0  引言
通常各线路软件以专有格式存储线路中心线（Alignment）数据，满足企业自身应用，但造成跨软件平台共享数据困难。为解决铁路线路中心线信息传递和BIM模型线性定位问题，基于国际智慧建筑联盟（buildingSMART）IFC Alignment 1.0标准编制了铁路IFC Alignment 1.0标准，是“铁路工程信息模型数据存储标准”[1]的组成部分。经实践检验，该标准适用于铁路线路中心线信息传递，并已应用于多个铁路BIM生产项目。
1  buildingSMART IFC Alignment 1.0标准
线路中心线实体（IfcAlignment）主要是对IFC标准的几何拓展，派生自定位实体（IfcPositioningElement），位于I F C标准核心层。I f c A l i g n m e n t包括线路平面（I f c A l i g n m e n t 2D H o r i z o n t a l ）、线路纵断面
（IfcAlignment2DVertical）。线路平面由X /Y 平面内1组有序、首尾相连的线路平面线段（IfcAlignment2DHorizontalSegment）组成；线路纵断面为沿线路平面展开的高程曲线，由1组有序、首尾相连的线路纵断面线段（IfcAlignment2DVerticalSegment）组成。buildingSMART IFC Alignment 1.0标准结构见图1。
buildingSMART IFC Alignment 1.0标准不能完全满足铁路应用需求，主要原因如下：
（1）缓和曲线定义为特定的回旋线型（ClothoidalCurve），不支持正弦型（SinusoidalCurve）等常用缓和曲线类型，不具备普适性。
（2）不支持断链表达，无法描述里程不连续情况。
2  铁路IFC Alignment 1.0标准
铁路I F C A l i g n m e n t 1.0标准编制应尽可能保持与b u i l d i n g S M A R T已发布标准一致[1]，该标准在buildingSMART IFC Alignment 1.0标准的基础上，对铁路常用缓和曲线统一参数表达、里程系统和非几何属性等方面进行了修改。
基金项目：中国铁路总公司科技研究开发计划项目（N2018G036）
作者简介：苏林（1975—），男，高级工程师。
E-mail ：铁路线路中心线IFC标准编制与应用实践
苏林
（中国铁路设计集团有限公司，天津   300143）
摘  要：铁路线路中心线作为基础工程数据，在铁路项目全生命周期内广泛应用。参考国际标准，完成铁路线路中心线IFC 标准的研究和编制。通过应用验证，证明该标准适用于铁路工程BIM 信息传递，满足铁路工程线性定位需求。
关键词：铁路；BIM ；IFC ；线路中心线；Alignment ；缓和曲线
中图分类号：TP319；U212        文献标识码：A          文章编号：1672-061X（2019）04-0043-07DOI：10.19550/j.issn.1672-061x.2019.04.043
2.1  标准结构
线路中心线是定位实体的子实体，由线路平面、线路纵断面和里程系统（IfcChainageSystem）3部分组成。线路平面在X /Y 平面内定义；线路纵断面为沿线路平面曲线Z 方向的高程曲线；里程系统沿线路平面曲线定
义，里程系统长度与线路平面曲线长
度一致。线路平面可与多个线路纵断面耦合成不同的线路中心线。铁路IFC Alignment 1.0标准结构见图2。
线路平面由X /Y 平面上1组有序、首尾相连的线路平面线段（Ifc Alignment2DHorizontalSegment）组成，每个线路平面线段拥有1个二维曲线段（IfcCurveSegment2D）对象，相邻线路平面线段间默认为切向连续或点连续（非切向连续）。二维曲线段对象分为二维直线段（IfcLineSegment2D）、二维圆弧段（IfcCircularArcSegment2D）、缓和曲线（IfcTransitionCurve2D）3种实体。
线路纵断面为沿线路平面展
开的高程曲线，由1组有序、首尾
IfcPosi �oningElement
IfcAlginment
IfcAlignment2DHorizontal
IfcAlignment2DVer �cal
Horizontal
Ver �cal
IfcAlignment2DHorizontalSegment
1
IfcAlignment2DVer �calSegment Segments
IfcAlignment2DSegment
CurveGeometry
IfcCurveSegment2D
IfcAlignment2DVerSegCircularArc
IfcAlignment2DVerSegLine
IfcAlignment2DVerSegParabolicArc
IfcCircularArcSegment2D IfcTrasitionCurve2D
IfcLineSegment2D IfcBoundedCurve IfcPosi �veLengthMeasure
StartRadius IfcBoolean
IfcPosi �veLengthMeasure IfcTransi �onCurveTypeEnum
IsCCW EndRadius
Transi �onCurveType
IfcAlignmentTypeEnum IfcLabel
Prede finedType LinearRefMethod IfcLabel StartTag IfcLabel
EndTag IfcPosi �veLengthMeasure
IfcLengthMeasure
IfcLengthMeasure
IfcRa �oMeasure
StartDistAlong
HorizontalLength StartHeight StartGradient
IfcPosi �veLengthMeasure IfcBoolean Radius
IsConvex IfcPlaneAngleMeasure IfcCartesianPoint
SegmentLength StartPoint
StartDirec �on
