì)被測(cè)物體的三維形狀和尺寸的檢測(cè)至關(guān)重要，三維成像的地位也越來越高?；诩す饫走_(dá)的三維成像技術(shù)分辨率高、測(cè)量精度高，信息獲取方式包括了掃描式三維成像激光雷達(dá)、面陣式三維成像激光雷達(dá)［25]。利用激光掃描儀可獲取目標(biāo)表面的三維坐標(biāo)、輪廓信息，迅速準(zhǔn)確地建立三維模型［26]。基于機(jī)器視覺的三維成像技術(shù)也可獲取三維場(chǎng)景的圖像信息［27]。2014年，重慶大學(xué)的李新科針對(duì)大跨度斜拉索橋梁的安全性研究出一種機(jī)器視覺檢測(cè)系統(tǒng)；2018年，浙江理工大學(xué)的胡浩等［28]提出一種基于機(jī)器視覺的小磁瓦表面微小缺陷檢測(cè)法，進(jìn)一步開拓了機(jī)器視覺市場(chǎng)。由此可見，3D 機(jī)器視覺正成為輔助產(chǎn)品制造、質(zhì)量控制等工作的關(guān)鍵技術(shù)之一。在高鐵領(lǐng)域，采用光測(cè)技術(shù)結(jié)合機(jī)器視覺系統(tǒng)和數(shù)字圖像處理技術(shù)取代全站儀，實(shí)現(xiàn)了無砟軌道三維坐標(biāo)的獲取與測(cè)量，基于三維成像技術(shù)的無砟軌道板尺寸檢測(cè)工作更加快速、精確［29]。

2.4 科學(xué)計(jì)算可視化技術(shù)

科學(xué)計(jì)算可視化技術(shù)是運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)或者一般圖形學(xué)的原理和方法［30]。1987年2月，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)正式給出科學(xué)計(jì)算可視化的定義［31]。石教英、蔡文立、李曉梅等專家與學(xué)者則為我國(guó)的科學(xué)計(jì)算可視化技術(shù)的發(fā)展作出了巨大貢獻(xiàn)［32]?？茖W(xué)計(jì)算可視化就是利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)將獲得的數(shù)字信息轉(zhuǎn)換為圖形、圖像以便將數(shù)據(jù)更加直觀地表現(xiàn)出來［33]，廣泛運(yùn)用于醫(yī)學(xué)、地質(zhì)勘探、有限元分析、流體力學(xué)、氣象預(yù)報(bào)等眾多領(lǐng)域［34]。

封靈［35]以鉆孔獲得的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用Visual C++按照面向?qū)ο笈c結(jié)構(gòu)化相結(jié)合等原則構(gòu)建可視化模型。楊峻等［36]通過該技術(shù)進(jìn)行可視化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使計(jì)算分析復(fù)雜結(jié)構(gòu)的橋梁空間分析軟件3DBridge 建立橋梁模型更加快速，增強(qiáng)了軟件的直觀性。

2.5 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)利用計(jì)算機(jī)生成虛擬環(huán)境，是一種多源信息融合交互式的三維動(dòng)態(tài)實(shí)景和實(shí)體行為的系統(tǒng)仿真，主要應(yīng)用于實(shí)時(shí)視覺模擬的Vega 軟件，也經(jīng)常應(yīng)用于基于Internet 的網(wǎng)絡(luò)虛擬現(xiàn)實(shí)的VRML 和X3D軟件及其他虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相關(guān)軟件［37]。

徐衛(wèi)亞等［38]論證了X3D軟件在邊坡工程安全監(jiān)測(cè)三維可視化工作中的適應(yīng)性，實(shí)現(xiàn)了三維地質(zhì)的虛擬建模、三維地質(zhì)條件可視化查詢、邊坡安全監(jiān)測(cè)等功能，探究了虛擬現(xiàn)實(shí)可視化方法在該方面的可行性。三維地質(zhì)虛擬模型示意見圖3，邊坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)界面示意見圖4。

圖3 三維地質(zhì)虛擬模型示意圖

圖4 邊坡監(jiān)測(cè)系統(tǒng)界面示意圖

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可應(yīng)用于隧道維護(hù)和安全評(píng)估。張?jiān)讫埖龋?9]通過建立隧道的三維虛擬模型以及病害模型，將不同病害模型添加至虛擬模型。用戶可直觀了解病害分布并更具體地查看病害參數(shù)信息。隧道病害可視化效果見圖5。

圖5 隧道病害可視化效果圖

2.6 BIM技術(shù)

BIM包含建筑項(xiàng)目全生命周期內(nèi)的時(shí)間、成本、位置等信息，既包括建筑的幾何信息，也包括非幾何信息［40]。一種基于案例推理（CBR）的集成BIM 系統(tǒng)應(yīng)用于后期建筑維護(hù)，但根據(jù)麥格勞希爾建筑公司的報(bào)告，只有25%的美國(guó)公共業(yè)主和11%的私營(yíng)企業(yè)為BIM制定了企業(yè)正式要求［41]。

