本发明属于一种铁路涵洞设计方法，具体涉及一种基于BIM的铁路涵洞设计方法。
背景技术：
建筑信息模型是建筑学、工程学及土木工程的新工具。建筑信息模型(Building Information Modeling，简称BIM)，被定义成由完全和充足信息构成以支持生命周期管理，并可由计算机应用程序直接解释的建筑或建筑工程信息模型。简言之，即数字技术支撑的对建筑环境的生命周期管理。
基于BIM技术开展铁路涵洞设计是深化和优化设计的需要，传统铁路涵洞设计依据二维平面图与道路、沟渠方向确定涵洞轴向布置范围，再按照现场实测的涵洞轴向地形断面布置涵洞节段。在这种传统方法中，除了二维地形平面图以外，仅依据在涵洞轴向位置处孤立的断面图开展设计，无法将现场地形的实际变化情况充分体现到设计成果中，存在很大的局限性。而在BIM设计中，上序提供的二维地形平面图及涵洞轴向地形断面已经改为三维地形曲面，线路位置也由涵洞轴向断面中的二维标记变为一条空间曲线。在此基础上开展铁路涵洞BIM设计，是在三维地形曲面上，以空间线位做为上序资料，开展的平、纵及三维协同的涵洞设计，因此，无论上序资料还是设计手段都发生了很大变化，铁路涵洞BIM设计方法急需研究。
技术实现要素：
本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种基于BIM的铁路涵洞设计方法。
本发明的技术方案是：一种基于BIM的铁路涵洞设计方法，包括以下步骤：
（ⅰ）根据空间线位和存储在表格内的各涵洞里程信息生成全线涵洞工点骨架。
（ⅱ）建立涵洞节段模板。
（ⅲ）以步骤（ⅰ）建立的涵洞工点骨架作为输入元素建立涵洞节段骨架。
（ⅳ）在步骤（ⅲ）建立的涵洞节段骨架上实例化步骤（ⅱ）建立的涵洞节段模板。
步骤（ⅰ）中所述各涵洞里程信息包括，全线所有涵洞工点的里程值；
所述涵洞工点骨架包括，与涵洞工点数目相同的若干个坐标系，每个坐标系与一个涵洞工点相对应，该坐标系原点是空间线位与涵洞轴线所在立面的交点，该坐标系的x轴与空间线位水平投影线的切线方向一致，该坐标系的z轴竖直向上。
将步骤（ⅰ）中空间线位在水平面上投影，根据各涵洞里程与空间线位起点里程的差值沿空间线位水平投影线搜索，在搜索到的位置处建立点，此点即为涵洞工点骨架原点的水平投影，将此水平投影点向空间线位做垂线，交点即为涵洞工点骨架原点，通过涵洞工点骨架原点做空间线位的切线，该切线向水平面投影，投影后线的方向为骨架坐标系的x方向，竖直向上的方向为骨架坐标系的z方向，z方向与x方向经过叉积运算得到骨架坐标系的y方向，遍历存储在表格内的各涵洞里程信息，最终生成全线涵洞工点骨架。
步骤（ⅱ）中所述涵洞节段模板由两个部分组成，涵洞主体结构三维模型和位于端点位置处的骨架坐标系。
步骤（ⅲ）中所述涵洞节段骨架包括，若干个坐标系，坐标系数量是涵洞节段数量的两倍，作为涵洞节段骨架的坐标系分别与每个涵洞节段两端作为输入元素的坐标系相对应。
所述以步骤（ⅰ）中建立的涵洞工点骨架作为输入元素建立涵洞节段骨架包括以下过程：建立一个表格，该表格存储涵洞节段的断面尺寸信息和各涵洞节段的位置信息；首先根据表格中存储的填土高度及涵轴方向信息，将工点骨架坐标系向下平移并绕z轴旋转；根据表格中存储的空间线位下涵节长度及其被空间线位分割的比例，将前一步生成的骨架坐标系沿涵轴方向移动，生成空间线位下涵洞节段的端部骨架坐标系；根据每个涵节的长度、各涵节间缝隙宽度、涵节相对高差等，将前一步生成的空间线位下涵洞节段的端部骨架坐标系沿z方向及涵轴方向移动，生成该涵洞工点所有节段的端部骨架坐标系。
所述在步骤（ⅲ）建立的涵洞节段骨架上实例化步骤（ⅱ）建立的涵洞节段模板，包括以下过程：
提取涵洞节段骨架中与各涵洞节段对应的端部坐标系，作为涵洞节段模板的输入元素，提取存储在数据表格内的断面尺寸信息，为涵洞节段模板的参数赋值，循环操作，生成该工点所有涵洞节段的BIM模型。