radius软件SegmentLength
IfcBoolean
IfcPosi �veLengthMeasure Radius IsCCW
IfcPosi �veLengthMeasure IfcBoolean
ParabolaConstant
IsConvex IfcChainageSystem
1
IfcChainageSystemSegment
Segments
IfcLengthMeasure IfcLengthMeasure
IfcReal IfcBoolean IfcLabel
StartChainageNominal Pre fix
IsChainageNominalIncrease
Length
StartDistAlong 图2  铁路IFC Alignment 1.0标准结构
IfcPosi �oningElement
IfcAlginment
IfcAlignment2DHorizontal
IfcAlignment2DVer �cal
Horizontal
Ver �cal
IfcAlignment2DHorizontalSegment
1
IfcAlignment2DVer �calSegment
Segments
IfcAlignment2DSegment
CurveGeometry
IfcCurveSegment2D
IfcAlignment2DVerSegCircularArc
IfcAlignment2DVerSegLine
IfcAlignment2DVerSegParabolicArc
IfcCircularArcSegment2D
IfcClothoidalArcSegment2D
IfcLineSegment2D
IfcBoundedCurve
图1  buildingSMART IFC Alignment 1.0标准结构
相连的线路纵断面线段（IfcAlignment2DVerticalSegment）组成。线路纵断面线段分为线路纵断面直线段（IfcAlignment2DVerSegLine）、线路纵断面圆曲线段（IfcAl ignment2DVerSegCircularArc）和线路纵断面抛物线段（IfcAl ignment2DVerSegParabolicArc）3种实体。
2.2  缓和曲线实体定义
铁路常用缓和曲线类型有回旋线型、正弦型、余弦型（CosinsoidalCurve）、S型（S Curve）、布劳氏型（BLOSS Curve）[2]和七次式型[3]等，各缓和曲线曲率计算式和曲率图分别见表1和图3。
通过记录缓和曲线起点半径（StartRaduis）、终点半径（EndRadius）、曲线长度（SegmentLength）及缓和曲线类型，唯一确定缓和曲线线型，并无数据冗余。再记录姿态的起点坐标（StartPoint）、起点方向矢量（StartDirect）、旋转方向（IsCCW）等参数就可完整表达1条缓和曲线。
对于完整缓和曲线，起点或终点半径为无穷大，以“NIL”表示，缓和曲线唯一确定；对于不完整缓和曲线，可根据起点和终点半径、缓和曲线长度以及缓和曲线类型4个参数计算出相应的完整缓和曲线长度，缓和曲线也唯一确定。
对于回旋线型不完整缓和曲线，由于曲率变化率为常数，通过公式ρ=l/（L×R）可直接计算得出相应的完整缓和曲线长度，式中ρ为缓和曲线上任意点处的曲率，l为缓和曲线上任意点至直缓点的距离，L为缓和曲线全长，R为缓和曲线直圆点处的半径。对于其他类型不完整缓和曲线，需通过数值算法计算缓和曲线全长。
对于特殊类型缓和曲线还可以在缓和曲线实体（IfcTransitionCurve2D）下派生特殊类型缓和曲线实体。线路平面实体类型具有清晰的继承关系和明确的物理含义（见图4）。
常用完整和不完整缓和曲线统一定义（见表2），每个缓和曲线采用7个参数进行描述。其中，起点坐标、起点方向、二维曲线段长度继承父实体（IfcCurveSegment2D）的定义；起点半径、终点半径、偏向和缓和曲线类型在缓和曲线实体中定义。对于不完整缓和曲线，其长度为计算值，由二维曲线段长度、起点半径、终点半径和缓和曲线类型确定。
其中缓和曲线类型枚举定义为：回旋线型、正弦型、余弦型、布劳氏型、三次抛物线型（C u b i c P a r a b o l a s）和用户自定义（USERDEFINE）。
2.3  里程系统实体定义
铁路、公路等线性工程上常有些点设计里程不连续，称为断链。线性工程设计资料通常以里程定位和标识，在工程设计和实施过程中难以避免线路中心线的优化调整，通过合理设置断链可保证各种资料的一致性。线性工程设置断链不可避免，因此线路中心线标准需支持断链设置。
铁路里程通常根据线路平面计算，因此，里程系统被线路平面（IfcAlignment2DHorizontal）聚合。里程系统由1组首尾相接的多个里程（IfcChainageSystemSegment）段组成，其定义结构见图5。
里程系统实体（见表3）由1组首尾相接的里程段（IfcChainageSystemSegment）组成。
里程段实体定义（见表4）里程系统中1段连续的
里程段落，里程段范围内里程连续，2段衔接处里程值
在2个段内可以不同。
2.4  非几何属性信息定义
从线路几何特征方面定义线路中心线属性集Pset_ Alignment（见表5），包括线路中心线的位置、采用设计规范、线路中心线名称、线路长度、最小曲线半径、曲线个数、曲线长度、坡段个数、前进方向拔起高度、后退方向拔起高度等信息。
3  铁路IFC Alignment 1.0标准应用实践3.1  试验验证
选择雅万高铁项目先开段验证铁路线路中心线标准的适用性。雅万高铁先开段设计速度为350 km/h[4]，里程范围为GDK95+000—GDK100+000，线路长5 km，土建工程包括3座隧道、3座桥梁、1 km路基、1座车站和4座涵洞。
3.1.1  验证目标
采用铁路IFC Alignment 1.0标准，选择“铁路线路设计系统（RDS）”、GIS和3DExperience软件，验证标准是否可完整传递线路中心线（包括平面、纵断面），数据传递精确度是否满足工程应用。
3.1.2  验证路线
验证工作分4步进行，具体步骤及内容见图6。

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