韓元利

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430063）

1 概述

自然世界任何對(duì)象的智能化進(jìn)步均是以數(shù)字化、虛擬化過程為智能挖掘的載體［1］。假如電子地圖沒有實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的描繪，精度再高的GPS也無法進(jìn)行智能導(dǎo)航。同樣沒有建立一個(gè)完整的線路生命體，交通工程的智能化無論是表現(xiàn)手段還是智能深度都會(huì)極大受限。因此，構(gòu)建智能鐵路的基石，是實(shí)現(xiàn)鐵路工程的數(shù)字化表達(dá)，從構(gòu)建完整的、與地理環(huán)境高度融合的三維數(shù)字鐵路開始［2-3］。

自20世紀(jì)90年代美國(guó)前副總統(tǒng)戈?duì)柼岢觥皵?shù)字地球”虛擬化物理世界的宏觀構(gòu)想開始，自然世界從物理態(tài)向數(shù)字態(tài)的演變歷經(jīng)了3個(gè)時(shí)代（見圖1）［4］。

圖1 物理世界數(shù)字化形成智慧體的發(fā)展過程

BIM在這個(gè)過程中承擔(dān)了數(shù)字零部件的角色，是數(shù)字工程的一個(gè)元件子集，無法從空間統(tǒng)一保障、地理環(huán)境集成等方面保障數(shù)字交通作為系統(tǒng)性工程的實(shí)施條件。而對(duì)線性工程巨量零件系統(tǒng)的組織管理，則更要依賴工程控制論來布局管理，交通工程的智能化應(yīng)體現(xiàn)和聚焦于線路工程作為系統(tǒng)性工程的整體智能上［5］。1座橋、1座隧道或1座車站都不足以體現(xiàn)甚至代表應(yīng)以完整生命體存在的線路工程。

智能交通的核心任務(wù)首先就是構(gòu)建孿生三維數(shù)字鐵路資產(chǎn)［5］及圍繞普適性的資產(chǎn)面向各類線路設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)維過程中的業(yè)務(wù)定制開發(fā)與智能化挖掘。基于10多年來在數(shù)字地球技術(shù)上開發(fā)三維選線設(shè)計(jì)系統(tǒng)的實(shí)踐，論述了三維數(shù)字鐵路的資產(chǎn)體系化構(gòu)建與逐步拓展應(yīng)用的技術(shù)路線，從中可以看出：地理環(huán)境融合與空間分析手段所帶來的參數(shù)化、自動(dòng)化、智能化設(shè)計(jì)與建模技術(shù)提供了比人工BIM構(gòu)建更高效的大規(guī)模孿生數(shù)字鐵路資產(chǎn)構(gòu)建手段；完整的普適性的空間數(shù)據(jù)庫(kù)資產(chǎn)比單純的BIM更具備廣泛的全生命周期應(yīng)用價(jià)值。

2 三維選線設(shè)計(jì)系統(tǒng)

三維選線設(shè)計(jì)系統(tǒng)基于數(shù)字地球平臺(tái)提供了“宏-微觀”一體的三維實(shí)體選線“所設(shè)即所得”的實(shí)時(shí)設(shè)計(jì)能力，提供了宏觀與細(xì)化選線設(shè)計(jì)的多種手段，提供了實(shí)時(shí)參數(shù)化構(gòu)建橋梁、隧道、路基、站場(chǎng)的快速建模能力，廣泛而豐富的地理信息為科學(xué)決策選線提供了全方位的地理信息支撐。系統(tǒng)利用GIS的空間分析能力提供了自動(dòng)拉坡設(shè)計(jì)、自動(dòng)橋隧插旗與命名、自動(dòng)排水邊溝疏流設(shè)計(jì)、面向BIM的構(gòu)件三維匹配建模與精細(xì)化的工程數(shù)量統(tǒng)計(jì)功能，可應(yīng)用于鐵路、地鐵、公路、電力、管線及河道的線路三維直觀可視設(shè)計(jì)，構(gòu)建的三維數(shù)字線路模型資產(chǎn)成果可用于網(wǎng)絡(luò)發(fā)布、移動(dòng)應(yīng)用、VR/AR業(yè)務(wù)體驗(yàn)及BIM全生命周期應(yīng)用開發(fā)。系統(tǒng)開發(fā)成果在渝宜鐵路、蘇錫常鐵路等30多個(gè)鐵路項(xiàng)目中得以應(yīng)用并在網(wǎng)絡(luò)數(shù)字鐵路平臺(tái)中實(shí)現(xiàn)發(fā)布式共享應(yīng)用，高效地為各類鐵路、公路項(xiàng)目提供了全生命周期的三維數(shù)字線路模型資產(chǎn)，為項(xiàng)目的投標(biāo)、匯演決策提供了直觀的決策能力。三維選線設(shè)計(jì)系統(tǒng)先后獲得了中國(guó)鐵建、國(guó)家鐵路局、中國(guó)勘察設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)等多項(xiàng)優(yōu)秀工程軟件一等獎(jiǎng)。

