王大志，黃 鵬

(國(guó)家電投集團(tuán)廣西電力有限公司，廣西 南寧 530022)

0 引 言

隨著近幾年BIM(建筑信息模型)技術(shù)的興起，越來(lái)越多的工程設(shè)計(jì)人員開(kāi)始從二維設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向三維設(shè)計(jì)。二維設(shè)計(jì)大多采用AutoCAD軟件。該軟件價(jià)格便宜、使用方便，且對(duì)計(jì)算機(jī)硬件配置要求較低，提供的二次開(kāi)發(fā)接口便于用戶擴(kuò)展其功能。因此，設(shè)計(jì)人員多傾向于在AutoCAD上開(kāi)展土石方工程三維設(shè)計(jì)。然而，AutoCAD自帶的三維內(nèi)部命令僅能實(shí)現(xiàn)最基礎(chǔ)的三維設(shè)計(jì)，例如：規(guī)則三維實(shí)體的建立、三維實(shí)體的簡(jiǎn)單剖切、繪制符合函數(shù)變化規(guī)律的三維多段線等；然而土石方工程三維設(shè)計(jì)涉及的三維實(shí)體模型復(fù)雜，對(duì)三維模型的數(shù)據(jù)獲取要求高，因此，工程設(shè)計(jì)人員開(kāi)始使用Civil 3D，Revit，Bentley，CATIA，GEOPAK等功能強(qiáng)大的軟件開(kāi)展土石方工程三維設(shè)計(jì)，但這些軟件存在以下不足：① 價(jià)格昂貴，例如一套CATIA軟件的使用費(fèi)約為10萬(wàn)元，而一套AutoCAD軟件的使用費(fèi)僅約0.8萬(wàn)元；② 功能繁雜，熟練掌握軟件應(yīng)用需花費(fèi)大量精力，且軟件中很多功能使用率低；③ 三維設(shè)計(jì)工作流程繁多、效率低，例如Civil 3D進(jìn)行復(fù)雜的放坡設(shè)計(jì)時(shí)，必須在配套的Subassembly軟件上完成放坡截面裝配設(shè)計(jì)，然后將數(shù)據(jù)輸入到Civil 3D以完成后續(xù)設(shè)計(jì)[1]；④ 對(duì)計(jì)算機(jī)硬件配置要求高，使用配置較低的電腦運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)卡頓；⑤ 核心功能不全，例如Revit的三維路線功能不全，需要使用dynamo插件先建立三維路線，再導(dǎo)入到Revit，而dynamo插件的安裝又增加了軟件的使用難度[2]。

因此，如果能直接在AutoCAD平臺(tái)上進(jìn)行土石方工程三維設(shè)計(jì)，工程設(shè)計(jì)人員將不需要花費(fèi)大量精力去熟悉新的軟件，而是把精力多放在設(shè)計(jì)上；同時(shí)，也能提高設(shè)計(jì)工作效率，帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)效益。國(guó)內(nèi)僅有少數(shù)專(zhuān)家、學(xué)者利用AutoCAD平臺(tái)開(kāi)展土石方工程三維設(shè)計(jì)研究，取得了一定成果。周樂(lè)韜等[3]建立了地形三維實(shí)體和挖方三維實(shí)體，并通過(guò)布爾運(yùn)算，得到基坑開(kāi)挖設(shè)計(jì)三維實(shí)體，實(shí)現(xiàn)了基坑開(kāi)挖的三維設(shè)計(jì)。李文昌等[4]利用AutoCAD內(nèi)部命令，采用切割的方式，實(shí)現(xiàn)了單級(jí)邊坡開(kāi)挖的三維設(shè)計(jì)。廉杰等[5]利用AutoCAD二次開(kāi)發(fā)技術(shù)建立三維實(shí)體地形，并通過(guò)拉伸挖填實(shí)體地形建立輔助三維實(shí)體，再通過(guò)布爾運(yùn)算得到設(shè)計(jì)三維實(shí)體。然而，上述研究?jī)H能實(shí)現(xiàn)基坑開(kāi)挖、單級(jí)邊坡開(kāi)挖等簡(jiǎn)單體型的三維設(shè)計(jì)，未能實(shí)現(xiàn)土石方工程量的分類(lèi)統(tǒng)計(jì)及施工控制點(diǎn)坐標(biāo)的提取。在充分吸取上述研究成果的基礎(chǔ)上，采用基于AutoCAD平臺(tái)的ObjectARX二次開(kāi)發(fā)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了土石方工程三維設(shè)計(jì)。

