張晨

（中國鐵路設計集團有限公司，天津 300251）

0 引言

鐵路地質(zhì)工作內(nèi)容包羅萬象，地質(zhì)情況復雜，再加上鐵路帶狀工程的特點，工程區(qū)域內(nèi)地質(zhì)情況變化極大，構(gòu)造豐富，工程勘探手段多樣，成果多元［1］，因此地質(zhì)數(shù)據(jù)很難用通用的數(shù)據(jù)語言表達清楚。

BIM技術(shù)是目前世界各國都在推廣的革命性工程數(shù)字化技術(shù)，囊括了一個工程“從生到死”的全過程［2］，對工程決策、設計、施工、運營管理及后期拆除等均具備強大的技術(shù)支撐能力。而在鐵路工程設計中，地質(zhì)數(shù)據(jù)作為一切設計的開端，具有舉足輕重的作用［3］。但基于鐵路地質(zhì)數(shù)據(jù)格式及內(nèi)容的多元性，目前關(guān)于標準化的鐵路地質(zhì)數(shù)據(jù)如何應用到BIM 技術(shù)中來仍然沒有較好的進展和解決方案。

工業(yè)基礎類型（Industry Foundation Class，IFC）標準是一種國際通用數(shù)據(jù)標準［4］，其核心是如何描述及獲取工程信息，該標準可以解決多元終端數(shù)據(jù)格式不匹配的問題［5］。用一種國際通用的格式來解決復雜的地質(zhì)數(shù)據(jù)在不同軟件、系統(tǒng)間的交互具有極佳效果［6］。在此，以上述IFC標準的架構(gòu)為基礎，開展對鐵路地質(zhì)數(shù)據(jù)信息存儲標準的編制和擴展。

1 鐵路工程信息模型基礎數(shù)據(jù)體系概述

鐵路工程信息模型基礎數(shù)據(jù)是在IFC體系結(jié)構(gòu)的基礎上，根據(jù)鐵路工程需要進行擴展，鐵路工程信息模型基礎數(shù)據(jù)體系結(jié)構(gòu)見圖1。在資源層（Resource Layer）的幾何資源中增加了線路中心線的部分定義；在核心層（Core Layer）的產(chǎn)品擴展（Product Extension）中擴展了IFC Alignment 類，用于表示鐵路線路中心線；在共享層（Interop Layer）中增加了鐵路工程共享模式的定義，包括公用類型、公用空間結(jié)構(gòu)、公用零件和公用屬性集［8］；在專業(yè)領域?qū)樱―omain Layer），暫時擴展了線路、軌道、路基、橋梁、隧道、站場6個專業(yè)領域。

鐵路工程空間結(jié)構(gòu)組成見圖2。鐵路項目（IfcProject）可包含1條或多條鐵路線（IfcRailway）和1個或多個鐵路樞紐（IfcRailwayTerminal）。鐵路線（IfcRailway）可包含1條或多條線路中心線（IfcAlignment），1條或多條軌道（IfcTrack），1個或多個路基（IfcSubgrade）、橋梁（IfcBridge）、隧道（IfcTunnel）、車站（IfcRailwayStation）、建筑（IfcBuilding）工點。鐵路樞紐（IfcRailwayTerminal）也可包含一系列鐵路線（IfcRailway）和鐵路車站（IfcRailwayStation）。

在上述工作基礎上，地質(zhì)專業(yè)根據(jù)自身專業(yè)特點和工作內(nèi)容，將自身工作中的重點內(nèi)容，尤其是與其他專業(yè)存在協(xié)同的技術(shù)指標和工作成果整理分類，翻譯成面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)存儲與交換模式，與鐵路其他站前專業(yè)的存儲標準融為一體，使鐵路信息模型從勘察到設計、施工成為一個完整的體系［7］。

2 鐵路地質(zhì)數(shù)據(jù)存儲標準構(gòu)建

2.1 模型架構(gòu)

鐵路地質(zhì)BIM數(shù)據(jù)模型架構(gòu)被設定為1個帶狀的地質(zhì)組合體及相關(guān)附屬地質(zhì)元素的集合。由于線路過長，根據(jù)不同工點類型，將整段線路劃分為若干地質(zhì)工點，每個地質(zhì)工點里面均包含若干地質(zhì)體和地質(zhì)鉆孔［8］，這些基本構(gòu)件元素通過圖3 的方式被組織起來。其中：地質(zhì)工點（IfcGeologyPart）可以被視為鐵路地質(zhì)工程的節(jié)點單元。地質(zhì)構(gòu)件（IfcGeologyElement）主要包括巖土體（IfcRockSoilMass）、鉆孔（IfcDrillHole）、鉆孔地質(zhì)體（IfcDrillHoleLayer）。

圖3 地質(zhì)空間結(jié)構(gòu)單元與構(gòu)件關(guān)系

2.1.1 地質(zhì)空間結(jié)構(gòu)單元

本標準在IfcSpatialStructureElement 下派生出地質(zhì)工點（IfcGeologyPart）。地質(zhì)工點（IfcGeologyPart）通過預定義類型屬性（PredefinedType）進一步分為：橋梁工點（FORBRIDGE）、路基工點（FORSUBGRADE）、隧道工點（FORTUNNEL）、建筑工點（FORBUILDING）［9］。地質(zhì)空間結(jié)構(gòu)單元Express-G圖見圖4。