三維選線設(shè)計(jì)系統(tǒng)能夠研制成功，得益于遵從物理世界數(shù)字化的客觀過程，沿襲數(shù)字地球→數(shù)字城市→數(shù)字工程一脈相承的技術(shù)理念［4］，以3D GIS的技術(shù)手段與空間觀出發(fā)，整合各類地理環(huán)境資源，通過對(duì)線性工程開發(fā)自動(dòng)化建模手段提供批量的零件模型形成線路實(shí)體，以空間數(shù)據(jù)庫(kù)的組織形式實(shí)現(xiàn)整條線路工程模型在真實(shí)地理環(huán)境上完美融合疊加。

三維選線系統(tǒng)除提供給設(shè)計(jì)院交互手段外，更重要的是提供了獨(dú)立于任何商業(yè)平臺(tái)的普適性數(shù)字鐵路資產(chǎn)，這種資產(chǎn)格式完全公開透明且完全滿足國(guó)際開放地理空間信息聯(lián)盟（OGC）標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)產(chǎn)品，可以定制配置到任何GIS平臺(tái)上進(jìn)行完整表達(dá)。

三維數(shù)字鐵路資產(chǎn)按照空間數(shù)據(jù)庫(kù)的組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行組織，不僅可以用于信息管理系統(tǒng)中的查詢、分析決策等拓展開發(fā)，更能有效利用空間數(shù)據(jù)庫(kù)的GIS表達(dá)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)空間定位、空間分析及可視化管理能力，應(yīng)用潛力巨大。歸結(jié)三維數(shù)字鐵路資產(chǎn)的主要技術(shù)特征如下：

（1）統(tǒng)一的數(shù)字地球空間，有容乃大，可以保障一條或多條線路資產(chǎn)的完整表達(dá)；

（2）包含地理環(huán)境、地物環(huán)境并與其實(shí)現(xiàn)完整融合；

（3）參數(shù)化、自動(dòng)化建模手段快速提供線路模型實(shí)體，參數(shù)驅(qū)動(dòng)模型變更；

（4）高度普適性的空間數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)，分析查詢、表達(dá)與管理完全信息化組織。

3 孿生數(shù)字鐵路資產(chǎn)的構(gòu)成內(nèi)容

數(shù)字鐵路資產(chǎn)的構(gòu)成應(yīng)該包括與鐵路有關(guān)的一切空間要素與信息內(nèi)容，地上、地面、地下的要素，過去、現(xiàn)在甚至將來規(guī)劃的地物，都可以是資產(chǎn)的一部分，而對(duì)空間的范疇定義也沒有約束，可以是周邊幾十米，也可能需要整個(gè)路網(wǎng)甚至是世界范圍內(nèi)的地物環(huán)境支撐。

以三維選線設(shè)計(jì)系統(tǒng)為例，集成了分別來自網(wǎng)絡(luò)的廣泛存在的GIS網(wǎng)絡(luò)地圖資源數(shù)據(jù)和來自工程實(shí)際測(cè)量的精度更高的測(cè)量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了不同來源空間數(shù)據(jù)的有機(jī)融合與統(tǒng)一表達(dá)。