1 ObjectARX三維實(shí)體造型技術(shù)

ObjectARX是基于AutoCAD平臺(tái)的二次開(kāi)發(fā)軟件包，它生成的ARX應(yīng)用程序是一個(gè)DLL(動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù))，對(duì)AutoCAD直接進(jìn)行函數(shù)調(diào)用[6]。ObjectARX可以實(shí)現(xiàn)對(duì)AutoCAD底層進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，能夠滿足不同專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員的開(kāi)發(fā)需求。ObjectARX常用的開(kāi)發(fā)環(huán)境為Microsoft visual studio，同時(shí)，還需要安裝ObjectARX SDK；不同的AutoCAD版本對(duì)應(yīng)不同的ObjectARX SDK版本。

ObjectARX三維實(shí)體造型技術(shù)包括實(shí)體生成、設(shè)計(jì)和查詢[7]。實(shí)體生成使用AcDb類(lèi)和AcGe類(lèi)的相關(guān)函數(shù)。實(shí)體設(shè)計(jì)主要靠實(shí)體間的布爾運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)。布爾運(yùn)算是數(shù)字符號(hào)化的邏輯推演法，包括合并、相交、相減[8]。該方法可以將簡(jiǎn)單的基本圖形組合產(chǎn)生新的形體。實(shí)體的布爾運(yùn)算有3種：① 并運(yùn)算，求兩個(gè)或兩個(gè)以上實(shí)體的并集，即合并為一個(gè)實(shí)體；② 交運(yùn)算，求兩個(gè)或兩個(gè)以上實(shí)體的交集，即生成實(shí)體的公共部分；③ 差運(yùn)算，將一個(gè)實(shí)體集從另一個(gè)實(shí)體集中減去。實(shí)體查詢是通過(guò)相關(guān)函數(shù)獲取實(shí)體的信息，包括質(zhì)量、體積、坐標(biāo)等。

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，首先調(diào)用AcDb3dSolid類(lèi)的成員函數(shù)初始化三維實(shí)體，然后調(diào)用booleanOper函數(shù)進(jìn)行布爾運(yùn)算得到設(shè)計(jì)三維實(shí)體，最后以getSlice和getMassProp函數(shù)為基礎(chǔ)，構(gòu)造自定義的函數(shù)對(duì)三維實(shí)體進(jìn)行剖切和查詢，檢查設(shè)計(jì)成果。

2 設(shè)計(jì)思路

土石方工程三維設(shè)計(jì)的思路是根據(jù)坡比、坡高、馬道寬度、方向等設(shè)計(jì)參數(shù)，快速建立設(shè)計(jì)三維實(shí)體。首先，根據(jù)地形測(cè)量數(shù)據(jù)和地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)建立原始工程地質(zhì)三維實(shí)體。其次，通過(guò)設(shè)定邊坡、基坑、堤壩、溝槽等挖填參數(shù)繪制放坡封閉橫截面，再生成面域，然后以挖填體的走向線為掃掠路徑，通過(guò)沿掃掠路徑拉伸面域形成輔助三維實(shí)體。最后，輔助三維實(shí)體和原始工程地質(zhì)三維實(shí)體進(jìn)行布爾運(yùn)算，獲得設(shè)計(jì)三維實(shí)體。對(duì)于上述每個(gè)設(shè)計(jì)步驟，采用ObjectARX技術(shù)編制應(yīng)用程序，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在AutoCAD平臺(tái)的土石方工程三維設(shè)計(jì)過(guò)程中調(diào)用(圖1)。

