基于Web和SQL的接触网建筑信息模型区间布置软件系统*

李银生

(1.中铁第一勘察设计院集团有限公司电化处，710043，西安； 2.西安轨道交通工程信息化国家重点实验室，710043，西安∥高级工程师)

BIM(建筑信息模型)技术自2002年引入工程建设行业以来，至今已有20年的历史。由于其数字化的特点，因而它在工程设计、施工、运维、物资采购等各方面具有蓬勃的生命力，为工程项目的全生命周期的建设及运转提供了强有力的支撑。目前我国铁路行业采用的BIM平台主要有Autodesk公司的Revit软件、Bentley公司的MicroStation软件及达索公司的Catia软件[1-3]。业内设计领域已在Revit软件平台上取得了一定的进展[4-5]，并根据发展战略需要开展了基于Bentley公司软件平台的协同设计研究[6]。本文基于对该研究的具体部署，对Web(全球广域网)和SQL(结构化查询语言)数据库的接触网BIM模型区间布置软件系统开展了研发工作。

1 区间布置软件系统概述

本接触网专业区间设计系统以Bentley公司MicroStation设计平台为基础平台，采用接触网专业设计软件、专业资源库、工程信息数据库服务器的架构形式。该系统通过专业算法，对项目外部环境、专业接口数字化资料、工程技术规范及标准等进行综合分析计算，从而形成与工程项目设计工点相对应的专业数据信息，存储于服务器端。此外，该系统还可根据服务器端的专业数据信息和相应单元模型资源库，按照具体项目的BIM模型坐标转换规则，完成项目接触网专业布置模型的绘制。

该软件系统以铁路工程项目各专业协同设计为基本原则，以正向设计为目标，在相关专业设计接口资料数字化的基础上，完成专业工程信息的分析处理及工程模型绘制，从而避免了因人工对相关专业电子图纸、蓝图等资料处理不当而造成的设计质量问题。

系统服务器端数据库采用SQL数据库架构，设计方便、灵活。该架构可满足接触网专业处理数据量大的需求，实现对本专业以及与项目相关的接口专业数据的快速读写操作，避免了因数据平台、操作系统差异等各方面冲突对设计工作带来的不便。设计人员客户端无配置数据软件、操作数据库方面的需求，降低了系统配置难度，提高了设计效率。

由于采用服务器架构，本系统生成的设计文件及数据信息存储具有共享性、可靠性。各级审核审查人员能够很方便地从服务器端获取需要处理的文件，同时减少了审核、交付环节中因传递设计文件版本差异带来的弊端。

2 区间布置软件系统的总体设计

2.1 系统框架设计

本系统基于B/S(浏览器/服务器)结构Web和SQL实现其软件框架。采用Web应用程序能够实现最大的资源共享，采用SQL数据库存储布置和模型扩展参数，以便系统程序能共享设计的相关成果数据。结合计算机特性以及软件布局，本软件分为四大部分：Web操作界面、BIM软件接口、专业数据处理模块和接触网专业数据库。其系统框架如图1所示。

图1 区间布置软件系统的逻辑框架图

1) 操作前端设计。Web界面调取数据处理模块形成接触网专业数据，或者通过BIM软件接口调用MicroStation软件，对设计成果进行展示。

2) BIM软件接口。本系统目前采用的是MicroStation软件CE版，遵循其相应的接口开发规范，对包含接触网BIM构件属性和扩展参数进行初始化，如构件名称、单元构件类型、单元构件尺寸、位置、LID(可定位身份编码词典)编码等。这部分工作由专业建模人员在设计接触网单元构件模型时完成。系统根据MicroStation软件二次开发接口规范，通过提取接触网构件的工程信息数据和扩展参数，将其转换为与GIS(地理信息系统)中对应的构件坐标信息，并写入对应的工程项目信息，以完成项目具体工点模型(如某铁路某区间工点的接触网系统模型)的设计。

3) 数据库设计。本系统使用数据库MYSQL软件，数据库设计内容主要包含专业词典、材料设备标准信息库、项目信息库、人员信息库、工点布置信息库、土建接口资料信息库等。

4) 专业数据处理。主要包括：① 专业资源配置，根据专业需求特点预配所需的单元构件库、专业标准词典信息库等；② BIM数据处理，根据项目技术标准及土建接口资料等生成BIM的布置信息和构件单元参数；③ 处理Web前端请求，从相应的数据库或模型库反馈数据请求。

2.2 软件结构设计

本软件采用MVC(模型-视图-控制器)框架对各业务功能进行模块化设计，每个不同类型的业务使用一个标签页加载。如果需要添加新的业务功能，只需要界面上添加标签页，再新增一个处理DLL(动态链接库)即可，已有软件无需改动。其整体软件结构如图2所示。

图2 区间布置软件系统的软件结构图

1) Web应用层。功能包括人员管理、接触网资源库、项目管理、工点布置、模型绘制等。

2) 业务逻辑层。WebApi是BIM模型的数据接口；控制器用于响应前端数据请求；DAL操作SQL Server数据库；文件流用于读写配置文件和模型文件。

3) 数据持久层。SQL 数据库(布置信息库/模型参数数据库)用于存储系统业务数据，包含接触网零部件、接触网布置等数据；接触网专业资源库为接触网构件单元文件集合，通过资源配置功能进行配置。

3 区间布置软件的关键实现方法

3.1 接触网资源库搭建

依据MicroStation软件的二次开发规范及专业设计要求，系统可按照不同悬挂型式、不同工况构造相应的装配单元。如接触网简单链型悬挂整体腕臂正定位构件单元,其示意图如图3所示。