3.1 集成到三維數(shù)字地球空間中的網(wǎng)絡(luò)GIS數(shù)據(jù)來源

（1）各類網(wǎng)絡(luò)地圖的在線與離線支持。包括Google地圖、百度地圖、微軟地圖、天地圖在內(nèi)的多達(dá)13種地圖類型數(shù)據(jù)的在線實(shí)時(shí)支持與離線應(yīng)用。這些地圖數(shù)據(jù)直接來源于服務(wù)提供商，數(shù)據(jù)與服務(wù)商的發(fā)布保持同步更新。實(shí)際上，基于平臺(tái)的GIS通用性，只要遵從OGC制定的GIS協(xié)議（WMS、WFS、WCS）的所有網(wǎng)絡(luò)地圖數(shù)據(jù)，都可以補(bǔ)充到數(shù)字地球空間中來，為三維選線設(shè)計(jì)提供豐富的底圖支持。

（2）全國(guó)地質(zhì)層在線數(shù)據(jù)?；颈壤呤?∶200000，部分地區(qū)可以達(dá)到1∶50 000的實(shí)際精度。地質(zhì)層數(shù)據(jù)的接入，為開展鐵路、公路這種大區(qū)域工程地質(zhì)優(yōu)先選線提供了重要的設(shè)計(jì)依據(jù)（見圖2）。

圖2 基于網(wǎng)絡(luò)地質(zhì)圖層資料開展的三維選線設(shè)計(jì)效果

（3）全國(guó)重要地質(zhì)鉆孔檔案數(shù)據(jù)庫(kù)?？梢苑奖愕卣{(diào)取、查詢新中國(guó)成立以來全國(guó)各地開展的100多萬件重要地質(zhì)鉆孔的檔案信息記錄、翔實(shí)的條柱狀圖數(shù)據(jù)等，為工程設(shè)計(jì)提供便利化的空間信息共享支持。

（4）全球陸地區(qū)域的水準(zhǔn)地形數(shù)據(jù)?；贜ASA ASTER GDEM全球大地高程地形數(shù)據(jù)與國(guó)際重力場(chǎng)模型EGM2008自主加工生產(chǎn)的全球水準(zhǔn)高程數(shù)據(jù)，地形格網(wǎng)平均間距約30 m，對(duì)項(xiàng)目前期規(guī)劃選線、調(diào)水選線有極高的利用價(jià)值。

（5）全國(guó)行政區(qū)劃、重要交通線路、河流等國(guó)家測(cè)繪局公開發(fā)布的GIS地理數(shù)據(jù)，為三維地理環(huán)境提供了開放的社會(huì)地理信息支持。

有了上述來源于網(wǎng)絡(luò)的空間數(shù)據(jù)支持，就可以實(shí)現(xiàn)為大區(qū)域工程規(guī)劃選線設(shè)計(jì)提供無圖紙、無測(cè)量的初始地理環(huán)境，完全避免了項(xiàng)目初期對(duì)地形圖紙的投入與設(shè)計(jì)依賴。

3.2 通過自主開發(fā)接入的工程測(cè)量數(shù)據(jù)

（1）工程地形圖數(shù)據(jù)。包括工程用電子地形圖或測(cè)量高程數(shù)據(jù)的直接支持。

（2）地貌數(shù)據(jù)。包括正射影像數(shù)據(jù)與下載的地圖數(shù)據(jù)加載。

（3）地物數(shù)據(jù)。各類調(diào)繪數(shù)據(jù)，也可以從地形圖中提取建筑物、池塘、電力線等分類要素并實(shí)現(xiàn)定制的三維表達(dá)，也可利用開發(fā)的沿線地物三維移動(dòng)調(diào)查系統(tǒng)來構(gòu)建地物數(shù)據(jù)庫(kù)資產(chǎn)。