圖1 建立設(shè)計(jì)三維實(shí)體流程Fig.1 Processes of establishing a designed 3D solid

3 設(shè)計(jì)方法

3.1 原始工程地質(zhì)三維實(shí)體建立

采用Delaunay三角剖分法繪制地形三角網(wǎng)曲面[9]，如圖2所示；利用Surfer軟件對(duì)地層鉆孔數(shù)據(jù)進(jìn)行插值擬合，形成三維網(wǎng)格數(shù)據(jù)文件，并導(dǎo)出為“*.dat”格式，利用ObjectARX二次開(kāi)發(fā)技術(shù)編程建立地層三角網(wǎng)面；建立掃掠、放樣建模接口函數(shù)，沿Z軸拉伸各地層三角網(wǎng)面形成實(shí)體，并通過(guò)布爾運(yùn)算生成原始工程地質(zhì)三維實(shí)體模型[10]，如圖3所示。

圖2 基于Delaunay三角剖分的地形三角網(wǎng)面Fig.2 Terrain triangulation based on Delaunay triangulation

圖3 原始工程地質(zhì)三維實(shí)體模型Fig.3 3D solid model of original engineering geology

3.2 輔助三維實(shí)體建立

3.2.1 走向線繪制

輔助三維實(shí)體是由符合坡比、坡高、馬道寬度等設(shè)計(jì)參數(shù)約束條件的放坡封閉橫截面沿走向線拉伸而形成的三維實(shí)體[11]。放坡封閉橫截面是一個(gè)垂直于走向線的二維封閉圖形。該圖形靠設(shè)計(jì)邊坡一側(cè)的曲線由多級(jí)邊坡設(shè)計(jì)參數(shù)確定。走向線是放坡封閉橫截面在原始工程地質(zhì)三維實(shí)體上的延伸方向線(圖4)。

圖4 放坡封閉橫截面和走向線關(guān)系Fig.4 Relationship between sloping closed cross section and strike line

在建立放坡封閉橫截面前，工程設(shè)計(jì)人員必須根據(jù)設(shè)計(jì)意圖繪制出走向線。走向線類(lèi)似于道路的路線，是一條由三維坐標(biāo)點(diǎn)(包括X，Y，Z坐標(biāo))連接而成的三維多段線(AcDb3DPolyline)。

對(duì)于基坑開(kāi)挖、邊坡開(kāi)挖、堤壩回填等項(xiàng)目，走向線上點(diǎn)的Z坐標(biāo)一般位于同一高程，可以先在XY平面直角坐標(biāo)系中繪制一條二維多段線(AcDb2DPolyline)，然后將該二維多段線移至設(shè)計(jì)高程處得到走向線(圖5)。

圖5 基坑開(kāi)挖、邊坡開(kāi)挖、堤壩回填項(xiàng)目走向線Fig.5 Strike lines of foundation pit excavation，slope excavation and embankment backfilling projects

對(duì)于溝槽開(kāi)挖項(xiàng)目，走向線上的Z坐標(biāo)一般不在同一高程，走向線的平面線形(俯視圖投影線)和縱面線形(正視圖投影線)由設(shè)計(jì)人員通過(guò)計(jì)算得出，溝槽開(kāi)挖項(xiàng)目的走向線如圖6所示。因此，溝槽開(kāi)挖項(xiàng)目繪制走向線的方法是先從平面線形中提取X和Y坐標(biāo)點(diǎn)，然后從縱面線形中提取Z坐標(biāo)點(diǎn)，最后將坐標(biāo)值代入繪圖函數(shù)，繪制走向線[12]，具體步驟如下。

圖6 溝槽開(kāi)挖項(xiàng)目走向線Fig.6 Strike line of trench excavation project

(1) 設(shè)置一個(gè)步長(zhǎng)，從平面線形起點(diǎn)樁號(hào)至終點(diǎn)樁號(hào)，沿長(zhǎng)度方向逐步提取平面線形的X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)。坐標(biāo)提取通過(guò)AcDbCurve類(lèi)的“getPointAtDist”函數(shù)實(shí)現(xiàn)，該函數(shù)定義為：

getPointAtDist(double dist，AcGePoint3d& point)