图3 正定位腕臂单元

3.2 接触网三维零部件模型Web端显示

通过IE11、Chrome、Firefox、Safari、Edge等浏览器可对轻量化模型进行快速浏览。

3.3 专业算法

专业算法包括支柱布置、接触悬挂锚段布置、附加导线布置、手动调整(增加支柱、移动支柱、删除支柱)等，如图4所示。其中，支柱布置计算在调取本项目的技术标准及工点相关土建接口资料基础上，依据本专业相关规范来完成支柱位置的初步布置；接触悬挂锚段布置计算结合项目技术标准对接触网锚段进行划分并优化支柱布置，以确定支柱、基础及装配信息；附加导线布置计算按照项目技术标准并综合土建资料、接触网锚段划分等因素，对附加导线安装、锚段划分进行设置；手动调整包括增加装配、调整装配、移动装配、删除装配等方面，可满足设计人员对设计模型的优化要求。

图4 触网工程工点布置的专业算法

3.4 Web端接触网区间布置设计

根据核心算法算出的接触悬挂及附加导线的布置数据，在三维空间的对应位置绘出所有零部件模型，包括支柱、基础、隧道内吊柱、腕臂装置、接触悬挂下锚装置、接触悬挂、附加导线肩架、附加导线架线等。Web设计功能包括线路中心线绘制、基础布置、支柱布置、下锚补偿装置布置、肩架布置、接触网布置、附加导线布置等，如图5所示。

图5 Web端接触网布置主要工具条

系统可对每个接触网部件当前属性进行查看并修改，修改后即时写入构件单元或者相关数据库。使用该软件设计完成的某高铁区间工点部分段落模型如图6所示。

图6 某高铁区间工点部分段落设计模型

4 区间布置软件系统的主要功能

本软件的功能架构如图7所示，可实现基础数据管理、模型布置、系统管理等功能。

图7 区间布置软件的系统功能架构图

4.1 基础数据管理

1) 零部件库管理。零部件库按照接触网标准分为刚性网零部件库、柔性网零部件库、接触轨零部件库和其它零部件库，各分类库按功能细节可再分为装配部件库和零件库两类。按照使用功能细分，零部件可分为腕臂结构、定位装置、吊弦线夹、绝缘子、线材等子分类。各零部件的材质、质量等属性均可修改。

2) 接触网专用词典库管理。对接触网专业术语、接触网用标准材料设备信息、接触网常用工况分类、接触网工程常用标准信息等进行管理。

3) 接触网项目资料库管理。对项目相关的土建资料进行处理并储存，以供工点布置时调用。

4.2 模型布置

1) 项目配置。由项目负责人对项目的基本信息进行配置，对项目名称、线路长度、起点、终点、供电类型、速度标准等进行描述，并完成项目的构件单元配置。

2) 工点配置。设计人员对负责的具体工点相关数据(如工点两端的关节、工点内的分相设置等)进行配置。

3) 接触网/附加导线布置计算。调取项目、工点的相关信息数据，通过专业算法计算生成接触网/附加导线的布置数据信息。

4) 生成成果文件。调取接触网/附加导线的布置数据信息，换算成相关构件在GIS内对应的坐标，完成包括支柱、基础、接触悬挂下锚装置、附加导线肩架等接触网单元构件，以及接触悬挂、附加导线等线索结构的布置或者连接，生成成果文件。

4.3 系统管理

1) 人员管理。包括：对项目参与人员信息进行增加、删除、修改、查询操作；赋予项目参与人员相应的角色，如设计人员、复核人员、项目负责人、项目审核者、项目审定者等；对不同角色在软件系统的具体操作权限范围，如文件的读取范围、读取权限、修改权限等进行配置。

2) 项目管理。对项目进行初始化，并分配给项目负责人。

3) 工点管理。对项目的工点进行初始化，便于向设计人员分配设计任务。

4) 系统参数设置。设置系统正常运行所需的参数，并提供添加扩展参数的功能。

5 区间布置软件的系统验证

通过软件测试的方式，验证本文提出的接触网BIM区间布置软件系统的各项指标是否达到预期目标，并检查软件的缺陷和错误，测试软件潜在的各种缺陷。测试过程中，根据各阶段的设计文档精心编写测试用例，用这些实例执行软件，进而发现系统的缺陷和错误。经过连续数月的运行测试及完善，验证结果为：本软件运行正常，无明显缺陷和异常错误。

测试电脑的配置为：酷睿i7 CPU(中央处理器)、3.2 GHz主频、16 G内存。对于包含线桥隧土建工点的复杂工点专业，该软件的计算一般在5 min左右完成，工点BIM的构件单元布置完成时间约需5 min。考虑土建资料的导入耗时，可在30 min内完成整个正向设计过程。

6 结语

本文提出的基于Web和SQL的接触网BIM区间布置软件系统，能够快速、有效地完成接触网支柱布置、锚段划分、附加导线布置等接触网设计系统的布置功能。经测试，该软件系统操作方便、响应快捷、运行可靠，可为下一步开展相关方面的设计提供良好的设计工具。根据BIM设计在其它行业应用前景，结合轨道交通建设运营全生命周期技术的展望,该软件还有一些功能尚待深入开发，主要包括以下三方面：

1) 与施工组织的结合。即对施工的人员、物料、进度等进行管理。

2) 与运营结合。将后台数据库及接触网模型与PHM(故障预测与健康管理)系统对接，实时反映接触网系统的运营状况，并结合接触网监测系统数据对接触网系统故障进行预判。

3) 最终实现设计、施工、运营全生命周期管理的相关功能。