（4）地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)?？梢詾楣こ虒?shí)際地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)提供地質(zhì)分層的立柱實(shí)體表達(dá)并附有地質(zhì)分層屬性數(shù)據(jù)。

（5）海量機(jī)載LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)。通過預(yù)構(gòu)建生成地形高程模型支持。

（6）地面LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)。直接以點(diǎn)云陣列表達(dá)掃描實(shí)體的樣式。

（7）傾斜攝影實(shí)景模型。通過預(yù)構(gòu)建生成分布式網(wǎng)絡(luò)模型高效地實(shí)現(xiàn)LOD表達(dá)。

（8）地物模型。包括幾何模型與BIM模型，按定位、定姿的方式進(jìn)行一致的空間表達(dá)。

通過上述的開發(fā)，三維選線設(shè)計(jì)系統(tǒng)可以接入各類空間數(shù)據(jù)資源，從而為構(gòu)建三維數(shù)字鐵路提供了豐富的地理環(huán)境資產(chǎn)支撐。

4 三維數(shù)字鐵路資產(chǎn)的智能化、自動(dòng)化構(gòu)建

鐵路模型資產(chǎn)是三維孿生數(shù)字鐵路資產(chǎn)的核心資產(chǎn)，其處于既有與將有的邊界生命期。在三維選線設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，三維數(shù)字鐵路的構(gòu)建有別于BIM計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的手段［6-7］，依賴的3D GIS的數(shù)據(jù)資源與空間分析能力，借助工程設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)批量化零部件建模，體現(xiàn)了相較于傳統(tǒng)CAD設(shè)計(jì)手段的智能化水平，也為大規(guī)模線性工程建模提供了人力難以達(dá)成的效率優(yōu)勢(shì)。

三維選線設(shè)計(jì)系統(tǒng)具備如下的自動(dòng)化、參數(shù)化、智能化設(shè)計(jì)能力：

（1）平縱面設(shè)計(jì)。在直觀的三維地理環(huán)境上勾繪線路交點(diǎn)線后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)根據(jù)速度設(shè)定為各交點(diǎn)配設(shè)曲線半徑、緩長(zhǎng)與超高，生成線路基線；根據(jù)基線從地理環(huán)境中提取縱斷面地面線后自動(dòng)設(shè)計(jì)最優(yōu)的坡度線［5］；然后自動(dòng)生成線路三維軌面模型與接觸網(wǎng)模型供橋梁、隧道插旗參照。

（2）站場(chǎng)參數(shù)化設(shè)計(jì)與自動(dòng)建模。對(duì)線路上的車站，選擇中心里程點(diǎn)，可以自動(dòng)沿基線生成站場(chǎng)模型，包括最多配置12條到發(fā)線軌道及6座站臺(tái)模型、2個(gè)廣場(chǎng)、站房等各類站場(chǎng)設(shè)施的建模表達(dá)。

（3）橋梁隧道自動(dòng)插旗與自動(dòng)命名。在上述軌面模型的基礎(chǔ)上自動(dòng)根據(jù)地形分割出橋梁、隧道，建立起相應(yīng)的構(gòu)件模型，并且根據(jù)橋梁、隧道所在位置通過WebGIS查詢其所屬行政區(qū)域名稱為橋梁隧道快捷命名。

（4）路基的自動(dòng)化參數(shù)化建模。在上述橋梁、隧道、站場(chǎng)區(qū)域之外，系統(tǒng)程序會(huì)自動(dòng)進(jìn)行路基對(duì)象分割提取，并基于默認(rèn)參數(shù)組生成各個(gè)對(duì)象的三維模型。

設(shè)計(jì)過程以自動(dòng)設(shè)計(jì)作為默認(rèn)成果，設(shè)計(jì)人員既可以進(jìn)行三維交互調(diào)整，也可以通過參數(shù)化精細(xì)設(shè)置，對(duì)各類對(duì)象的參數(shù)化調(diào)整完成后，通過刷新命令即可以完成對(duì)象模型的調(diào)整（見圖3）。

