透视城市“生命线” MapGIS地下管线三维建模工具

candy33 · 发表于 2022-2-15 09:34

城市是繁忙的，昨夜的浮尘还未落定，新一天的晨曦又接替了灯光，人们匆匆地开启了新一天的生活，在车水马龙中穿梭，在楼宇林立间工作生活，一切都是匆匆而又有条不紊。繁忙的背后还是繁忙，水、电、燃气、热量、信息都在通过各种管线一刻不停地流向城市的每一个角落，那些深埋在地下的管线就是城市的“生命线”，输送城市运行必需的“血液”。在看不见的城市地下世界，这些管线埋藏有多深？各自通向哪里？管线运行维护，城市工程规划、设计、施工和管理，城市应急指挥和抢险，如何获取完整、准确、现势的地下管线信息？

随着GIS等信息技术的发展，地下管线管理也从二维平面向三维立体管理迈进。传统管线信息管理系统将管线及其附属设施抽象成二维平面内的点、要素，并使用各类点符号、不同颜色线段进行表达。虽能一定程度上满足城市智慧运行的需要，但不能很直观的表现出管线的形状、大小以及管线之间的叠加、包围关系，而使用三维计算机技术对管点管线设备进行空间建模和渲染，不仅直观逼真，并能正确展示竖直管段等二维图形中不便于表示的部件，能够更清楚的识别管线与管点设备之间的连接情况。

图1 二维与三维管网展示对比

三维管线模型与地上建筑模型相结合，可以对管线沿道路的走向和分布情况以及管线与建筑物间的连接点提供地上地下一体化表达。在三维系统内综合使用光照、阴影、地面透明等显示技术，可以呈现出更加逼真的效果，各类数据融合情况一目了然。

图2 三维管线地上地下一体化表达

三维管线模型与地下设施模型（如地下管廊）相结合，可完整体现管线在管廊中的排布、走向、与楼梯和防火门之间的位置关系。尤其适用于显示空间分布较复杂的管线，提供全方位观察能力。

图3 三维管线与地下管廊

除此之外，三维管网系统在流向分析、地面开挖等功能上均优于二维系统的表现效果，并拥有空间漫游、隧道模拟等特有功能。在此基础上，可以构建功能更强大，可视化效果更好的各类管线业务应用场景，更好的服务于管线信息化建设。

mapgis三维场景构建工具产品提供的三维管线建模模块，依托MapGIS强大的三维网络分析能力以及M3D全空间三维模型数据格式，不仅具有高效、灵活的三维管线建模功能，同时在面对特大城市级管线数据模型渲染上，也应对自如。

一、建模流程简易、高效，模型库丰富、易用

MapGIS三维管线建模流程简单，操作方便。三维管线建模工具使用入库后的地下管线探测数据或设计数据，经数据标准化、指定管线管点建模信息、指定定位方式等步骤后，可直接批量生成M3D格式的缓存数据。M3D数据可使用MapGIS IGServer发布为服务后供Web端使用，也可以在桌面端通过加载缓存的方式浏览。与传统的使用3D Max或Revit等软件进行建模相比，此建模过程在配置完成后无需人工干预，所有模型都批量生成，效率极大提升，同时建模过程采用多线程技术，并针对管线建模进行了特定优化，特别适合进行大模型管线数据建模，或包含多种管线类型的综合管网建模。

模型库方面，管线模型除支持常见的圆管、方管外，还提供了对排管、明沟两类管线的支持。排管是截面带孔的方形管块，主要用于通信管线。明沟是无顶盖的方管，用于室外排水管线。管点模型有解析建模和外部导入模型两种。解析管点建模根据管点的自身的属性及与管线的连接情况，实时构建出符合实际形状、大小的模型，包括弯头、直通、三通、四通、变径、立管组件、方井、圆井、雨水篦等设备类型。外部导入模型是由其它软件已经制作完成，可直接导入显示的模型，主要包括阀门、水表、消防栓、路灯、接线箱和控制柜等，支持按需追加外部模型。外部模型在参与建模时，会顾及与管线的连接情况，对模型大小、方向等进行适当调整。

图4 各类管线、管点模型

二、自适应地上景观模型、地面高程模型，进行数据间融合

通常，地下线管三维模型会与地上景观建筑精细模型或地面高程模型叠加展示，以获得更好的显示效果，快捷准确定位管线位置。地上景观模型和地面高程模型的各点高程，与管线探测数据的地面高程，由于制作方式和精度所限，一般会有一定差距，同时，城市地面会出现高低起伏及斜坡等情况。若使用固定外形的井类模型，不但可能会出现井口突出地面、埋入地下等现象，也无法适应斜坡等非水平地形。MapGIS场景构建工具在进行管线三维建模时，充分考虑地形的变化，一方面对井口高度进行微调，适配景观地面高度；另一方面使用解析法构建井类设备，不但能够根据属性构建出大小合适的井模型，而且可以自动对井口进行倾斜处理，以适配地表斜面。三维管线模型与地上景观、地面高程模型融合后，更加符合实际情况，融合后整体外观也更加协调。

图5 雨水篦及圆井模型适配倾斜地面

三、细致的模型间连接适配

管点与管线三维模型的连接处，在建模时需要进行“精修”，避免出现穿模、空洞、断裂等情况。MapGIS场景构建工具基于两项技术达成此目标，一是专门针对管线建模优化的三维网络分析算法，二是管线模型间融合规则库。三维网络分析用于确定管线管点间连接关系，管线模型间融合规则库用于根据网络分析结果，微调模型，使之相互契合。

对于三维网络分析算法，MapGIS场景构建工具在以往网络分析的基础上，强调了线与线之间的连接关系，改进了网络生成方式，综合使用几何构网与属性构网两种建网方式，提高了网络的容错性，兼顾立管组件等特殊情况。在建网过程中，还能对网络进行质量检查，发现重合线、孤立点等异常情况并记入日志。

管线模型间融合规则库是在管线三维建模中长期实践、总结出的一套微调规则。除外部导入模型外，其它管线管点模型均采用解析法建模，预留了诸多参数可进行模型调整。如方管连接时，改变截面角度使管端闭合；圆管与弯头、阀门相连时，收缩圆管避免穿出弯头、阀门外；相连管段高差过大时，自动补充立管组件；消防栓模型自动补齐与之相连的竖直管段，避免与管网分离等。

图6 各类管线模型间融合规则

四、支持大规模城市管线三维建模及流畅渲染

MapGIS场景构建工具对大规模城市管线三维建模支持友好。大规模城市管线数据量大、数据范围广，MapGIS场景构建工具对数据进行了分层、分块操作，使用多层次细节（LOD）进行模型构建，适合进行高速渲染与调度。另一方面考虑了二维管线数据的投影变形，使三维模型数据精准适配球面投放，与天地图影像地图可以准确匹配。

图7 深圳综合管线三维模型整体、局部

MapGIS地下管线三维建模工具在多个专业管线项目、全空间一体化项目中得到了广泛应用，无论是园区级、县市级还是超大城市级数据，均能得到较好建模效果，可助力企业不断提升管线信息化管理水平，为保障城市“生命线”平稳运行提供强大支撑。