城市地下管线三维快速建模技术研究及应用

叶辅成

摘 要：随着我国城市化建设步伐的逐渐增快，地下管线的分布愈发繁杂，原有的二维图形已经几乎不能呈现各个管线分布的实际情况，而通过二维向三维的不断发展与延伸，不仅可以有效改善二维图形中存在的缺陷与问题，还能通过三维模块的应用，对城市地下管线展开详细的分析与研发，并且将最终研发的结果应用于我国地下工程建设中，已经初步取得了较好的成绩和效用。

关键词：地下管线 三维建模 核心技术 研究应用

地下管线不仅是城市地下最为关键的工程建筑，还是确保城市正常运行的重要基础。随着我国城市化建设的快速发展，地下管线空间的分布也愈发复杂，原有的二维图形技术已经无法满足呈现出地下管线空间分布的复杂情况与关系，尤其是对地下空间纵向管线分布的表达更为困难。二维图形技术所呈现出的图形多为平面图，这种技术通常只能将某个点或者是某个重叠线，相交线以及特定的标注作为其表达方式，因此也就无法落实地下管线的具体位置，对施工设计造成一定的影响。反观三维建模技术便可以充分解决这一现象与问题，更直观的为人们呈现出地下管线的具体位置和实际情况，所以三维建模技术的广泛应用已是必然趋势。

1.城市地下管线三维快速建模的相关研究

现阶段三维建模的方式多种多样，相对较为完善的软件以及相关模块也相对较多，比如Pro / Engineer，Solidworks，3ds Max，CAXA以及UG等应用都十分广泛，其虽然针对形状较为繁杂的模型设计和相关构建的应用效果较为良好，但是其应用价格相对较高，并且由于其具有一定的复杂性和困难性，因此对城市地下管线的实际探测的可适用性相对较低。通常城市地下管线探测最终的三维模型主要是用于对地下管线的质量检查，便于提升施工作业的准确度和精细度，其中多数设计要求会高于细节处理的标准需求，其主要作用就是落实从二维平面到三维快速建模的转化以及对繁杂地下管线空间分布的具体呈现。由于城市地下管线在实际探测中具有一定的特殊性，因此大部分技术者会合理运用AutoCAD软件中的三维模块对二维平面展开进一步开发，从而达到三维快速建模的目的，并提升实际效果。

2.三维建模技术

现阶段地下管线三维建模技术应用极为繁杂，以下将对部分技术展开简略分析。

2.1高精度自动化建模技术

现阶段地下管线三维建模主要是将各个管线普查数据作为其三维建模基础，通常管线普查数据是由多个管线段以及管点所构成，具有对象多，数据信息量大等特性，通常地下管线最终的三维模型会在许多工程项目中广泛应用。由于三维立体模型对于细节质量和精细度的需求标准相对较高，现阶段无论是纯手动或是半自动的三维建模技术虽然都能够达到标准需求，但是存在建模周期长，造价高以及效率低等多种问题缺陷，而高精度自动化建模技术便可以极大程度的改善这一问题，并且已经逐渐成为地下管线三维建模技术的主要技术之一。

2.2局部三维模型快速更新技术

随着我国社会城市化建设发展的逐渐增快，地下管线工程项目也逐渐增多，原有的手动三维更新技术以及技术整体更新覆盖已经无法满足当前地下管道三维建模技术的使用和管理了。随着现代信息技术的快速发展，计算机各个软硬件、系统以及三维可视化现代技术的逐渐完善，地下管线局部三维模型快速更新技术已经逐渐变成三维模型更新的高效方式之一，并已经取得了初步成果。

2.3地面上下三维模型无间隙集成技术

当前若想更好的应用和呈现出更好的三维模型，不但需要对地下管线空间分布进行充分的了解，地面上三维模型的建造也极为重要。由于现阶段城市地上三维模型建模数据的精确度，建模方式以及模型精细度和准确度都与地下管线三维建模的条件要求有所区别，而这些因素对城市地下管线模型的有效应用都十分关键，因此地面上下三维模型无间隙集成技术便受到了广泛应用，并获得了一致好评。