圖4 地質(zhì)空間結(jié)構(gòu)單元Express-G圖

2.1.2 地質(zhì)構(gòu)件

定義了地質(zhì)空間結(jié)構(gòu)單元后，還要對地質(zhì)相關(guān)的構(gòu)件進行定義，以便將所有地質(zhì)數(shù)據(jù)分類綜合到體系當中來。地質(zhì)構(gòu)件Express-G圖見圖5。具體構(gòu)件如下：

（1）地質(zhì)元素（IfcGeologyElement）：是所有地質(zhì)構(gòu)件的父類。

圖5 地質(zhì)構(gòu)件Express-G圖

（2）巖土體（IfcRockSoilMass）：占有一定空間，具備固有成分并可與周圍物質(zhì)相區(qū)別的地質(zhì)作用的產(chǎn)物。通過預定義類型屬性（PredefinedType）進一步分為：碎石土（SOILAGGREGATE）、砂土（SANDYSOIL）、粉土（MUDDYSOIL）、黏性土（CLAYEDSOIL）、巖石（ROCK）；通過特殊巖土類型屬性（SpecialGeologyType）進一步分為：一般巖土（GENERALGEOLOGY）、濕陷性土（COLLAPSIBLESOIL）、膨脹土（EXPANSIVESOIL）、凍土（FROST）、紅黏土（REDCLAYEDSOIL）、軟土（YIELDINGSOIL）、混合土（MIXEDSOIL）、填土（BANKING）、鹽漬巖土（HALOMORPHICSOIL）、殘積土（RESIDUALSOIL）、污染土（POLLUTIONSOIL）；通過地質(zhì)災害類型屬性（Geology-DisasterType）分為：一般地質(zhì)類型（GENERAL）、滑坡（LANDSLIDE）、泥石流（DEBRISFLOW）、巖溶（KARST）、小型采空（GOB）、放射性廢物（RADIOACTIVE）、地震液化（EARTHQUAKELIQ）、風沙（SANDSTORM）。

（3）鉆孔（IfcDrillHole）：以勘探點所處的地面位置為圓心，一定半徑和深度范圍內(nèi)的地層集合。

（4）鉆孔地質(zhì)體（IfcDrillHoleLayer）：鉆孔中的地層，是巖土體（IfcRockSoilMass）的子類。

2.2 實體定義

用來表達三維空間中具體地質(zhì)模型的數(shù)據(jù)類型。下述實體將會成為所有地質(zhì)信息的幾何載體，具體包括地質(zhì)元素（IfcGeologyElement）、地質(zhì)工點（IfcGeologyPart）、巖土體（IfcRockSoilMass）、鉆孔（IfcDrill-Hole）、鉆孔地質(zhì)體（IfcDrillHoleLayer）。其中，IfcGeologyElement 是所有地質(zhì)構(gòu)件的父類。IfcGeologyPart 用以表達地質(zhì)工點。IfcRockSoilMass 定義為地質(zhì)體的基本單元，若干巖土體構(gòu)成整片區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)狀況。Ifc-DrillHole定義以勘探點所處的地面位置為圓心，一定半徑和深度范圍內(nèi)的地層集合。IfcDrillHoleLayer 定義為鉆孔探測到的地層單元。上述實體所包含的屬性集見表1—表5。

表1 IfcRockSoilMass屬性集（之一）

表2 IfcRockSoilMass屬性集（之二）

表3 IfcRockSoilMass屬性集（之三）

表4 IfcRockSoilMass屬性集（之四）

表5 IfcDrillHoleLayer屬性集

3 鐵路地質(zhì)IFC標準的軟件實現(xiàn)

基于VBA 語言對CATIA 軟件進行二次開發(fā)，將上述地質(zhì)數(shù)據(jù)存儲標準落實到軟件當中，并與三維地質(zhì)建模功能結(jié)合在一起，進而實現(xiàn)IFC地質(zhì)屬性信息與地質(zhì)三維模型間的融合落地。

首先根據(jù)傳統(tǒng)地質(zhì)資料中的柱狀圖、縱斷面等地質(zhì)圖件結(jié)合試驗信息，在CATIA 平臺中構(gòu)建出地質(zhì)體和地質(zhì)鉆孔的幾何模型，其中每個幾何體中都具備獨有的識別碼，以此為屬性信息的鏈接預備接口。CATIA中的地質(zhì)體構(gòu)建見圖6。

圖6 CATIA中的地質(zhì)體構(gòu)建

之后，利用地質(zhì)數(shù)據(jù)庫與地質(zhì)幾何體識別碼的一一對應關(guān)系將地質(zhì)信息與三維幾何體融合在一起。IFC數(shù)據(jù)在CATIA中的程序化實現(xiàn)見圖7。

圖7 IFC數(shù)據(jù)在CATIA中的程序化實現(xiàn)

4 結(jié)束語

根據(jù)地質(zhì)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)特點和屬性類型，將所有信息按照不同尺度進行分類，并將其擴展為IFC結(jié)構(gòu)體系中的一部分，使地質(zhì)數(shù)據(jù)成為國際通用的存儲與讀寫格式，并通過VBA 編程，實現(xiàn)了地質(zhì)IFC 屬性信息在軟件中的落地，為地質(zhì)BIM 技術(shù)的實現(xiàn)及在鐵路工程中的應用提供了堅實的技術(shù)支持。