其中，dist為沿曲線輸入從曲線的起點(diǎn)樁號(hào)至需要定位的點(diǎn)的距離，point返回由dist定位的點(diǎn)。該函數(shù)在曲線上確定從曲線起點(diǎn)樁號(hào)沿曲線距離為dist的點(diǎn)，并在point中返回這個(gè)點(diǎn)。

(2) 按照先前設(shè)置的步長(zhǎng)，從縱面線形起點(diǎn)樁號(hào)至終點(diǎn)樁號(hào)，沿長(zhǎng)度方向逐步繪制輔助直線，并利用“intersectWith”函數(shù)提取輔助直線和縱面線形交點(diǎn)。該交點(diǎn)的Y坐標(biāo)值即為走向線的Z坐標(biāo)值，該函數(shù)定義為：

intersectWith(AcDbEntity*pEnt，AcDb：：Intersect intType，AcGePlane&projPlane，AcGePoint3dArray &points，int thisGsMarker=0，int otherGsMarker=0)

其中，pEnt為與“this”實(shí)體相交的輸入實(shí)體，intType輸入要求的交叉點(diǎn)類(lèi)型，points輸出附加的交點(diǎn)，thisGsMarker輸入交叉操作中涉及的“this”實(shí)體的子實(shí)體的GS標(biāo)記，otherGsMarker輸入交叉操作中涉及的pEnt指向的實(shí)體的子實(shí)體的GS標(biāo)記。

(3) 將從平面線形和縱面線形提取的坐標(biāo)值合并，得到走向線的三維空間坐標(biāo)點(diǎn)并繪制走向線。步長(zhǎng)設(shè)置得越小，得到的走向線精度越高[13]，如圖7所示。

3.2.2 放坡封閉橫截面繪制

建立輔助三維實(shí)體最關(guān)鍵的步驟是根據(jù)已確定的走向線繪制放坡封閉橫截面。挖方項(xiàng)目和填方項(xiàng)目繪制放坡封閉橫截面的方法各不相同，繪制方法如下。

(1) 挖方項(xiàng)目放坡封閉橫截面。挖方項(xiàng)目放坡是從設(shè)計(jì)開(kāi)挖高程坡腳點(diǎn)，根據(jù)坡比、坡高和馬道寬度逐級(jí)往上放坡。在XY平面直角坐標(biāo)系中，以坡腳點(diǎn)為原點(diǎn)，根據(jù)每級(jí)邊坡的坡比、坡高、馬道寬度等設(shè)計(jì)參數(shù)，逐級(jí)確定放坡封閉橫截面邊界點(diǎn)坐標(biāo)(圖8)。

圖7 從平面線形和縱面線形提取坐標(biāo)點(diǎn)繪制走向線Fig.7 Extracting points from horizontal and vertical alignments and draw strike lines

圖8 挖方項(xiàng)目放坡封閉橫截面邊界點(diǎn)Fig.8 Closed cross section boundary points of cutting project grading

圖8中，pt[0]既是坡腳點(diǎn)，也是走向線起點(diǎn)。從原點(diǎn)pt[0]開(kāi)始，可以按照設(shè)計(jì)參數(shù)確定的約束關(guān)系，依次求得邊界點(diǎn)坐標(biāo)值。由于ObjectARX參數(shù)化繪圖環(huán)境為Wcs坐標(biāo)系，而求得的坐標(biāo)值是在XY平面直角坐標(biāo)系(Ucs坐標(biāo)系)中的值，因此必須調(diào)用“acdbUcs2Wcs”函數(shù)，將求得的坐標(biāo)值轉(zhuǎn)換為Wcs坐標(biāo)系中的值。最后，將轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)值代入繪圖函數(shù)，繪制放坡封閉橫截面，如圖9所示。

圖9 挖方項(xiàng)目放坡封閉橫截面Fig.9 Closed cross section of cutting project grading

(2) 填方項(xiàng)目放坡封閉橫截面。填方項(xiàng)目放坡一般從設(shè)計(jì)高程回填邊緣，根據(jù)坡比、坡高和馬道寬度逐級(jí)往下放坡。以走向線起點(diǎn)為原點(diǎn)，按照設(shè)計(jì)參數(shù)確定的約束關(guān)系，依次求得邊界點(diǎn)坐標(biāo)值(圖10)。然后，按照挖方項(xiàng)目的方法，對(duì)坐標(biāo)值進(jìn)行轉(zhuǎn)換后繪圖，如圖11所示。

