1.清华大学土木工程系；2.沧州渤海石油技术学院
摘要：随着我国铁路工程项目条件日趋复杂，对于铁路施工技术的要求也越来越高。目前，我国经济飞速发展，对于铁路需求也越来越大，铁路项目工程量增大，并且施工作业分散，管理难度大。铁路施工的可视化可以直观的反映施工情况，及时为管理人员提供信息，很好的解决分散作业施工问题，提高了管理效率，可以更为准确的对施工进展进行把握，及时对施工现场出现的问题做出反馈和调整，极大地提高了铁路工程施工的质量。
关键词：铁路工程；可视化管理；三维建模
1.铁路施工可视化原理及目的
所谓铁路工程施工的可视化，就是利用信息技术，对铁路工程施工现场以及拟建的建筑、设施等直观地展示出来的过程。可视化管理技术主要包含以下几个方面。
一方面，根据GIS技术组件以及数据库管理系统，建立相关信息的数据平台，包括施工的地形地貌环境、地质条件、水文信息以及交通管线等情况，将这些信息可视化，直观地描述反映出来，形成可视化的场景（图1）。
另一方面，对拟建造施工的方案设计产物以及施工所需的设备设施、场地等进行数据化分析，形成三维的可视化模型，并且实现模型的编辑、修改布置等。
此外，通过GIS组件，在系统环境下实现数据信息和图形的联系转化，使施工项目信息以可视化图形的形式直观地展现出来，便于管理人员实时监测和管理。
2.可视化管理系统主要功能分析
2.1 施工场地可视化管理
施工场地的可视化管理包括铁路项目施工场地的可视化布置、场地空间优化分析、工程信息的可视化查询、浏览以及传递等。
首先，是对于施工场地的可视化布置。将工程建筑物、生产所需的各种设备设施、土场、施工道路以及生活办公设施等实体参数模型化，并输入实体具体的信息，如某些设备设施的规格、类型、大小、单位以及使用方法等，图像模型和文字信息一一对应，一目了然，并且，虚拟的三维模型在施工场地作为背景的虚拟环境下，可以进行拖动调整。这样，可以保证施工场地布置的合理性，也可以避免实际施工过程中场地布置出现的偏差。
其次，三维可视化管理系统可以实现施工场地的空间最优化。GIS模块具有很好的空间分析功能，铁路施工项目可视化可以利用GIS平台的这一功能，对施工场地布局进行空间分析，分析拟建筑物、生产设备以及办公区等之间的联系和相互影响，得到一个生活、办公、施工的最优方案，在保证施工安全的基础条件下，综合分析最快、最便捷的施工路线，确保项目施工快速、高效、高质量的进行。可视化管理系统可以利用空间分析模块，计算出工地和料场之间的距离、施工需要的土石量，分析场地道路交通配置等，从而得到施工场地的最优配置方案。
此外，可视化管理系统实现了项目施工现场信息的可视化浏览。将各建筑物、设施的属性信息和图像进行转化，利用软件平台，实现时时交互式访问、查询，并根据施工现场实际情况，及时做出调整和修改，极大地提高了施工管理效率。
2.2 施工进度可视化管理
对于施工进度的管理和掌控一般从两个方面入手，一是施工准备前的进度计划方案，另一方面则是在施工进行过程中对于各个部分实际施工情况的把握。缜密可行的施工进度计划方案是项目进行的开端和基础，而施工过程中对于各方面的严格把控则是施工顺利进行和完成的关键。
在施工过程中，由于环境以及认为等因素的复杂性和不确定性，会出现各种各样的问题，导致施工的进度受到影响，如果不能及时的做出调整，很可能会影响这个项目的质量。因此，施工进度的可视化管理，实现了管理者对于施工过程中各个步骤的了解和管控，有助于管理人员及时发现问题，做出决策，对项目进程进行修正和调整，确保项目的顺利进行。铁路工程施工的可视化管理系统，可以建立项目已完成的建筑模型以及未完成拟建设的实物物性，实现建筑物模型的信息数字化，与施工的整体进度安排相连接，建立一个施工对象、施工工序随时间变化的动态模型，实现施工进度的动态推演。这样，可以系统清晰的看到施工过程中可能会越到的问题，以便管理人员根据可视化的现场情况，及时地做出调整。
3.铁路施工可视化管理技术实现
铁路工程施工的可视化主要以计算机信息技术作为依托，结合我国铁路施工项目的知识库，实现对于地形地貌、拟建筑物和设备等的三维可视化，并建立空间分析和施工过程推演平台。
首先，是三维地形地貌的可视化实现。三维地形模型的建立主要应用DEM数字建模，通过对地形表面的高程点进行采样，形成一个地形曲面的数字化模型（图2）。实现地形模型一般可以通过等高线、规则网格以及不规则三角网等方法，但由于构建地形模型的高程采样点的坐标一般是通过野外侧向或者地形图上获取的，分布并不规则，因此，主要采用不规则三角网法。建立的地形数字化模型一般通过OpenGL来实现三维图形的可视化。
铁路建筑物的建模一般采用面向对象的参数化建模方法。需要对建筑物进行分类和分解，将建筑物分解为单一的几何体，此外，铁路建筑物还包含如名称、材质、功能等非几何体信息，几何体素和非几何体素组成一个基本模型，复杂基本模型组合配置形成实体模型。由于铁路施工项目建筑物是随时间和施工进程变化的，因此，可以采用填充颜色或纹理等方式，展示施工进程的的动态变化。
4.结论
铁路工程施工的可视化管理技术极大的提高了管理效率，尤其对于一些复杂的施工环境和多方分散作业的项目，可以使管理人员准确的把握整体施工方向，及时做出统筹安排。笔者通过调研铁路施工可视化管理技术涵盖的内容以及设计原理，从施工现场管理以及施工整体进度安排两个方面，对可视化管理系统的主要功能进行了分析，最后分析了可视化技术的主要实现手段，对提高铁路施工质量具有重要的指导意义。
参考文献
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论文作者:高军1,林晓2
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第25期
论文发表时间:2018/1/24
标签：铁路论文; 模型论文; 场地论文; 地形论文; 管理系统论文; 建筑物论文; 信息论文; 《建筑学研究前沿》2017年第25期论文;