摘要：近些年来，铁路线路三位可视化技术被广泛应用于铁路设计中，尤其是其能够大大提升铁路选线与调整线路的合理性。与传统方法相比，有助于对铁路线路施行全方位的线路设计审查，线路设计工作也可以更加全面、更加简化，其运算方法以及模型构建的方式都令线路设计和选择更加科学、更加优化、更加直观清晰，运用前景十分广泛。本文以铁路线路设计为主要论题，就其三维可视化设计的原理、优点和方法进行简要讨论。
关键词：铁路线路；三维可视化；设计；原理；方法
引言：随着科学技术的发展，数据应用的要求不断提升，各行各业对软件运用的要求也随之提升。在铁路选线设计中，计算机技术的应用较为广泛。为降低线路设计人员的工作难度，提升设计高效性及科学性，计算机技术的应用及优化是必要的。目前，我国在铁路选线设计方面仍旧沿袭传统方式，新技术的应用速度虽然不断提升，但影响有限，大部分铁路选线设计工作仍旧以二维平面设计思路进行。计算机功能开发与二维平面设计的技术限制相互矛盾，设计理念制约了技术潜力的扩大。选线设计工作依旧采取平、纵、横相对独立设计的方式，这种设计方式不仅割裂了整个项目的整体性，而且增加了工作量，还增加了工作难度和误差。设计人员对照比较的工作量增加，为线路选线设计工作造成很大麻烦。
正是基于这一问题，三维可视化设计被广泛应用，三维可视化是用于显示描述和理解地下及地面诸多地质现象特征的一种工具，是描绘和理解模型的一种手段，是数据体的一种表征形式，并非模拟技术。它能够利用大量数据，检查资料的连续性，辨认资料真伪，发现和提出有用异常，为分析、理解及重复数据提供了有用工具，对多学科的交流协作起到桥梁作用。尤其在BIM技术逐渐被广泛应用和深入的今天，三维可视化的设计可以更好融入到BIM技术相关的软件中，兼容性较好，可视性优势发挥更好的作用。
一、三维可视化的基本设计原理
利用该理念进行铁路线路设计的重点是建立多层次可视化模型，而建立该模型的关键在于DTM模型的应用。运用分治算法来设置相应的离散点，创建DTM分治算法，以方格化全面管理为前提，将三角网融入方格网内。通过合并三角网，最大限度减少可能出现的排序工作量。并且，对凸包顶点数据进行分区管理，在搜寻凸包支撑线时，首先对支撑点的范围进行确定，最大限度减少工作量，提升合并三角网的效率。
为了保证运算速度，从根本上提升三角网的便捷性，提升运算效率，应该在三角网相应位置上插入约束算法。针对铁路线路平纵横交错的特点，即一种利用平面、纵断面、横断面数据以及数字地面模型，建立铁路线路上各种主要建筑物及地面三维模型的方法。应当借助相应的建模手段来呈现规则曲面块，从而可以对实体表面进行规则化分割，对各类不规则加速物体进行绘制，进而显示该空间内，线路的性质，尤其是位置特性。
二、三维可视化具备的独特设计优势
为了保证铁路线路运行的经济性与高效性，需要对铁路线路进行科学设计，而这一切都需要将枯燥的算法直观的呈现出来。传统的二维设计方式，因其维度的限制，需要考虑更多的相关性因素，以达到设计的目的。这种方式不仅增加大量的工作量，误差也是难以避免的。相比之下，三维可视化的优势是明显的，不仅可以利用三维坐标对横、纵、平三个方面之间的关系进行关联性分析，同时也为横、纵、平三者之间相互联系的反复调整的设计需求提供便利。
三维可视化模型的建立，能够更好的体现出BIM技术的综合性优势，BIM技术出现的初衷是将二维的、相对独立的施工项目各个环节整合起来，保证项目个环节的连续性和直观性。而三维可视化模型能够保证设计、勘查和内业人员对项目地形有更直观和更清晰的了解，便于对土方挖填、地质水文勘测、线路布置选择等有更准确的判断。
三维可视化，使得线路设计和调整工作更加高效化、直观化，在实际操作中，更易操作也在一定程度上降低了设计难度。作为计算机辅助设计技术的一部分，三维可视化是对二维设计的技术提升，该技术是计算机软件技术的进步，也是铁路设计技术的进步。在迈进大数据时代的今天，三维可视化不仅使得数据处理更加科学高效，也令设计人员对项目本身有更加清晰直观的认识，可控性强，合理性得到优化。
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三、针对铁路选线的具体设计方法
