基于SketchUp实现参数化建立公路模型的方法
郑 晨
（山东高速科技发展集团有限公司，山东 济南 250002）
摘要：针对传统的公路工程建模需要大量人机交互操作，建模过程复杂和成本高的问题，提出一种参数化建立公路工程模型的方法。首先，应用SketchUp 结合GIS地理信息建立环境模型；然后通过对公路竣工图纸的分析精确定位公路工程坐标，依据坐标定位公路沿线所在位置；通过Profile Builder对公路基层、面层、护栏等元素参数化，根据竣工图纸在Profile Builder中参数化建立公路模型。
关键词：SketchUp；Profile Builder；环境模型；工程模型；公路养护
中图分类号：TP391. 9 文献标识码：A
A method of parametric establishment of highway model
bad on SketchUp
ZHENG Chen
（Shandong Hi-speed Technology Developmment Group
Co.,Ltd.,Shandong Jinan 250002 China）
Abstract:Aiming at the problem that traditional highway engineering modeling requires a lot of human-computer interaction,the process of modeling is complex and the cost is high,a parametric method of building highway engineering model is propod. Firstly, SketchUp is ud to build the environment model bad on GIS geographic information; condly,the highway engineering coordinates are accurately positioned by analyzing the road completion drawings,and the location along the highway is positioned according to the coordinates;condly,the highway model is established by parameterizing the elements of highway ba,surface and guardrail through Profile Builder,and by
收稿日期：2019—03—20
作者简介：郑晨（1984—），男，山东济南人，工程师。parameterizing the completed drawings in Profile Builder. Key words:SketchUp;Profile Builder;environment model;engineering model;highway maintenance
引言
据交通运输部统计，截止2017年末，我国公路总里程达到477.35万公里，是1984年末的5.2倍。其中，高速公路达到13.65万公里，里程规模居世界第一。2017年，为贯彻实施《交通运输信息化“十三五”发展规划》，发挥现代信息技术在工程管理中的作用，交通运输部决定推进公路水运工程BIM技术应用，要求各省、自治区、直辖市开展公路BIM技术应用示范工程建设。
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新建公路工程在BIM技术应用中具有先天优势，可以在测绘勘探、设计阶段就建立BIM模型，然后通过施工期的信息完善，为养护期提供较为成熟的BIM模型。但对已建成的477.35万公里公路网络建立BIM模型就比较困难，只能依托竣工图纸从零开始建立工程模型。部分旧有公路还可能会因为年代久远，管理部门的变更，交接等原因，造成基础资料的缺失。这就需要养护单位对旧有公路进行重新调研，完善基本信息。
1 公路建模的难点
公路模型一般分为两类，即环境模型和工程模型。（1）环境模型。相对于点状工程，公路项目的里程长、覆盖范围大，一条100 km左右的公路，其研究所辐射的地形面积就高达1 000 km2，地形数据信息已达到GB级存储要求，高清航片等影像数据信息更达到了TB级存储要求。（2）工程模型。公路工程包含了如路基、桥梁、隧道、互通、交通工程等众多专业，各专业工程模型的特点差异非常大，直接导致公路工程BIM工作开展十分困难。
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现在主流BIM软件，如Revit、Bentley、ArchiCAD等，均针对公路工程行业，提出了一些的解决方案，以尽可能适应公路工程BIM的多样化需求。但由于BIM软件开发商多为通用软件平台开发，专业性、针对性偏弱，且这些BIM软件建模操作较为复杂，
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2019年第3期
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需要专业人员操作应用，因此更适宜于专业设计师进行公路工程设计时使用，但对于管理部门、养护单位等不擅长技术能力的单位来说，较难以使用。这就造成BIM 技术在公路养护管理期推广应用存在一定的技术性难度，而且也不利于管理部门，养护单位参与BIM 模型的插入、提取、更新和修改信息，使BIM 模型最大优势—信息共享难以实现。
2 SketchUp 软件建模的优势
SketchUp 具有BIM 软件所必需的核心功能—信息化模型。该软件操作十分简便，方便管理部门、养护单位、检测单位尽快熟练掌握使用。对于BIM 模型，共享信息是至关重要的目标，相对于操作复杂，应用困难的其它专业BIM 软件来说，SketchUp 的简单易学属性可以方便各参与单位熟练使用BIM模型，达到数据共享的目的。且SketchUp 几乎支持所有目前主流图形设计、设计软件图形的导入和导出，支持输出3dz、kmz、dae、wrl、xsi、fbx、obj 等格式文件。所以可根据公路管理部门的需要，将SketchUp 建立的BIM 模型导入管理部门正在使用的其它BIM 管理平台中，如基于Revit 软件的BIM 平台，整合其它信息资源，实现全寿命周期BIM 信息的管理。
