三维可视轻量化系统在轨道交通接触网装备安装维护中的应用

韩宝峰，李永生，李建勋，靳化振，禚 建*

（1.宝鸡保德利电气设备有限责任公司，陕西 宝鸡 721013；2.山东山大华天软件有限公司，山东 济南 250000）

1 研究现状

由于我国幅员辽阔，各地区气候、地貌等外部因素差异较大，在铁路接触网零件的设计中要综合考虑的因素很多，造成国内各条高铁接触网产品存在较大的差异，接触网产品的安装工艺也存在较大区别。目前，国内产品安装维护手册大部分都是以文字、图片、视频等方式体现，在效率和准确性方面，比直观的用三维动画形式来展示要低很多。根据不同线路对接触网装备的不同具体要求，技术人员需不断根据线路供货产品的特性编制相对应的产品安装维护手册。目前常规的接触网零部件产品种类已多达上百种，编制产品安装维护手册耗时耗力，给技术人员带来沉重的负担。

三维可视轻量化系统有交互形式丰富、仿真效果好、用户真实感强、易于掌握等优点[1]。在轨道交通接触网装备安装维护中引入三维可视轻量化系统有以下优点：①可快速复用产品模型，在设计阶段将产品安装工具的三维数字模型放入虚拟环境中，引入三维虚拟安装与验证技术，以虚拟仿真验证代替制造成本较高的实物验证。②安装维护可视化说明书通过电脑端或移动设备端展示，在产品实物安装之前，全面系统演示各种安装细节、具体工艺要求，可有效对影响安装维护的各类因素进行分析，对安装维护工艺全过程进行评估与验证。③售后服务及现场操作人员能够借助各种移动设备观看安装步骤动画，对具体的工艺过程有直观的了解，从而掌握产品安装要点及具体要求。

2 三维可视化系统的研究

在接触网零部件产品的设计开发阶段，设计企业和厂商一般采用SolidWorks与AutoCAD等软件进行模型结构设计，这几种软件虽然也具有实现接触网产品的三维可视化的功能，但对整套接触网装置这种大型三维场景来说，对画质、实时渲染性、系统平台中运行的流畅性等的要求更高，往往难以满足实际需求。

便携式三维可视轻量化安装维护系统以正向建模为主、逆向建模为辅进行产品建模，提供全方位的三维建模服务，技术人员可实时测量产品并进行建模，满足1：1比例设计要求，把产品要展示内容全部建模，并布局各种子件，从而完成整套模型的搭建。

通过数据转换器将模型转化为三维轻量化SVL格式文件，即可通过在手机、PAD等终端设备安装移动端SView浏览器，现场查看三维交互式安装手册资源；也可以播放视频安装手册文件，以及在VR/AR设备上进行整体装置的规划布局仿真，根据场地、产品布局进行场地、产品的三维场景制作，搭建仿真场景布局，提供全方位三维制作服务，最终形成一套从系统到零部件的轨道交通接触网装备安装维护系统，如图1所示。

图1 便携式三维可视轻量化安装维护系统实施方案

3 三维可视化系统在安装维护中的应用

3.1 三维可视化产品安装使用说明书

相比传统的安装使用说明书，三维可视化产品安装使用说明书，综合应用了计算机多媒体、数据库和网络等技术优势，将内容繁杂的安装维护手册，按照规范有机地组织管理起来，使用文字、图片、声音及动画等多媒体形式展现在电子屏幕上，以交互的方式进行查阅，将使用人员所需的信息精确地展现出来。相较于传统的安装维护手册，立体展示更加生动形象，信息传递也更加精准。

三维可视化系统可将SolidWorks等多种常见的三维数据转换格式和轻量化处理，导入系统当中，保留几何模型、属性、BOM及特征等信息。模型轻量化转换示意如图2所示，设计人员可在系统中任意查看模型各视角、修改模型颜色、材质显示效果，添加产品文字描述注解、在关键零部件位置添加产品属性、工艺信息、等内容。通过以上功能，可根据实际业务需求，模拟仿真安装动画，配合文字注解、图片、音频等方式，制作出三维可视化产品安装使用说明说，达到与现场业务场景完全匹配效果。定位线夹视频产品安装使用说明书如图3所示。

图2 模型轻量化转换示意图

图3 定位线夹视频产品安装使用说明书

3.2 三维可视化浏览平台

接触网装备的零部件种类繁多，装配安装方式各有不同，仅凭借作业指导书或安装使用说明书对现场施工安装人员培训一次，可能对产品的安装方法不能全面的理解。三维可视化系统提供APP浏览平台和H5浏览平台，施工人员可以随时随地通过手机或电脑上查看零部件的及其安装动画。可对模型的视图、交互及批注进行查看与切换。还可以将当前模型和快照，通过蓝牙、无线、QQ和微信等进行分享。保证在安装的过程中为施工人员提供充足的安装资料。

3.3 远程协同会议

针对现场的不同或特殊施工环境，需要设计人员与现场施工方对接触网系统结构的具体参数进行不断地调试与修改。三维可视化系统可提供线上远程协同会议，为设计人员与施工人员提供了畅通的信息交流平台，在不同时间不同地点共同分享和讨论需求和设计，并根据意见实时对模型进行相关修改等操作，提高了前期设计联络的工作效率。

3.4 扩展VR仿真

三维可视化系统可以在项目施工之前，根据本项目接触网的设计参数，配置系统参数，生成将要施工建设的接触网虚拟场景，可以使工程完工后的状貌在施工前就呈现出来。通过手柄可以仿真产品安装拆卸过程，可以让施工维护人员在3D立体环境中获得更好的沉浸式体验。VR工具栏提供了两种用户体验模式，分别是VR模式和偏振式3D模式。VR模式可在虚拟场景中实现三维大数模浏览、漫游及零件拆卸操作，应用VR手柄设备在虚拟场景中进行交互操作；偏振式3D模式中观众可以配戴3D眼镜观看，在观看过程中可以进行部件选配等操作，能够展示各种产品类型。让施工人员对安装的操作更加清晰明确，增加施工的可靠性。VR效果示意如图4所示。

图4 VR效果示意图

4 结束语

相比于传统设计技术，三维可视化系统可以搭建三维立体模型，促使项目信息在设计、施工及运维等环节中实现共享，有着更高的应用优势[2]。以三维CAD产品数模复用技术为核心，提供轻便的三维可视化编辑制作工具软件，制作出三维交互式产品安装手册，使用户能在手机、平板等移动终端设备查看安装维护过程，多角度查看三维模型零部件，以虚拟仿真验证代替成本较高的实物验证，模拟培训、安装及维护工作过程；借助VR技术，软件能够与相关设备集成，实现虚拟现实沉浸式漫游仿真展示，可按照1：1比例模拟真实场景画面，可在任何高度查看安装维护动画，真实模拟施工现场，有效提前监测分析现场问题，为确保高速铁路运行安全和提高运营管理水平提供强有力的技术支撑与保障[3]。推动了高速铁路接触网设计与施工管理不断向着信息化发展，促使数字化竣工交付，提高了高速铁路接触网工程建设的效率。