基于3D MAX技术的既有地下管线三维自动化建模的分析

刘 瑶，雷 岩，陈涛涛，苏 峥，韩立信

（北京燃气集团高压管网分公司，北京 100011）

城市工程中地下管线工程属于城市民生基础设计中的重要构成部分，属于保证城市正常有序运行的基础，担负随时传递信息和输送能量，及供应物质的责任。然伴随城市化建设速度的不断加快，城市地下管线也变得越来越多，并且相互交错，非常复杂，所以在此情况下便出现了乱、密、老化等现象，严重影响地下管线管理。除此之外在建设施工期间，时常会因误判而致使地下管线被挖断，最终导致停水停电、火灾及爆炸性事故，从而对人们的正常生活和社会稳固发展产生严重影响。由此可以看出管线的滞后性管理、现有管线探测技术的落后根本跟不上现时期城市的快速发展节奏，所以针对这些问题需及时有效解决。

1 3D MAX技术简介

3D MAX其是由Autodesk所研发出的一款3D动画式软件，然而现时期应用最多就是三维建模、渲染、动画工具，在设计领域中得到普遍应用。基具有以下几方面特点，即：第一点，功能强大，并且扩展性良好。因为其本身特有的建模功能强的特点，所以3D MAX技术被广泛的应用于现实系统的虚拟构建方面，除此之外，这一技术在角色动画中的应用也具有较大优势，然其丰富性的插件也同样是其较大的优势；第二点，操作简单较易学会。从其具备的强大功能来看3D MAX是最易操作和理解的一款软件技术。第三点，与别的软件搭配使用会更为顺畅。最新的3D MAX还在原本功能基础上，提供了新接口技术与优化，如此较大程度提升操作速度。

2 地下管线的三维信息建模方法

首先可通过物探技术来对城市地下管线实施探测，如此可以大概的得到地下管线的相应数据和建模所需的管线具体信息。因为3D MAX技术所用软件尽管能够对工程施工前不同地下管线实施建模，从而提供合理性设计方案，然而却无法直接把所探测的管线数据结合实际信息而转变成与之相对的三维模型，因此需实施二次开发，从而创设管线模型所需系统模块。之后再利用所创设的管理模块来完成地下管线信息数据自动加载，这样便可初步构建相应地下管线所对应的三维可视化模型。在最后环节对其实施矛盾检测，结合矛盾具体情况实施针对性的分析和研究。如所存在的矛盾都是有用信息，便需依据具体经验或是对现场实施复测，来对矛盾点管线数据实施合理的修改和调整，在此情况下需对三维数据信息模型进行随时更新，从而保证地下管线三维模型可以与现实管线位置保持一致，为城市地下管线的迁改和开挖操作提供准确性数据支持。除此之外，也可合理设计地下管线的具体迁改方案，如此可有效降低地下管线发生碰撞而造成工程返工情况的发生，从而避免产生不必要的预算损耗，有效降低工程整体成本，为工程项目的有序正常实施奠定基础。

3 3D MAX技术在既有地下管线三维自动化建模中的应用

三维模型属于整现实虚拟的基础，其效果如何会对虚拟环境真实性产生较大影响，因为Virtools并不具备建模的功能，因此需使用3D MAX来建模。思考硬件限制与现实虚拟系统实时性需要，及Internet带宽与传输速率的影响原因，在实施建模的时候，必须遵从一个重要原则，就是在确保视觉对象真实效果良好的基础上，最大程度采用最为简单的一类模型。如此便需要在建模的时候应用一些技巧，如可用参数法来构建真实对象；使用纹理贴图来取替几何图形；利用optimize编辑器来对模型实施优化等。