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3 建立公路模型
3.1 环境模型
通过基于“SketchUp+GIS”的方式，应用SketchUp 软件，与Google Earth、DigitalGlobe、ArcGIS 等多种来源、精度和类型的地形数据及影像数据进行整合，再通过PlaceMaker 软件添加环境建筑信息。同时根据公路竣工图纸中对于环境基础信息的描述，添加相关环境影响因素，如不良地质区域、规划控制区域等，形成环境信息模型。环境模型中的楼房，建筑等附属物的建模，可以使用PlaceMaker 来批量生成。PlaceMaker 可以调用DigitalGlobe 的高清影像数据和OpenStreetMap 的建筑信息数据，实现自动化建模。需要注意的是OpenStreetMap 目前在中国的建筑信息资源还不是太完善，对于大型城市来说可以提供较为全面的建筑信息，但是对于偏远地区就没有太多数据可以使用。因此可以用Lumion 来辅助批量生成建设物和植物模型，使环境模型与实际相符合。环境模型建立的越细化，越能对公路养护计划起到参考作用。例如对某公路大桥进行沉降观测和位移观测，如果环境建模细化，就可以在模型上避开遮挡物，依照坐标合理建立观测点位，避免了在测量观测现场反复选点的工作。见图1、图2。
图1 应用SketchUp 建立
环境模型
图2 利用PlaceMaker
自动化建立环境模型
3.2 工程模型
通过SketchUp+ProfileBuilder 的方式进行参数化建模。首先需要通过竣工图纸查找一段公路设计资料，提取公路中心线的坐标在环境模型中标出，使用Tools on Surface 插件连接坐标形成公路中心线。然后打开Profile Builder 中的Asmbler Dialog（部件对话框）功能，然后根据竣工图纸的数据信息，建立一段公路模型部件，主要包括公路的路面面层、路面基层、路面底基层、路面垫层等等，同时将公路标线等交安设施信息也附加入部件内，完成部件的参数建模后，以公路中心线作为路径，使用Profile Builder 的Build Along Path（沿路径创建）功能，即可完成参数化建模。见图3。
图3 Profile Builder 参数化
建立公路模型
图4 Profile Builder 添加
护栏立柱组件
公路模型建立后，需再根据竣工图纸的要求，在模型上参数化建立护栏模型信息。首先根据图纸的尺寸建立一个护栏立柱，将其做成Profile Builder 的组件，然后在Profile Builder 部件中添加该立柱组件，点击应用部件属性，即可沿路径生成护栏立柱。再调整Profile Builder 立柱组件的属性，使其与图
纸中立柱间距、尺寸等信息一致。通过这一方法还可参数化建立护栏挡板，路缘石等其它公路附加模型。见图4～图6。
图5 Profile Builder 参数化
建立护栏立柱
图6 Profile Builder 参数化
建立公路护栏
郑 晨：基于SketchUp 实现参数化建立公路模型的方法
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3.3 公路桥梁模型
需要根据竣工图纸尺寸单独建立，然后根据桥梁坐标在环境模型中精确定位，用Zorro 切割插件对模型进行合理的切割，将桥梁模型替换至其中。公路桥梁常用的简支板梁桥、连续梁桥等，具有较强的通用性，是工程项目中最常出现、数量最多的模型，可依托Profile Builder 软件实现梁板、支座、桥面、立柱等部件其参数化、自动化建模，为大量公路桥梁基础工程模型的快速建立提供便捷。而对于较为复杂的大型互通立交桥来说，除了要严格依据竣工图纸建立工程模型外，还应注意要将相同构件做成组件，结构部件单独建立图层，方便之后修改和调整模型。见图7。
图7 应用SketchUp 建立桥梁
工程模型
4 公路模型信息的整合
通过SketchUp+Profile Builder 建立公路模型后，还需要将公路工程养护管理期的检测、养护信息叠加至模型中，形成可用级模型。常用的信息例如通过公路检查发现的路面病害信息、桥梁病害信息，桥梁历年沉降信息等。
一条运营公路几十公里长，为了方便管理，需要先对公路进行区域划分，每公里建立一个群组。然后通过SketchUp 将每种病害做成组件，通过分图层的方式叠加到公路模型中。这样可以用Quantifier-Pro 软件对病害组件信息进行汇总分析，实现量化管理，如果再对每种病害的维修成本进行细化，就可以用Quantifier-Pro 预算出公路养护维修的总成本费用。
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对比传统的检测报告病害汇总表格，Quantifier-Pro 具有病害信息可视化，体量精确化，定位准确化，预算成本合理化等优势。而且因公路工程模型是根据竣工图纸建立的，公路工程重点元素信息都在模型中着重体现，因此可与病害位置进行联合分析，更为精确的判断公路病害公路整体结构的影响，为制定科学的养护计划提供依据。
5 结语
2017年，为贯彻实施《交通运输信息化“十三五”发展规划》，发挥现代信息技术在工程管理中的作用，交通运输部决定推进公路水运工程BIM 技术应用。交通运输部已发文《交通运输部办公厅关于开展公路BIM 技术应用示范工程建设的通知（交办公路函〔2017〕1283号）》、《交通运输部办公厅关于推进公路水运工程BIM 技术应用的指导意见》，用于指导推进公路工程BIM 技术的应用工作。
我国已建公路总里程位居世界前列，公路工程建立BIM 模型的任务量巨大，为能够尽快使公路工程迈向BIM 时代，开展全寿命期信息综合管理，需要更加科学、快速、准确的建立公路工程基础模型，
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