隨著深基坑開挖項(xiàng)目的推進(jìn)，會(huì)產(chǎn)生大量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和項(xiàng)目信息。開發(fā)基于BIM 技術(shù)的基坑監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，提供完整的監(jiān)控視圖，對(duì)信息進(jìn)行集成并以多種方式顯示，可使復(fù)雜數(shù)據(jù)能以易于理解的可視化格式有效顯示［42]。基坑監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意見圖6，監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息示意見圖7。

圖6 基坑監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖

圖7 監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息示意圖

港珠澳大橋借助BIM 技術(shù)創(chuàng)建三維可視化模型，實(shí)現(xiàn)了檢查分析、方案優(yōu)化等功能［43]；滬通長(zhǎng)江大橋?yàn)樘岣咪摌蛑圃熨|(zhì)量，采用Tekla 軟件建模，實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)、干涉校核、零件安裝順序模擬等功能，極大提高了鋼結(jié)構(gòu)制造的效率和質(zhì)量，并節(jié)約了成本［44]。

為更好解決高鐵設(shè)計(jì)、施工、后期維修養(yǎng)護(hù)，鐵路BIM 聯(lián)盟應(yīng)運(yùn)而生。鐵路BIM 聯(lián)盟初步建立了鐵路BIM標(biāo)準(zhǔn)體系框架，填補(bǔ)了BIM標(biāo)準(zhǔn)體系在鐵路行業(yè)的空白［45]。BIM 技術(shù)在鐵路行業(yè)的應(yīng)用雖在起步階段，但研究及應(yīng)用已全面展開，“系統(tǒng)”“模型”和“可視化”等關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻度頗高［46]，可根據(jù)實(shí)際問題將BIM技術(shù)應(yīng)用于鐵路可視化工作中，模擬不同結(jié)構(gòu)的真實(shí)信息，增強(qiáng)可視化效果［47]。

目前，鐵路項(xiàng)目逐漸將BIM 技術(shù)作為衡量工程管理與施工質(zhì)量的重要指標(biāo)，推廣BIM 技術(shù)的應(yīng)用是建設(shè)數(shù)字鐵路、智慧鐵路、精品鐵路的必然選擇。在京沈客專BIM 試點(diǎn)項(xiàng)目中，實(shí)現(xiàn)了站前專業(yè)協(xié)同的BIM設(shè)計(jì)，完成了工程建設(shè)信息的快速傳輸、數(shù)理統(tǒng)計(jì)自動(dòng)分析，給各級(jí)管理者作出科學(xué)決策提供了依據(jù)；陽(yáng)大鐵路在設(shè)計(jì)建造過程中應(yīng)用了BIM 技術(shù)，這是原鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司首次開展長(zhǎng)段落的全專業(yè)、全生命周期BIM 應(yīng)用；青連鐵路四電BIM 試點(diǎn)項(xiàng)目是首次開展以四電為主的全專業(yè)的BIM 應(yīng)用項(xiàng)目，探索了BIM 技術(shù)在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維中的應(yīng)用，以數(shù)字化、信息化和可視化的方式提升了設(shè)計(jì)精度和深度，并達(dá)到施工信息的無縫傳遞、管理協(xié)調(diào)、安全質(zhì)量控制等目的。

另外，韓元利［48]指出了鐵路BIM建設(shè)的誤區(qū)，應(yīng)注意到與建筑行業(yè)中BIM 技術(shù)的本質(zhì)區(qū)別，針對(duì)性提出鐵路信息模型（RIM）的概念；趙曉東等［49]將BIM技術(shù)應(yīng)用于鐵路信號(hào)施工管理過程中，搭建信號(hào)設(shè)備模型構(gòu)件庫(kù)，完成了基于BIM 技術(shù)的可視化信號(hào)設(shè)備模型設(shè)計(jì)；張艷文［50]將BIM 技術(shù)應(yīng)用于鐵路選線工作，提出鐵路勘測(cè)設(shè)計(jì)BIM 技術(shù)與激光掃描技術(shù)結(jié)合的創(chuàng)新構(gòu)想。

3 適應(yīng)性研究

綜上所述，不同領(lǐng)域有其相關(guān)的可視化方法應(yīng)用。目前，通過文獻(xiàn)檢索未發(fā)現(xiàn)完全針對(duì)高鐵線下結(jié)構(gòu)病害的可視化技術(shù)。因此，需要基于高鐵線下結(jié)構(gòu)病害可視化表達(dá)的適應(yīng)性，研究一種可行的可視化方法，完成大量病害數(shù)據(jù)集中管理、病害空間分布的直觀表達(dá)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)后期數(shù)據(jù)分析，為線下結(jié)構(gòu)的維修和養(yǎng)護(hù)提供幫助和指導(dǎo)。