圖3 路基模型的參數(shù)化與建模效果

所有模型零件都作為普適性的模型資源獨(dú)立存在，通過空間數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行統(tǒng)一組織，對(duì)象的屬性存放于數(shù)據(jù)庫(kù)中，從而保障了三維數(shù)字鐵路產(chǎn)品的普適性與全生命周期BIM構(gòu)件的屬性完整性。

在三維數(shù)字鐵路產(chǎn)品的構(gòu)建過程中，除了自動(dòng)拉坡、橋梁隧道自動(dòng)插旗與自動(dòng)命名、基于空間分析的自動(dòng)建模等智能化功能外，體現(xiàn)智能設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)環(huán)節(jié)還有：

（1）自動(dòng)排水溝順流設(shè)計(jì)。自動(dòng)對(duì)路基設(shè)置排水口，確立排水出口且保障溝中不會(huì)積水。

（2）自動(dòng)配設(shè)擋土墻。默認(rèn)智能化地配設(shè)路堤、路塹的擋土墻，也可以以參數(shù)化進(jìn)行配置。

（3）自動(dòng)?xùn)艡谠O(shè)置。根據(jù)規(guī)范按照地形坡度自動(dòng)布設(shè)不同規(guī)格的欄片與立柱。

（4）自動(dòng)行政區(qū)域表生成。在聯(lián)網(wǎng)情況下可以自動(dòng)對(duì)線路里程計(jì)算提取精確到鄉(xiāng)鎮(zhèn)一級(jí)的行政區(qū)域里程分界表。

（5）自動(dòng)統(tǒng)計(jì)工程數(shù)量。自動(dòng)計(jì)算線路方案200多項(xiàng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，其中絕大部分是精密的空間計(jì)算成果，如用地面積有圖幅面積與表面面積2種數(shù)據(jù)。

（6）橋梁隧道二維插旗標(biāo)識(shí)碼生成?？山柚苿?dòng)終端掃描實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁隧道主要信息解讀與定位。

三維數(shù)字鐵路的資產(chǎn)構(gòu)建方案可以便捷地向其他線性工程進(jìn)行拓展，三維線路設(shè)計(jì)系統(tǒng)提供了包括鐵路、地鐵、公路、云軌、河道及電力線工程的設(shè)計(jì)與建模能力，從而為所有線性工程的數(shù)字化、智能化服務(wù)提供了實(shí)施生命載體（見圖4）。

5 三維數(shù)字鐵路與BIM的集成

當(dāng)前通過三維線路設(shè)計(jì)系統(tǒng)自動(dòng)生成的線路構(gòu)件模型相當(dāng)于鐵路BIM聯(lián)盟LOD2.0的精度標(biāo)準(zhǔn)，如要對(duì)部分重要工點(diǎn)進(jìn)行細(xì)化表達(dá)與應(yīng)用，就需要接入更高級(jí)別的人工BIM模型。

目前BIM模型與GIS信息集成仍有很大的技術(shù)困難［8］，尚未形成成熟的批量化集成技術(shù)，主要原因有以下5點(diǎn)：

（1）BIM模型格式不開放?！癆BC”（Autodesk、Bentley、Catia）所代表的商業(yè)集團(tuán)無法提供一個(gè)公開的BIM模型格式，造成了BIM應(yīng)用效益與潛能大大受限。國(guó)際學(xué)術(shù)界正在試圖通過buildingSMART聯(lián)盟提供IFC交換格式擴(kuò)展來實(shí)現(xiàn)公路、鐵路BIM模型共享交換，但從IFC已經(jīng)20多年的蹣跚歷程與當(dāng)前各大平臺(tái)對(duì)IFC的支持能力綜合來講，這個(gè)實(shí)現(xiàn)過程可能會(huì)持續(xù)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。

（2）BIM模型數(shù)據(jù)的輕量化處理。BIM模型的粒度太細(xì)，體形不大但數(shù)據(jù)體量很大，在GIS中需要輕量化處理才能保障資產(chǎn)集成綜合的應(yīng)用效率。