圖10 填方項(xiàng)目放坡封閉橫截面邊界點(diǎn)Fig.10 Closed cross section boundary points of filling project grading

圖11 填方項(xiàng)目放坡封閉橫截面Fig.11 Closed cross section of filling project grading

3.2.3 輔助三維實(shí)體的掃掠生成

在AutoCAD平臺(tái)中，可以利用ObjectARX技術(shù)調(diào)用“extrudeAlongPath”函數(shù)實(shí)現(xiàn)掃掠指令，通過(guò)沿著指定的路徑延伸輪廓形狀，繪制出三維實(shí)體[14]。在繪制完成放坡封閉橫截面后，調(diào)用該命令，以挖填體的走向線為掃掠路徑，通過(guò)沿掃掠路徑拉伸面域生成輔助三維實(shí)體(圖12)。

圖12 輔助三維實(shí)體建立Fig.12 Creating auxiliary 3D Solids

3.3 設(shè)計(jì)三維實(shí)體建立

三維實(shí)體之間的差集、并集和交集可以通過(guò)布爾運(yùn)算函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于挖方項(xiàng)目，將原始工程地質(zhì)三維實(shí)體作為求差主體，和輔助三維實(shí)體求差集得到設(shè)計(jì)三維實(shí)體。對(duì)于填方項(xiàng)目，將輔助三維實(shí)體作為求差主體，和原始工程地質(zhì)三維實(shí)體求差集得到設(shè)計(jì)三維實(shí)體(圖13)。調(diào)用AcDb3dSolid類(lèi)的“booleanOper”函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)三維實(shí)體的布爾運(yùn)算，該函數(shù)定義為

booleanOper(AcDb：：BoolOperType operation，AcDb3dSolid*solid)

其中，operation輸入布爾運(yùn)算的類(lèi)型，可能的類(lèi)型有AcDb：：kBoolUnite，AcDb：：kBoolIntersect和AcDb：：kBoolSubtract；solid輸入指向其他實(shí)體的指針，用于執(zhí)行布爾運(yùn)算。

生成設(shè)計(jì)三維實(shí)體后，可以采用相關(guān)函數(shù)對(duì)實(shí)體進(jìn)行渲染，得到實(shí)體真實(shí)效果。Render API是專(zhuān)門(mén)實(shí)現(xiàn)渲染功能的應(yīng)用程序包，包括acRender.arx和avlib.lib文件。acRender.arx負(fù)責(zé)與AutoCAD通信，avlib.lib則包含了與acRender.arx通信的各種編程接口。Render API函數(shù)庫(kù)提供了相應(yīng)的渲染函數(shù)，每個(gè)函數(shù)能實(shí)現(xiàn)特定的渲染功能。

圖13 設(shè)計(jì)三維實(shí)體建立Fig.13 Creating a designed 3D solid

3.4 設(shè)計(jì)三維實(shí)體信息查詢

3.4.1 挖填設(shè)計(jì)工程量查詢

在建立土石方工程設(shè)計(jì)三維實(shí)體后，需統(tǒng)計(jì)挖填設(shè)計(jì)工程量，為方案比選、工程造價(jià)計(jì)算等工作提供依據(jù)。

首先，利用“booleanOper”函數(shù)求得開(kāi)挖三維實(shí)體或回填三維實(shí)體。對(duì)于挖方項(xiàng)目，將原始工程地質(zhì)的各地層三維實(shí)體和輔助三維實(shí)體分別求交集得到開(kāi)挖三維實(shí)體。對(duì)于填方項(xiàng)目，將輔助三維實(shí)體作為求差主體，和原始工程地質(zhì)三維實(shí)體求差集得到回填三維實(shí)體(圖14)。