3.1 可視化技術(shù)

3.1.1 二維可視化

由于二維平面的局限性，相關(guān)技術(shù)人員不能全方位觀察目標(biāo)物，需要通過不同技術(shù)和表達(dá)方法將描述參數(shù)疊加，增強(qiáng)圖形可讀性。等高線圖、暈渲圖和分層設(shè)色圖等作為傳統(tǒng)的三維數(shù)據(jù)的二維可視化方法，有其各自優(yōu)點(diǎn)并被廣泛應(yīng)用于屏幕顯示及平面制圖中。

但是，隨著需求的增長(zhǎng)和可視化要求的提高，傳統(tǒng)可視化方法已不滿足顯示、挖掘隱含信息的要求。另外，以上方法大多用于地形勘察，不適用于鐵路軌道，更不適用于無砟軌道多層線下結(jié)構(gòu)病害信息的表達(dá)。

3.1.2 數(shù)據(jù)可視化

根據(jù)數(shù)據(jù)可視化技術(shù)概念及其主要應(yīng)用可以看出，該技術(shù)主要應(yīng)用于顯示一個(gè)領(lǐng)域內(nèi)數(shù)據(jù)的多維屬性，以及它們之間存在的關(guān)系。該技術(shù)多圍繞大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用，成為大數(shù)據(jù)的一種必要表達(dá)形式。通過構(gòu)建相應(yīng)的系統(tǒng)平臺(tái)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存、讀取和分析，從而清晰有效地表現(xiàn)大數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含的規(guī)律信息。近年來，數(shù)據(jù)可視化技術(shù)也被應(yīng)用于鐵路相關(guān)數(shù)據(jù)分析，如鐵路出行信息可視化、不同時(shí)段客流量信息可視化等。

對(duì)于高鐵線下結(jié)構(gòu)病害可視化，首先要研究通過三維建模方式實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)以及不同結(jié)構(gòu)處不同病害信息的真實(shí)表達(dá)，其次是完成繁多的數(shù)據(jù)類型分類及后期數(shù)據(jù)綜合分析。因此，需要繼續(xù)研究一種合適的可視化方法解決前者問題，采用數(shù)據(jù)可視化技術(shù)挖掘不同位置病害數(shù)據(jù)背后的信息，讓數(shù)據(jù)“開口”說話。

3.1.3 三維成像

從鐵路及其他工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用看，三維成像是一種用于獲取建模數(shù)據(jù)的技術(shù)，直接關(guān)系產(chǎn)品質(zhì)量和性能評(píng)估結(jié)果，但并不適用于建立一種富含各種信息的模型載體。在鐵路行業(yè)中，對(duì)無砟軌道建立三維定位系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，僅可滿足無砟軌道施工測(cè)量及建成后的驗(yàn)收測(cè)量需要。因此，該技術(shù)不適用于高鐵線下結(jié)構(gòu)病害的可視化表達(dá)，要借助其他技術(shù)滿足需求。

3.1.4 科學(xué)計(jì)算可視化、虛擬現(xiàn)實(shí)

科學(xué)計(jì)算可視化、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，具有廣闊的前景。盡管已有相關(guān)學(xué)者應(yīng)用這2種技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)、地質(zhì)結(jié)構(gòu)表達(dá)等工作中實(shí)現(xiàn)了信息管理和病害可視化，但其在鐵路行業(yè)應(yīng)用較少，需要進(jìn)行相關(guān)專業(yè)化開發(fā)，將該技術(shù)以及相關(guān)軟件進(jìn)行拓展，才能符合高鐵線下結(jié)構(gòu)病害可視化表達(dá)的要求。

3.1.5 BIM技術(shù)

BIM技術(shù)起源于建筑行業(yè)，隨后被大力推廣進(jìn)入鐵路行業(yè)。BIM技術(shù)可為建筑物的全生命周期提供很好的技術(shù)支持，但其在鐵路行業(yè)多應(yīng)用于設(shè)計(jì)、施工階段，應(yīng)用場(chǎng)合存在局限性。對(duì)于高鐵線下結(jié)構(gòu)病害可視化的應(yīng)用較少，且側(cè)重于三維模型展示，設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維階段沒有形成很好的銜接，還需要開發(fā)可實(shí)現(xiàn)信息表達(dá)的病害信息模型。

