摘要：本文全面讨论三维GIS在铁路BIM协同设计应用中的关键技术，从三维真实环境搭建、三维GIS数据交换接口、BIM协同设计流程、多源异构数据集成等方面进行深入研究，提出基于三维GIS的铁路BIM协同设计体系框架，搭建了铁路BIM协同设计平台，依托西十高铁项目进行验证，为三维GIS技术在铁路工程全专业BIM协同设计中应用积累了宝贵经验。 关键词：三维GIS；铁路；BIM
1 三维GIS在铁路BIM协同设计中的关键技术
铁路工程设计项目是一项复杂、庞大、多专业参与的系统工程，需要团队之间密切配合。相比于传统纵向为主的项目组织架构，基于BIM技术的铁路协同设计强调多专业间的横向协同，信息的传递是扁平化、并行的，在同一网络环境下各专业不再以队列模式进行沟通，而是以分工协作的方式完成设计任务，减少信息不对称，消除专业间壁垒。
1.1 三维地理场景构建
三维地理场景的构建主要包括基础地理数据的获取、处理、集成与展示，由于铁路呈带状分布，需要考虑线路分带投影与BIM模型无缝拼接问题。三维地理场景的基础数据主要以不同比例尺的卫星影像、DEM、DOM、地形图为主，局部重点地区可以采用倾斜摄影三维实景模型。三维GIS为铁路BIM协同设计提供了有效支撑，集成地质、环评、线路等多源数据，为设计人员提供一个真实的三维地理场景，实现多专业设计实时、动态地互相检校。
粘尘滚轮1.2 三维GIS数据交换接口
铁路设计涉及专业多、内容复杂，需要多专业协作完成，标准规范的数据交换接口是工作得以顺利开展重要基础。目前铁路BIM协同设计的过程中所使用的三维GIS数据来源多样、格式混乱，导致不同设计专业间出现问题，如桥隧衔接处错位、轨道嵌入路基等，从而降低了设计效率。
1.3 基于三维GIS的铁路BIM协同设计流程
协同设计之前不同专业根据自身的需求对勘察设计所用的软件和设备进行引进、二次开发或升级，在此过程中形成了专业自身的数据标准格式。虽然不同专业间数据可以互通，但
由于缺乏全局性的组织和规划，下游专业往往需要转换、修改、提取上游专业的设计信息，不仅增加了工作量，还降低了设计效率，而且项目数据标准不统一，存储位置分散，为资料的搜索、整理和汇总增加了难度。
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2 基于三维GIS的铁路BIM协同设计平台
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结合三维GIS技术及BIM协同设计流程，本文搭建了基于B/S的铁路BIM协同设计平台，融合了ProjectWise项目管理系统，并采用OGC规范发布标准GIS服务。平台采用微服务架构模式，以Spring作为服务端开发框架，前端三维场景和BIM模型通过开源框架Cesium进行加载，并将各类图纸、设计资料与BIM模型进行关联，从而形成铁路BIM模型及周边环境的可视化空间，方便设计人员在同一空间下进行BIM协同设计。
平台的总体架构主要分为基础支撑层、基础服务层、业务应用层及前端展示层。其中，基础支撑层主要包含Cesium、ProjecWise、Spring框架、Flowable流程引擎及软硬件设施等基础环境；基础服务层包含消息服务、数据存储服务、GIS服务及服务注册中心与配置中心；业务应用层是不同专业间协同设计所使用的功能，主要包括项目创建、数据管理、角管理、工点划分、资料互提、专业接口管理、在线校审等功能；前端展示层主要包括We
b端、PC端和移动端。
3 平台功能设计
hdpe线性排水沟3.1 系统管理模块
