羅凌燕，賀軍政，李育東

(深圳市勘察測繪院有限公司，廣東深圳518028)

城市地下管線三維快速建模技術(shù)研究及應(yīng)用

羅凌燕，賀軍政，李育東

(深圳市勘察測繪院有限公司，廣東深圳518028)

隨著城市建設(shè)的日新月異，地下管線空間分布越來越復(fù)雜，地下管線探測成果的二維圖形已無法表達管線之間的復(fù)雜空間關(guān)系，而三維管線的直觀明了正好可以彌補二維成果的不足。在此背景下，提出在AutoCAD平臺下利用其自身的三維模塊，通過二次開發(fā)進行三維地下管線快速建模研究。并將開發(fā)成果應(yīng)用于地鐵建設(shè)工程，取得較好的實用效果。

三維快速建模;地下管線;AutoCAD;二次開發(fā)

一、引 言

地下管線是城市地下的重要工程建筑物，是保證城市順暢運行的生命線。隨著城市建設(shè)的日新月異，地下管線的空間分布越來越復(fù)雜，二維地下管線探測圖形成果已無法表達管線之間的復(fù)雜的空間層次關(guān)系，特別是對于地下空間上下垂直分布管線，在平面圖上只能以一個點或重疊線或相交線及相應(yīng)注記來表示，從而失去了其在地下的真實位置，造成施工設(shè)計上的錯覺。而三維管線的直觀、明了即可以解決這個問題，因此對地下管線探測成果的三維顯示研究已勢在必行。

二、地下管線三維建模研究現(xiàn)狀

三維建模的手段很多，比較成熟的軟件及專業(yè)模塊也較多，如3ds Max，Pro/Engineer、UG、Solidworks、CAXA等，對于形狀復(fù)雜的實體構(gòu)建、設(shè)計效果也非常好，但是成本較高，且不容易掌握，對地下管線探測適用性不高。地下管線探測成果的三維顯示主要用于檢查成果質(zhì)量，以提高作業(yè)精度，對于細節(jié)的處理要求不如設(shè)計高，其主要功能是二維平面結(jié)果的快速轉(zhuǎn)化及復(fù)雜管線的空間立體顯示。針對地下管線探測作業(yè)的特殊性，選擇工程技術(shù)人員普遍使用的AutoCAD自身的三維模塊進行二次開發(fā)，可以快速實現(xiàn)管線的三維建模并取得較好的效果。

三、地下管線三維快速建模

1.地下管線三維數(shù)據(jù)建庫

根據(jù)規(guī)程，管線探測應(yīng)現(xiàn)場查明各種地下管線的敷設(shè)狀況即管線在地面上的投影位置和埋深，實地探查的項目如表1所示。

表1 地下管線實地調(diào)查項目表

圖1 地下管線三維數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)圖

2.地下管線三維實體簡化

通過對數(shù)據(jù)表的分析發(fā)現(xiàn)，地下管線三維建模并不需要太多細節(jié)，而且模型相對比較規(guī)則，因此在CAD平臺下即可實現(xiàn)地下管線三維實體簡化并快速建模。

建模過程主要包括管點建模和管線建模。

1)管點建模數(shù)據(jù)：管點的三維坐標、附屬物、井深、井徑。根據(jù)實地調(diào)查經(jīng)驗，管點建模主要對明顯點的圓形井和方形井的建模，相應(yīng)實體為圓柱體和長方體。

2)管線建模：管線起點和終點的三維坐標和埋深，管段的尺寸大小，管段的埋設(shè)方式。管線建模主要是對圓形管道、方形管塊、方形管溝的建模，相應(yīng)實體為圓柱體和長方體。

3.地下管線三維實體實現(xiàn)

地下管線三維建模的核心是要真實反映地下管線在空間的位置，在AutoCAD中繪制二維管線圖非常方便，若在AutoCAD里繪制三維管道，則只能在XOY平面上繪制管道的斷面圖，然后進行拉伸。這也是AutoCAD三維建模的局限性，但并不影響對地下管線三維圖形的開發(fā)。若要得到與XOY平面成任意角度的結(jié)果，可先拉伸出管道，然后通過旋轉(zhuǎn)、平移等3步將管道旋轉(zhuǎn)到實際位置，實現(xiàn)二維到三維的快速轉(zhuǎn)化。

1)繞X軸逆時針旋轉(zhuǎn)(θ－π/2)至ZOY平面(如圖2所示)。

探測完成后應(yīng)對地下管線數(shù)據(jù)進行建庫，以便管理和應(yīng)用。根據(jù)筆者所在公司自行研發(fā)的易管網(wǎng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)庫主要包括管點和管線兩張表，設(shè)計視圖如圖1所示。

圖2

2)繞Z軸逆時針旋轉(zhuǎn)γ至與原位置平行(如圖3所示)。

圖3

3)從原點平移至原位置(如圖4所示)。

圖4

通過3步變換即可將垂直于XOY平面的三維實體還原到三維空間的實際位置。

設(shè)P1、P2兩點的三維坐標分別為(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)，則

四、地下管線三維快速建模技術(shù)的應(yīng)用

根據(jù)地下管線三維建模原理，通過C#對Auto-CAD的二次開發(fā)即可快速實現(xiàn)二維地下管線成果到三維的轉(zhuǎn)化。運行界面如圖5所示。

圖5 地下管線三維快速建模程序應(yīng)用界面

通過對深圳市軌道交通6號線地下管線探測工程約80 km綜合管線的應(yīng)用，二維圖與三維圖的生成時間對比如圖6所示。圖6(a)為三維管線，形成時間54 s;圖6(b)為二維平面管線，形成時間44 s，與二維管線形成時間相差僅10 s，效果令人滿意，真正實現(xiàn)了快速轉(zhuǎn)換。

圖6 二維與三維圖形生成時間對比圖

通過二維與三維對比檢查(如圖7所示)可以發(fā)現(xiàn)，野外作業(yè)中管線是否碰觸，空間分布是否合理，都影響著野外作業(yè)和成果數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

圖7 二維與三維對比檢查圖

五、結(jié)束語

本文以AutoCAD為圖形處理平臺，采用C#語言對CAD自身的三維模塊進行二次開發(fā)，得到三維管線快速建模程序。使綜合管線探測的二維和三維成果在CAD系統(tǒng)里得到了充分的結(jié)合，實現(xiàn)了從二維成果到三維成果的快速轉(zhuǎn)化，兩者相得益彰，使地下管線探測成果更真實準確地反映地下管線的空間和平面分布，從而給管道鋪設(shè)在設(shè)計和施工帶來了很大的方便。本研究成果不僅對管線成果檢查具有普遍意義，而且還是對探測成果的有效補充。目前，本研究的設(shè)計方案已經(jīng)在地鐵建設(shè)工程管線詳查中得到了應(yīng)用，并取得了較好的實用效果。

地下管線三維建模的手段很多，本文只是在工程領(lǐng)域普遍熟悉的AutoCAD平臺下進行開發(fā)，簡單、易用，對硬件要求低，大大提高了所建模型在工程案例中的實用性。由于AutoCAD平臺自身三維功能的限制，在畫面的細節(jié)及美觀性方面有所不足，有待在以后的研究中作進一步改進。

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Research and Application of 3D Fast Modeling Technology for Underground Pipeline in City

LUO Lingyan，HE Junzheng，LI Yudong

0494-0911(2012)09-0087-03

P208

B

2011-09-05

羅凌燕(1982—)，女，湖南祁東人，工程師，主要從事工程測量、地下管線及GIS開發(fā)等工作。