以三维可视化为主要设计理念的选线设计工作，在建模的过程中，不仅要保证工作的精确性，还要保证建模的科学性、便捷性，对整体性和直观性的要求提升。为达到这些要求，一般采用创建地形数模；分段设计双线模型和运用整体的线路建模三种方式进行建模。
3.1创建地形数模
创建地形数模是铁路线路优化设计的关键，也是一切工作的前提。DTM模型的应用本质就是进行科学的计算，而这种计算就需要将所有相关因素数字化、模型化。尤其是相关三角网的构件和离散变量的选取应当成为这一项工作中的重点，进而成为提升地面数字化模型精确度的基础。应合理划分现有四边形网格，保证得到可靠的三角网，确保紧密贴合各种地形，精确真实的反映地形特征，保障线路选择和优化的精确性与合理性。此外，还应当绘制特定长度的断裂线、山谷线以及山脊线。为形成多层次的三角形网格，需要对照处理，根据实际地形特点，适当调整模型，对于其中涉及到的各条地形线进行明确标注，保证模型的整体性。
3.2分段设计双线模型
建立该模型的重点就是确定线路中的独立段、并行段以及过渡段，进而按照遵循设计流程完成模型的构建。在同个路基的范围内修建并行的两条铁路线，同时也要将其限制于同样的线路标高范围内，对并行线路的设计参数进行适当调整，以保证其最大限度满足实际情况。在初期进行建模时，应当着眼于创建单条线路的可视化三维模型，然后再去过渡至交错式的铁路线模型设计。
对于过渡段的设计工作，应当着重关注路基的设计，尤其是根据现有路基进行优化设计，保证线路的优化。针对独立路段，应当充分认识到各个独立段的特点，对独立段分别进行建模，保证独立段的设计优化。根据不同线路段特点，选用不同的优化设计方法，目的就是为了线路的优化设计的整体性。特殊情况下，对于基础宽度相同的横断面可以实现路基的共用处理，如果无法将其归入宽度相同的路基范围内，那么应当更换为独立性的路基设计。
3.3运用整体的线路建模方式
建立该模型的思维就是将线路的可视化模型进行拼接，在全面实现模型拼合的前提下，再去叠加其中某些相似度较高的三维模型。这种以叠加为主的建模方式，虽然大大减少的工作量，但很难消除隐藏性缺陷，必须进行进一步处理，通常使用消隐方式。
3.4BIM建模
将该模型作为共享文件传送至云平台上，保证项目相关各部门使用便捷性。同时，还要保证其通用性和兼容性，无论是设计、造价、勘查，都可以在多种设备上查询基础数据，保证模型的完整性。BIM技术的应用依赖于平台，而平台的稳定性和普适性也体现在三维建模的质量上。
为了更加全面、更加合理判断网格是否具备存留的价值，可以通过建模方式可以有序删除某些三角形或者多边性网格。目的是为了得到更加清晰直观的鸟瞰图，而这需要利用3D技术导入特定的图形，使得设计人员能够更加清晰的了解线路沿线实际情况，便于对整条线路进行透视，为参数调整和建模调整提供参考。
结语：三维可视化被广泛应用于铁路线路设计，其采用建立数学模型和算法应用的方式，突破了二维设计理念的局限性，充分发挥三维可视性的优势，可以大大提高设计效率和设计精确性。因其独特的优势，其在设计领域的认同度越来越高，并且对线路设计的合理性起到重要作用，尤其是其方式方法可塑性强，可以根据技术的不断提升而不断优化，其便捷性和可操行的特点越来越突出，进而使得线路设计的合理性不断强化。这也是该方法能够得到广泛应用的重要原因之一，也是该方法能够得到良心循环的基础。在对工程项目精确度和科学性要求越来越高的今天，三维可视化的应用前景只会越来越宽广。
参考文献：
[1]向劼.铁路线路设计中三维可视化辅助设计系统研究分析[J].中国高新区.2017（20）
[2]杜红星，周安荔.三维可视化铁路选线辅助设计系统研究[J].铁道工程学报.2004（01）
[3]蔚翔.浅析新形势下普速铁路线路维修策略[J].内燃机与配件.2017（16）
论文作者:陈文荣
论文发表刊物:《基层建设》2019年第7期
论文发表时间:2019/6/25
标签：线路论文; 模型论文; 铁路论文; 建模论文; 技术论文; 方式论文; 地形论文; 《基层建设》2019年第7期论文;