火麻仁胶囊系统管理模块主要包括日志管理、数据备份、人员管理、角管理、专业划分、权限管理等功能，用户对系统操作粒度是通过RBAC进行控制，人员信息的添加统一由系统管理员进行操作，从而防止设计信息的外泄。系统的角和职责采用设计总体组与BIM总体组结合的方式进行设计，主要岗位职责有总体、副总体、BIM副总体、设计专册、BIM专册，核心角包括系统管理员、设计人员、审核人员、项目管理员、资料归档员等。每个用户可以具备多个角，角关联系统的权限控制，权限保证了数据的共享范围和一致性，减少错误冲突，提高系统的健壮性。
3.2 项目管理模块
项目管理模块包括项目的创建、工点划分、阶段划分、进度安排、人员配置、计划安排等功能，其中项目信息主要包括项目的名称、编号、起始里程、桥隧比、简介等信息。
3.3 GIS数据服务管理
BIM协同设计所涉及的数据除了专业设计信息外，仍以外业勘测的基础资料为主，如地质钻孔数据、地形图、卫星遥感影像、线路数据等，GIS数据服务管理模块主要包括GIS数据处理、存储、发布和检索等功能。通过OGC规范发布通用的GIS服务，便于设计人员在统一的环境下进行设计与BIM模型集成，并对BIM模型进行云端自动轻量化处理，实现BIM模型的在线管理与应用。不仅可以提高设计的质量，还能及时将BIM模型在三维地理场景中的展示效果反馈给设计人员，加快了专业间设计协同。
3.4 专业接口管理模块
该模块是在专业设计基础上，通过整理各个专业基础数据的格式、内容、下游专业等信息，将数据接口通过任务列表的方式进行规范化管理，将协同设计流程与协同设计基础数据进行标准化处理，具有查询、重置、新增、修改、删除等功能。
3.5 设计数据管理模块
设计数据主要包括铁路BIM模型数据和设计资料两大部分。铁路BIM模型包含关联的属性、
结构树、设计要素、工程量等关键信息，在进行BIM模型轻量化处理后需要提取这些信息并解析入库，并且BIM模型可以实现单独展示、参考和集成。设计资料主要包括各专业设计原则与说明、附图、附件等，项目参与人员根据权限实现数据的上传、互提与下载。
3.6 流程配置模块
根据上述提出的基于三维GIS的铁路BIM协同设计流程，设计基于Flowable流程引擎的流程配置模块，实现动态协同控制流程服务、角定义与分配、流程可配置和可迭代，编制了核心业务流程，实现专业内设、校、审与专业间资料互提设计流程协同，并通过可视化流程图直观表达项目进展情况。
3.7 在线校审
BIM模型包含设计过程中的所有参数信息，在线校审功能通过量测、剖切、碰撞检测、批注等丰富的辅助工具，参考二维图纸进行BIM模型联动，实现基于BIM模型的专业内部和专业间的成果校审。在线校审是一个往复的过程，专业间协同设计所提交的模型经过反复修改和调整，将过程修改记录、批注等信息存储入库，并通过电子签章明确校审人，减少责任推诿现象，从而可以提高设计质量。
3.8 碰撞检测
碰撞检测可以帮助专业设计人员优化设计方案，在每个工程的设计过程中，不同专业间存在千丝万缕的联系，彼此之间互相约束，BIM模型在空间上的碰撞和错位可以在协同设计平台中通过生成碰撞报告反馈给设计人员，从而完成BIM模型的审查和修改。
结 语
山体滑坡监测系统三维GIS作为铁路BIM协同设计的核心应用技术，近年来成为铁路工程信息化的研究重点。本文结合西十铁路的设计需求，通过对铁路工程BIM协同设计流程、不同专业数据交换接口等关键技术进行了研究，利用信息化技术，搭建了基于三维GIS的铁路BIM协同设计平台，提出高可用性的平台架构，初步解决了传统设计专业间信息不互通、资源分散利用率等问题，改变单一纵向的项目组织结构，实现专业间并行设计、同步检查，提高了设计效率与质量，为后续基于三维GIS+BIM的协同设计研究与BIM设计常态化提供了技术参照与支撑。
参考文献
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