（3）BIM模型的碎片化處理。超過一定長(zhǎng)度剛體的BIM模型在數(shù)字地球空間中，一定是無法準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)與鄰近構(gòu)件的銜接［2］。因此需要將模型碎片化分割，如對(duì)超過一定長(zhǎng)度的橋梁、隧道、路基拆分成若干個(gè)模型。

（4）BIM模型的用戶空間化轉(zhuǎn)換。當(dāng)前BIM模型絕大多數(shù)按照工程坐標(biāo)構(gòu)建，這種大坐標(biāo)難以滿足GIS的模型符號(hào)化定位、定姿表達(dá)的要求。

（5）BIM模型左右坐標(biāo)系變換。GIS采用國(guó)際上通用的右手坐標(biāo)系、而國(guó)內(nèi)相當(dāng)部分工程圖采用的是左手坐標(biāo)系，導(dǎo)致地理上的事實(shí)左偏向的長(zhǎng)大線路模型，在工程圖上表現(xiàn)為右偏，基于這種工程圖而建立起來的BIM模型，自然存在與GIS空間符號(hào)化定義不匹配的問題，需要通過程序開發(fā)實(shí)現(xiàn)對(duì)模型坐標(biāo)系的反轉(zhuǎn)。

要實(shí)現(xiàn)線路BIM模型的批量化集成，就首先需要解析BIM模型的格式，以“ABC”為設(shè)計(jì)建模平臺(tái)的BIM模型資產(chǎn)，在資產(chǎn)的兼容性方面還存在著商業(yè)壟斷的顯著弊端，成為BIM與數(shù)字鐵路資產(chǎn)融合的主要障礙。

6 三維數(shù)字鐵路全生命周期應(yīng)用產(chǎn)品體系建設(shè)

三維數(shù)字鐵路資產(chǎn)產(chǎn)品體系主要包括2個(gè)部分：（1）資產(chǎn)采集、構(gòu)建及集成部分；（2）資產(chǎn)全生命周期應(yīng)用部分。三維數(shù)字鐵路資產(chǎn)產(chǎn)品體系構(gòu)成見圖5。其中，藍(lán)色為已經(jīng)完成的產(chǎn)品，綠色為正在研發(fā)的產(chǎn)品，紅色為規(guī)劃的產(chǎn)品。

6.1 三維數(shù)字鐵路資產(chǎn)構(gòu)建與集成部分

（1）地理數(shù)據(jù)采集應(yīng)用系統(tǒng)（RailGIS）提供各類網(wǎng)絡(luò)空間數(shù)據(jù)資源采集與處理、建模的能力，包括重要鉆孔數(shù)據(jù)采集、離線地圖資源下載、全球地形采集、水準(zhǔn)地形生產(chǎn)等，為三維選線提供廣泛的離線及實(shí)時(shí)在線數(shù)據(jù)支持。

（2）三維選線設(shè)計(jì)系統(tǒng)（RIM Designer）在三維數(shù)字地球上提供最關(guān)鍵的三維交互選線設(shè)計(jì)手段與實(shí)時(shí)參數(shù)化線路建模能力，實(shí)現(xiàn)孿生數(shù)字鐵路“所設(shè)即所得”的高效資產(chǎn)構(gòu)建手段。

（3）大屏協(xié)同方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)（RIM CoDesigner）規(guī)劃的在三維選線設(shè)計(jì)系統(tǒng)上提供橋梁、隧道、路基、站場(chǎng)等站前專業(yè)的分布式設(shè)計(jì)終端機(jī)，實(shí)現(xiàn)各專業(yè)面向同一項(xiàng)目的實(shí)時(shí)協(xié)同設(shè)計(jì)能力，從而實(shí)現(xiàn)“像發(fā)射衛(wèi)星一樣”開展多專業(yè)方案級(jí)協(xié)同設(shè)計(jì)的理想追求。