3.2 可視化軟件

為了實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)信息和檢測(cè)信息共同可視化的目的，需要借助各種軟件進(jìn)行建模。二維可視化、數(shù)據(jù)可視化和三維成像等技術(shù)在高鐵線下結(jié)構(gòu)病害可視化中的應(yīng)用性較弱，因此分析其他技術(shù)的相關(guān)可視化軟件對(duì)高鐵線下結(jié)構(gòu)病害可視化工作的適應(yīng)性。

3.2.1 OpenGL

OpenGL 是指定義了一個(gè)跨編程語(yǔ)言、跨平臺(tái)的編程接口規(guī)格的專業(yè)圖形程序接口。它用于二維或三維圖像，是一個(gè)功能強(qiáng)大，調(diào)用方便的底層圖形庫(kù)，主要用于三維地形可視化、動(dòng)畫仿真、游戲開發(fā)等，經(jīng)常應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算可視化技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，文獻(xiàn)中也有將該程序接口用于結(jié)構(gòu)可視化工作，因此適用性較強(qiáng)。

2.策略：賣家可選擇的標(biāo)價(jià)策略有：其一，標(biāo)出稅額，即化妝品價(jià)格不含稅額，另標(biāo)出應(yīng)納進(jìn)口關(guān)稅、消費(fèi)稅和增值稅；其二，不標(biāo)出稅額，即化妝品價(jià)格含稅額。買家可選擇的購(gòu)買策略有：其一，分別購(gòu)買單件化妝品；其二，購(gòu)買套裝化妝品。

3.2.2 Revit

Revit 是建筑業(yè)BIM體系中應(yīng)用最廣泛的軟件之一，已大量應(yīng)用于鐵路行業(yè)。Revit 可實(shí)現(xiàn)病害模型參數(shù)化建模，二次開發(fā)能力強(qiáng)大，可根據(jù)需求完成相應(yīng)的管理功能，適用性較強(qiáng)。

3.2.3 Bentley

Bentley 也是一種BIM 軟件，能較好解決建筑全生命周期問題，主要應(yīng)用于工廠設(shè)計(jì)、道橋、市政、水利等基礎(chǔ)建設(shè)，但二次開發(fā)能力弱于Revit。

3.2.4 Archi CAD

Archi CAD 同樣應(yīng)用于BIM，擁有GDL 技術(shù)，用戶可根據(jù)要求創(chuàng)建智能化的三維建筑和二維圖形。該軟件有豐富的對(duì)象庫(kù)，但是不能用于細(xì)部構(gòu)造，建模能力較弱，參數(shù)化建模復(fù)雜，因此不適用于病害信息可視化工作。

4 結(jié)論

不同可視化技術(shù)有其相應(yīng)的應(yīng)用領(lǐng)域，但很少應(yīng)用于高鐵線下結(jié)構(gòu)病害可視化。傳統(tǒng)的二維可視化方法及三維成像技術(shù)不能滿足高鐵線下結(jié)構(gòu)病害的表達(dá)及復(fù)雜病害信息的描述，故不建議將二維可視化方法及三維成像技術(shù)應(yīng)用于高鐵線下結(jié)構(gòu)病害可視化工作中。虛擬現(xiàn)實(shí)和科學(xué)計(jì)算可視化技術(shù)雖然有一定病害信息可視化應(yīng)用，但其他行業(yè)的病害數(shù)據(jù)并不等同于高鐵線下結(jié)構(gòu)病害信息，需要有針對(duì)性地將相關(guān)技術(shù)拓展到鐵路行業(yè)，結(jié)合高鐵線下結(jié)構(gòu)病害可視化表達(dá)要求，嘗試提供虛擬現(xiàn)實(shí)、科學(xué)計(jì)算可視化技術(shù)為高鐵線下結(jié)構(gòu)病害可視化工作的可能性。BIM技術(shù)在鐵路行業(yè)已有較多應(yīng)用。雖然BIM 技術(shù)在鐵路行業(yè)運(yùn)維階段應(yīng)用較少，但可借助相關(guān)軟件進(jìn)行開發(fā)。與科學(xué)計(jì)算可視化及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的OpenGL相比，Revit軟件在建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域比較有針對(duì)性，且二次開發(fā)功能比較強(qiáng)大。因此，可在鐵路行業(yè)現(xiàn)有應(yīng)用基礎(chǔ)上，將BIM技術(shù)進(jìn)行拓展、開發(fā)，有針對(duì)性地研究一種可視化方法，實(shí)現(xiàn)病害數(shù)據(jù)錄入、管理和表達(dá)，采用數(shù)據(jù)可視化技術(shù)處理高鐵線下結(jié)構(gòu)病害信息，挖掘數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含的信息，解決病害類型繁雜、檢測(cè)數(shù)據(jù)多樣、可視化方法匱乏等問題，進(jìn)而填補(bǔ)高鐵線下結(jié)構(gòu)病害信息可視化工作的空白。