圖14 開(kāi)挖三維實(shí)體和回填三維實(shí)體Fig.14 Excavation 3D solid and backfill 3D solid

其次，利用“getMassProp”函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)三維實(shí)體的體積查詢，該函數(shù)定義為：

getMassProp(double&volume，AcGePoint 3d & centroid，double momInertia[3]，double prodInertia[3]，double prinMoments[3]，AcGeVector3d prinAxes[3]，double radiiGyration[3]，AcDbExtents& extents)

其中，volume返回實(shí)體的體積，centroid返回實(shí)體的質(zhì)心，momInertia返回固體慣性的X，Y和Z矩，prodInertia返回固體慣性的X，Y和Z乘積，prinMoments返回實(shí)體的X，Y和Z主矩，prinAxes返回實(shí)體的X，Y和Z主軸，radiiGyration返回實(shí)體回轉(zhuǎn)的X，Y和Z半徑，extents返回實(shí)體的邊界框。通過(guò)調(diào)用該函數(shù)，查詢“volume”參數(shù)，可得到開(kāi)挖三維實(shí)體和回填三維實(shí)體的體積，即挖填設(shè)計(jì)工程量。

3.4.2 施工控制點(diǎn)坐標(biāo)提取

施工控制點(diǎn)坐標(biāo)是土石方工程三維設(shè)計(jì)的重要數(shù)據(jù)之一，為挖填施工放樣提供數(shù)據(jù)支撐(圖15)。目前，一般采用的方法是間隔一段距離繪制挖填橫剖面圖，通過(guò)計(jì)算挖填線和地形線的交點(diǎn)，獲得施工控制點(diǎn)坐標(biāo)[15]。該方法工作量大、耗時(shí)長(zhǎng)。本文在三維設(shè)計(jì)中，直接利用ObjectARX的三維實(shí)體邊界信息提取技術(shù)快速實(shí)現(xiàn)施工控制點(diǎn)坐標(biāo)的提取。

圖15 邊坡開(kāi)挖施工控制點(diǎn)坐標(biāo)示意Fig.15 Schematic diagram of coordinates of control points for slope excavation construction

(1) 提取施工控制點(diǎn)坐標(biāo)原理。在AutoCAD中，三維實(shí)體模型是由點(diǎn)、線、面等子實(shí)體構(gòu)成。模型的幾何信息包括形體的形狀、位置、大小、尺寸等，模型的拓?fù)湫畔ㄐ误w的頂點(diǎn)、邊、表面等相互之間的連接關(guān)系，二者構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體，共同形成對(duì)三維實(shí)體模型的完整的描述[16]。ObjectARX是通過(guò)邊界表示法(AcBr)來(lái)精確表達(dá)三維實(shí)體模型的幾何信息和拓?fù)湫畔?。因此，可以通過(guò)建立三維實(shí)體模型的AcBr類(lèi)庫(kù)對(duì)象來(lái)訪問(wèn)三維實(shí)體模型的各個(gè)構(gòu)成元素，如點(diǎn)、邊、面的基本信息和頂點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

(2) 提取施工控制點(diǎn)坐標(biāo)步驟。首先，選擇設(shè)計(jì)三維實(shí)體某一個(gè)設(shè)計(jì)挖填表面，調(diào)用“getSubentPathsAtGsMarker”函數(shù)獲取子實(shí)體路徑。其次，基于此子實(shí)體路徑，建立一個(gè)新的邊界表示對(duì)象(AcBr)，使子實(shí)體與自身的對(duì)象取得聯(lián)系。然后，利用此邊界表示對(duì)象，依次層層建立面(AcBrFace)、邊界環(huán)(AcBrLoop)、邊(AcBrEdge)對(duì)象。最后，提取邊對(duì)象的頂點(diǎn)坐標(biāo)，即得到施工控制點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)(圖16)。

圖16 獲取設(shè)計(jì)挖填表面施工控制點(diǎn)坐標(biāo)Fig.16 Obtaining the coordinates of construction control points on the designed excavation and filling surface

3.5 設(shè)計(jì)施工詳圖制作

在AutoCAD平臺(tái)中，可以利用建立的設(shè)計(jì)三維實(shí)體模型在圖紙空間中快速生成俯視圖和剖視圖，接著調(diào)用“Solprof”命令，提取各視圖的輪廓線，直接生成二維圖形，然后進(jìn)行標(biāo)注得到二維工程施工詳圖[17]。