（4）三維線調(diào)系統(tǒng)（RIM Survey）實(shí)現(xiàn)道路沿線建筑物、水域、地類、管線、特殊構(gòu)筑物及物種的信息采集并以直觀的三維形式進(jìn)行表達(dá)，提供了語(yǔ)言輸入、現(xiàn)場(chǎng)采拍、二維碼定位、手薄輸出等要素采集管理，資產(chǎn)具備脫離工程空間的全生命周期價(jià)值。

（5）BIM集成系統(tǒng)（RBIM System）實(shí)現(xiàn)人工精細(xì)化BIM模型向數(shù)字鐵路資產(chǎn)的富集，從而達(dá)成綜合的全生命周期應(yīng)用效果。當(dāng)前正在解決BIM模型符號(hào)化轉(zhuǎn)換與集成應(yīng)用開發(fā)，后期將圍繞BIM與GIS的綜合應(yīng)用提供業(yè)務(wù)管理能力。

三維數(shù)字鐵路資產(chǎn)構(gòu)建后，可以作為智能交通的實(shí)施載體，除了普適性的全生命周期應(yīng)用能力外，更具備廣泛地外延與拓展能力，主要表現(xiàn)為可以接入廣泛的IoT感知與控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)三維可視化的管理［4，9］，如接入視頻設(shè)備，可以在場(chǎng)景中直接實(shí)現(xiàn)對(duì)攝像頭的操作以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)畫面的拍攝控制；通過接入GPS定位設(shè)備，還可以實(shí)現(xiàn)與三維場(chǎng)景聯(lián)動(dòng)的巡查定位管理等［10］，從而為數(shù)字交通走向智能交通奠定了堅(jiān)實(shí)的實(shí)踐基礎(chǔ)。

6.2 產(chǎn)品體系

為了拓展三維數(shù)字鐵路面向建設(shè)、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、運(yùn)維單位的全生命周期業(yè)務(wù)應(yīng)用能力，三維數(shù)字鐵路資產(chǎn)也提供了完備的產(chǎn)品體系來滿足行業(yè)鏈各種應(yīng)用場(chǎng)景的需要：

（1）三維數(shù)字鐵路桌面瀏覽系統(tǒng)（RIM Viewer）提供給資產(chǎn)應(yīng)用單位進(jìn)行資產(chǎn)查閱及二次開發(fā)拓展桌面應(yīng)用的系統(tǒng)，系統(tǒng)附帶三維選線設(shè)計(jì)系統(tǒng)所有統(tǒng)計(jì)、分析及模擬、地物構(gòu)建能力。

（2）三維數(shù)字鐵路網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)（WebRIM）將采集與構(gòu)建的數(shù)字資產(chǎn)發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)，讓許可人員可以分布式地通過瀏覽器訪問這些直觀的資產(chǎn)并取得網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用能力，如開展遠(yuǎn)程三維方案論證、直觀方案匯演、查詢工程數(shù)量、提取地物及開展進(jìn)度管理、監(jiān)控管理、風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)管理等。目前構(gòu)建的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)近40多個(gè)工程項(xiàng)目的資產(chǎn)發(fā)布與遠(yuǎn)程業(yè)務(wù)功能應(yīng)用。

（3）三維數(shù)字鐵路移動(dòng)端應(yīng)用系統(tǒng)（RIM Mobile）移動(dòng)端應(yīng)用系統(tǒng)是以三維數(shù)字鐵路產(chǎn)品在移動(dòng)設(shè)備上的表達(dá)與應(yīng)用系統(tǒng)，提供三維數(shù)字鐵路漫游、分析、信息查詢與量測(cè)功能等以資產(chǎn)管理及業(yè)務(wù)應(yīng)用為主的能力。移動(dòng)端除了能夠提供三維線路資產(chǎn)的展示，也能開發(fā)定制的移動(dòng)業(yè)務(wù)，如在現(xiàn)場(chǎng)以圖文、音頻形式錄入施工日志、進(jìn)行人員安全防范監(jiān)控管理、禁止無關(guān)人員進(jìn)行相關(guān)作業(yè)區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)警示等。