本发明基于数字化空间线位，涵洞设计过程中所需里程信息及涵洞节段位置信息分别存储于表格当中，根据表格内的信息批量生成涵洞工点骨架及涵洞节段骨架，在节段骨架上实例化涵洞节段模板，从而生成全线涵洞模型。该方法实现了铁路涵洞BIM设计的整体解决方案，深化和细化了铁路涵洞设计，提升了铁路涵洞的设计手段，自动化程度高，实用性强，能大幅提高设计效率和成果质量，具有明显的推广应用价值。
附图说明
图1 是本发明的方法流程图。
具体实施方式
以下，参照附图和实施例对本发明进行详细说明：
如图1所示，一种基于BIM的铁路涵洞设计方法，包括以下步骤：
（ⅰ）所述根据空间线位和存储在表格内的各涵洞里程信息生成全线涵洞工点骨架S1。
所述各涵洞里程信息包括全线所有涵洞工点的里程值。
所述涵洞工点骨架包括，与涵洞工点数目相同的若干个坐标系，每个坐标系与一个涵洞工点相对应，该坐标系原点是空间线位与涵洞轴线所在立面的交点，该坐标系的x轴与空间线位水平投影线的切线方向一致，该坐标系的z轴竖直向上。
所述根据空间线位和存储在表格内的各涵洞里程信息生成全线涵洞工点骨架包括，将空间线位在水平面上投影，根据各涵洞里程与空间线位起点里程的差值沿空间线位水平投影线搜索，空间线位水平投影线的曲线长度是搜索原则，当搜索到的曲线长度与里程差值相同时，在搜索到的位置处建立点，此点即为涵洞工点骨架原点的水平投影，将此水平投影点向空间线位做垂线，交点即为涵洞工点骨架原点。通过涵洞工点骨架原点做空间线位的切线，该切线向水平面投影，投影后线的方向为骨架坐标系的x方向，竖直向上的方向为骨架坐标系的z方向，z方向与x方向经过叉积运算得到骨架坐标系的y方向。遍历存储在表格内的各涵洞里程信息，最终生成全线涵洞工点骨架。
（ⅱ）建立涵洞节段模板S2。
涵洞节段模板由两个部分组成，涵洞主体结构三维模型和位于端点位置处的骨架坐标系，在主体结构三维模型中，各重要尺寸数据作为参数开放出来，可以在生成涵洞节段模型时重新赋值，骨架坐标系作为模板输入元素在实例化过程中用于确定涵洞节段模型的空间位置和边界条件。
（ⅲ）以步骤（ⅰ）建立的涵洞工点骨架作为输入元素建立涵洞节段骨架S3。
所述涵洞节段骨架包括，若干个坐标系，坐标系数量是涵洞节段数量的两倍，作为涵洞节段骨架的坐标系分别与每个涵洞节段两端作为输入元素的坐标系相对应。
所述以步骤（ⅰ）建立的涵洞工点骨架作为输入元素建立涵洞节段骨架包括以下过程：建立一个表格，该表格存储涵洞节段的断面尺寸信息和各涵洞节段的位置信息，位置信息包括每个涵洞工点的填土高度、涵轴方向，每个涵节的长度，各涵节间缝隙宽度，涵节相对高差，空间线位下的涵节被空间线位分割的具体比例等；首先生成空间线位正下方涵洞节段的定位骨架，根据该表格的填土高度，将涵洞工点骨架坐标系沿-z方向移动，根据该表格的涵轴方向信息，将涵洞工点骨架坐标系绕z轴旋转，从而使骨架坐标系原点位于涵洞节段顶板上缘，并使骨架坐标系x轴方向与涵轴方向一致；根据空间线位下涵节长度及其被空间线位分割的比例，将前一步生成的骨架坐标系沿x轴方向移动，生成空间线位下涵洞节段的端部骨架坐标系；根据每个涵节的长度、各涵节间缝隙宽度、涵节相对高差等，将前一步生成的空间线位下涵洞节段的端部骨架坐标系沿z方向及x方向移动，生成该涵洞工点所有节段的端部骨架坐标系。
（ⅳ）在步骤（ⅲ）建立的涵洞节段骨架上实例化步骤（ⅱ）建立的涵洞节段模板S4。
提取涵洞节段骨架中与各涵洞节段对应的端部坐标系，作为涵洞节段模板的输入元素，提取存储在数据表格内的断面尺寸信息，为涵洞节段模板的参数赋值，循环操作，生成该工点所有涵洞节段的BIM模型。
本发明基于数字化的空间线位，涵洞设计过程中所需里程信息及涵洞节段位置信息分别存储于表格当中，根据表格内的信息批量生成涵洞工点骨架及涵洞节段骨架，在节段骨架上实例化涵洞节段模板，从而生成全线涵洞模型。该方法实现了铁路涵洞BIM设计的整体解决方案，深化和细化了铁路涵洞设计，提升了铁路涵洞的设计手段，自动化程度高，实用性强，能大幅提高设计效率和成果质量，具有明显的推广应用价值。