4 工程實(shí)例

國(guó)家電投興安風(fēng)電項(xiàng)目石料場(chǎng)距離升壓站12.6 km，該項(xiàng)目石料需求約6萬(wàn)m3。石料場(chǎng)出露灰白色厚層細(xì)粒砂巖，局部夾薄層泥質(zhì)粉砂巖。層狀構(gòu)造，巖層產(chǎn)狀，傾向153°，傾角28°～35°。該石料場(chǎng)開(kāi)采的施工圖設(shè)計(jì)采取了三維設(shè)計(jì)模式。

首先，根據(jù)石料場(chǎng)地形測(cè)繪數(shù)據(jù)和地質(zhì)鉆孔資料建立石料場(chǎng)原始工程地質(zhì)三維實(shí)體(圖17)。

圖17 石料場(chǎng)原始工程地質(zhì)三維實(shí)體Fig.17 Original engineering geological 3D entity of quarry

其次，依據(jù)邊坡設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)范，計(jì)算并確定邊坡開(kāi)挖坡比、坡高、馬道寬度等參數(shù)，然后根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)在不同高程繪制走向線和放坡封閉橫截面，并建立邊坡開(kāi)挖設(shè)計(jì)三維實(shí)體。通過(guò)方案比選，根據(jù)開(kāi)挖底部平臺(tái)設(shè)計(jì)高程685 m，最終確定石料場(chǎng)開(kāi)采量約為12.6萬(wàn)m3，其中剝離料為3.5萬(wàn)m3，有用料為9.1萬(wàn)m3，剝采比為1∶3.6，滿足風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)和擋土墻澆筑需求(圖18)。

圖18 石料場(chǎng)邊坡開(kāi)挖設(shè)計(jì)三維實(shí)體Fig.18 3D solid of quarry slope excavation design

興安風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)道路K18+264～K18+527處邊坡受暴雨作用，形成牽引式滑坡?；掳l(fā)生后，對(duì)該滑坡進(jìn)行了勘測(cè)并提出采用抗滑樁的治理方案。在滑坡前緣布置一排8根抗滑樁，樁間距6 m，抗滑樁采用直徑2 m的圓形截面，樁深12 m(圖19)。

圖19 抗滑樁設(shè)計(jì)三維實(shí)體Fig.19 3D solid of anti slide pile design

5 結(jié) 論

本文在AutoCAD平臺(tái)上，利用ObjectARX二次開(kāi)發(fā)技術(shù)，開(kāi)展了土石方工程三維設(shè)計(jì)研究。得出的主要結(jié)論如下。

(1) 基于AutoCAD平臺(tái)的ObjectARX二次開(kāi)發(fā)技術(shù)功能強(qiáng)大，利用此技術(shù)編制的應(yīng)用程序滿足土石方工程三維設(shè)計(jì)要求。

(2) 在利用ObjectARX技術(shù)進(jìn)行三維設(shè)計(jì)應(yīng)用程序編制的過(guò)程中，每個(gè)步驟的實(shí)現(xiàn)僅利用了少數(shù)核心函數(shù)，所編制的應(yīng)用程序操作簡(jiǎn)單、實(shí)用可靠。

(3) 在土石方工程三維設(shè)計(jì)領(lǐng)域，以三維實(shí)體布爾運(yùn)算為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)了三維設(shè)計(jì)的“所見(jiàn)即所得”，比以曲面(Civil 3D，CATIA)為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法更直觀、流程更簡(jiǎn)潔、效率更高。

(4) 將機(jī)械三維設(shè)計(jì)常用的邊界信息提取技術(shù)應(yīng)用到土石方工程三維設(shè)計(jì)，解決了快速獲取設(shè)計(jì)三維實(shí)體施工控制點(diǎn)坐標(biāo)的難題。

本文建立的設(shè)計(jì)三維實(shí)體能反映出各施工階段的地質(zhì)情況?；诖顺晒?，下一步將開(kāi)展邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)和爆破施工設(shè)計(jì)方面的研究。