（4）三維數(shù)字鐵路VR應(yīng)用系統(tǒng)（RIM VR）將三維數(shù)字鐵路資產(chǎn)發(fā)布到頭戴式VR設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)第一人稱展示三維數(shù)字鐵路模型場(chǎng)景，讓體驗(yàn)者在視覺上、聽覺上、觸覺上實(shí)現(xiàn)與項(xiàng)目工地現(xiàn)場(chǎng)的交互，讓領(lǐng)導(dǎo)決策人員可以非常直觀地體驗(yàn)設(shè)計(jì)效果（見圖6），也可以將工程災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)搬到應(yīng)急指揮的會(huì)議現(xiàn)場(chǎng)，讓指揮人員身臨其境地體驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)災(zāi)害效果從而確立科學(xué)的應(yīng)急指揮決策。

（5）三維數(shù)字鐵路增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)（RIM AR）可將整條三維數(shù)字鐵路以大地空間坐標(biāo)裝載到AR眼鏡中，實(shí)現(xiàn)走到哪看到哪的線路三維模型效果，線路工程建成前可以直觀地展示建成后與地物疊加的場(chǎng)景，建成后也可以展示沿線各種構(gòu)件的維護(hù)信息，同時(shí)可以進(jìn)行拍照、聲音、手勢(shì)等現(xiàn)場(chǎng)交互操作，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)信息化管理。

圖6 三維數(shù)字鐵路VR應(yīng)用系統(tǒng)

（6）三維數(shù)字鐵路云應(yīng)用平臺(tái)（RIM Cloud）旨在構(gòu)建類似網(wǎng)絡(luò)地圖開放式API接口，吸引行業(yè)內(nèi)資深的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維開發(fā)服務(wù)商，利用豐富的三維鐵路數(shù)字資產(chǎn)，開發(fā)模塊化的微服務(wù)應(yīng)用，再通過在云平臺(tái)上發(fā)布這些微服務(wù)，通過云平臺(tái)向方方面面的應(yīng)用商提供菜單式業(yè)務(wù)訂制服務(wù)，讓應(yīng)用部門無須軟、硬件配置，無須耗費(fèi)財(cái)力人力構(gòu)建模型即可便利地利用孿生數(shù)字鐵路資產(chǎn)及各方面的服務(wù)。如某科研開發(fā)公司具備20年的深基坑監(jiān)測(cè)經(jīng)驗(yàn)與手段，通過云平臺(tái)將其監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)改造后發(fā)布，另一項(xiàng)目擬開展此類業(yè)務(wù)，只需要通過云平臺(tái)訂閱這項(xiàng)業(yè)務(wù)，接入IoT監(jiān)測(cè)設(shè)備即可以便利、直觀地開展監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)。

三維數(shù)字鐵路產(chǎn)品在各種應(yīng)用端上的發(fā)布實(shí)現(xiàn)，一方面證明了數(shù)字資產(chǎn)的普適性，另一方面為行業(yè)鏈各單位各類業(yè)務(wù)的訂制開發(fā)提供了基礎(chǔ)環(huán)境，從而形成了包括三維數(shù)字鐵路產(chǎn)品與各類應(yīng)用端的全生命周期技術(shù)服務(wù)體系，為全行業(yè)從BIM熱潮中回到數(shù)字鐵路工程這個(gè)大主線上來，充分挖掘三維數(shù)字鐵路的智能化業(yè)務(wù)創(chuàng)造了條件。

7 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前交通行業(yè)正在挖掘數(shù)字工程智能化建造、運(yùn)維的潛能，更需要有三維數(shù)字鐵路資產(chǎn)作為依附的載體［11］，不只為線路的智能化提供可視化的管理場(chǎng)景，GIS領(lǐng)域強(qiáng)大的空間分析能力與豐富的地理環(huán)境數(shù)據(jù)支持也能夠?yàn)橹悄芙煌ńㄔO(shè)提供寬廣的潛能挖掘空間。