2.4三维模型呈现技术

为了能够有效改善三维模型的呈现效果，通常城市地面上的三维模型多数会运用构建天空球，以及打灯烘烤等多种方法来提升三维模型的真实感，然而由于地下管线多数都具有一定的分散性以及隐蔽性等多种特性，因此三维模型对于信息表达和呈现方面的难度也有所提升。由于地下管线三维模型多数会将黑色或是其他多种纯色作为其背景颜色，因此地下管线三维模型的整体效果无法获得更好呈现，而三维模型呈现技术可以通过创建路槽的呈現方法，提升地下管线三维模型中各个对象之间相互的三维立体关系，增强视觉效果和表达效果。

3.城市地下管线三维快速建模

3.1创建完善的地下管线三维数据库

按照相关规定程序，底线管线探测应该对每个地下管线的实际敷设情况进行充分的了解，也就是说对每条管线在地面上的埋藏位置以及投影位置进行确定，然后当探测作业结束后，对每个地下管线的实际情况以及信息数据进行树立创建相应的三维数据库，由此便于对地下管线三维快速建模数据的应用与管理。

3.2地下管线三维模型简化

对于地下管线三维模型的实际应用而言，其从本质上而言并不需要过多的细节，并且就三维立体模型而言其相对具有一定的规则性，所以在CAD平台的应用下，可以有效落实对地下三维模型简化，实现快速建模的目的。

通常地下管线三维建模流程主要分为管点建模以及管线建模两部分。

（1）管点建模信息数据：通常地下管线三维建模中管点建模主要包含三维坐标，附属建筑物以及井的直径和深度。根据多项调查表明，管点建模通常会对相对较为明显的方形井以及圆形井进行建模，并且其模型实体物为对应的长方体及圆柱体。

（2）管线建模：通常管线的起点与终点，管线埋藏深度，管线尺寸长度，管线敷设方法以及三维坐标都属于管线建模的范围之内。多数管线建模都是对方形管块，管沟以及圆形管道展开建模，其三维模型的实体也相应的为长方体及圆柱体。

4.城市地下管线三维建模实体

城市地下管线三维建模的主要作用和内容就是可以正式的将地下管线空间的分布情况以及实际位置进行真实的反馈，通常AutoCAD软件用来绘制二维管线图是极为方便快捷的，但是若是在该软件中绘制三维管道立体图的话，便只可以运用XOY平面先绘制三维管道的各个切面图，再展开拉伸，而这虽然对三维建模形成了一项的局限性，却对城市地下管线三维模型的研发及绘制并不造成影响。因此如果想要获得和XOY平面成任何角度的最好效果，便可以将管道进行拉伸，而后再通过对管道的平移和旋转，将管道转移至地下管道空间的具体位置，进而落实二维到三维建模的快速转化和建模。

5.城市地下管线三维快速建模技术的相关应用

按照城市地下管线三维快速建模的实际原理，经过C#对AutoCAD的进一步研发与应用，已经有效落实二维到三维建模的快速转化。

通过笔者对某市轨道交通3号线地下管线的调查，某项地下管线探测工程全程85千米管线为综合应用，二维管线平面图的生成时间为48秒，而三维管线建模的生成时间为59秒，虽然三维建模的时间比二维平面的生成时间高出了10秒，但是最后呈现的效果更让人满意，完美的落实了二维平面到三维快速建模的转换。对于业主而言，可以更为直观的看到地下管线和地面之间的关系，对其中不满意的地方可以直接与设计企业进行探讨，从而及时进行调整。对于施工企业而言，相比二维管线平面图而言，三位管线建模的细节更为精准与明确，从而减少施工带来的不便，提升施工效率，降低不必要的资源浪费以及返工问题的出现，进一步增加企业经济效益。

以上对三维建模技术展开了相关探讨，并将AutoCAD软件作为二维图形的处理基础，运用自身拥有的三维模块对二维平面图形展开了进一步开发，获取了地下管线三维建模的流程。由于城市地下管线三维建模的相关技术有许多，而本文只是将应用最为广泛的软件平台作为研究开发基础，而AutoCAD软件在应用过程中相对较为简单，对技术要求以及计算机的软硬件需求都相对较低，因此可以有效提升三维建模的效率和适用性，但是由于该软件自身在画面美观以及细节层面中還有所缺陷，有待在日后研究开发中做出进一步的调整和完善。

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