3.1 数据资料的整理

在三维自动化建模前，需对现有数据资料实施整理和分析。现时期经常用到的地下管线数据资料基本可以划分为三种，即：纸质图纸、电子文档和数据库。整理这些数据主要目的是为了将各资料信息最大程度的整理到同一文档当中，促进资料实现融合，以利于建模的有效完成。针对不同资料所采用的处理方法也会存在差异，在资料当中的纸质图文件也需经过扫描，将其变成图片格式的文件，在3D MAX软件或是别的软件当中实施重新的数字化建图。针对电子文档当中的资料和数据，在3D MAX软件中对此格式并不支持，为此需实施格式形式的转变，可通过FME来完成数据格式的转换。针对数据库资料来说，可直接对其实施提取和使用。最后将全部资料转变成3D MAX软件上可以有效应用的数据信息格式，这样便能够制作出新3D MAX文档，经过整理后的3D MAX文档应包含资料当中工程所涉及到的各类数据。制作完的3D MAX图可储存成DWG格式，这样便可直接将其导入到Revit软件当中，不需再实施格式转换操作，完全可以当作底图在其中对管线网络、地物与设施布置进行建模。

3.2 地下管网的建模

Virtools并不具备建模的功能，因此需使用3D MAX来实施地下管线三维数据模型的构建。地下管线建筑重点包括管线节点及管线的具体位置和相应信息。在本文的论述中，主要使用的建模法是由管线的节点来管控管线段。首先需明确管线节点，其位置是相邻管线段两点，管线段通常都是直线形式，因此需先对管线节点进行建模操作，之后再对管理段实施建模。所以本文所论述的管线三维信息建模重点划分成两大部分，即管线节点、管线段。

在实施建模时，首先在前期时先把建模所需相关资料进行有效的整理，将所得3D MAX文档当作底图导入到Virtools相应软件当中，底图3D MAX文档包括管线和管点的位置信息，其中管线节点位置能够在3D MAX图当中呈现出。对于高程的明确主要是将地面高度设置为0，可通过现有管点的高程资料来明确其在三维模型中的位置，之后在Revit相应软件中构建管线节点的具体模型。在对相邻管点完成建模以后，可对这一管线实施建模操作，管线段基本都是通过管线节点来明确具体位置的，管线段相邻管线的节点明确，可由管线直接确定，之后用管线模型将两管点进行直接连接。管线段的建模信息量非常大，在进行管线段建模的时候，Revit相应软件可以提供其需求的属性框，能够在管线属性框内设置适合的探测数据，并将这些数据加载至管线三维模型当中。其中属性信息能够在Revit软个中工程明细表中导出，而且还可同时完成工程量的计算与计价。

3.3 地上物与地下设施建模

单独管线模型因为其没有参照物，所以在具体操作时根本无法获得有效应用。因此，对三维管线建模进行研究通常需与地面物和地下设施相结合，如此便需对管线周边的地下建筑物与设计实施建模。针对地下物体与相应设施的建模，基本都是以地面作为起点，然对地面建筑物的设计是从下至上来进行排列的，而地下设计则是从上至下的排列顺序。在建模前需先对建模相关资料进行整理，在此过程中的3D MAX文档中需包含管线地上物位置信息，同时还需需构建完整的结构与形状，如此便需参照其他资料来开展工作。地上物建模，开始与管线建模相同，通过3D MAX文档能够找出管线周边地物位置，以地面的高度当作标高0，参照卫星资料来明确其形状，从而进行建模。地下设计建模，同样先由3D MAX文档来明确物体位置，然而其结构需参照设计图，来实施建模。在建模时，会出现一些结构相对复杂的模型，当软件本身数据信息库不能满足建模要求时，也可通过外部建库导入的方式来应对这一问题。

4 结束语

总体来说，3D MAX技术其设计可以充分为用户提供可视化三维数据模型。本文结合这一特点优势，利用3D MAX软件来对管线系统模块进行构建。这一模块可适用于不同种类地下管线模型的构建，依据所创设的管线附属物，能够对城市地下管线的三维数据模型实施最为贴切的建模，由此更直观的呈现地下管线空间具体分布详情，从而为工程设计、施工及管理奠定基础。