楊志

（安徽省現(xiàn)代交通設計研究院有限責任公司，安徽 合肥 230011）

沱澮河航道貫通豫皖兩省，通過淮河、京杭運河與長江航道銜接，具有聯(lián)系沿海，發(fā)展中部的功能和區(qū)位特征。李口至臨渙段是沱澮河進入安徽境內(nèi)的第一段航道，也是安徽段最后一段未實施的航段，具有承上啟下的作用。本次李口至臨渙段按Ⅳ級標準進行建設，航道尺度45×3.2×320m，航道線路基本沿原有河道進行，對局部不滿足航道尺度的航段通過切灘、切嘴和裁彎取直等工程措施，使其滿足船舶通航要求。整治里程約29.59km，主要建設內(nèi)容包括疏浚工程、護坡工程、橋梁改建及防撞防護工程、航標工程等。

1 航道選線的制約因素

1.1 航道等級

據(jù)安徽省人民政府辦公廳皖政辦秘〔2017〕132 號文批準的《安徽省水路建設規(guī)劃（2017—2021 年）》，安徽省交通運輸廳頒布的《安徽省水運“十四五”發(fā)展規(guī)劃》、安徽省人民政府頒布的《安徽省干線航道網(wǎng)規(guī)劃（2018—2030 年）》，沱澮河航道規(guī)劃等級為Ⅳ級，根據(jù)《內(nèi)河通航標準》并結合下游已建航道的建設尺度論證，本段航道的建設尺度最小為45m×3.2m×320m（底寬×水深×彎曲半徑），兩個相鄰反向彎道之間的直線段長度不小于200m。

1.2 河道現(xiàn)狀

澮河臨渙至臨渙閘段經(jīng)過中小河流治理后，現(xiàn)狀河道排水能力達到規(guī)劃標準，水面寬度滿足四級航道的標準但水深不滿足，需要對航道進行疏浚。省界至臨渙段長約26.7km，從未經(jīng)過治理，河道底寬約10m，河底高程23.8m～20.3m，起伏較大，邊坡1:2～1:1:8，極不規(guī)則，河道呈復式斷面型式，自上而下存在劉集、岳集、余大橋等7 處較為彎曲的河道，航道整治需要按照Ⅳ級航道標準對不滿足平面布置的彎曲河道采取切灘及裁彎取直的工程措施，同時為了減少船舶航行對岸坡的影響，工程對新疏浚的航道兩岸進行防護。

1.3 基本農(nóng)田分布

根據(jù)濉溪縣土地利用總體規(guī)劃調(diào)整完善數(shù)據(jù)庫、永久基本農(nóng)田數(shù)據(jù)庫及土地利用現(xiàn)狀變更調(diào)查數(shù)據(jù)庫等數(shù)據(jù)分析，濉溪縣耕地面積為138438.98 公頃，永久基本農(nóng)田面積為120380.00 公頃，永久基本農(nóng)田占耕地面積的86.96%，全縣永久基本農(nóng)田比例較高。項目所在區(qū)域永久基本農(nóng)田分布廣泛，航道整治難以完全避讓占用永久基本農(nóng)田。

1.4 沿線橋梁

本航道沿線共有12 座橋梁，本次航道整治對趙莊橋、劉集橋、岳集橋、臨渙里橋、臨渙碼頭橋、韓村北橋等6 座跨河公路橋梁及青阜鐵路橋上行線進行改建。余大老橋及青海鐵路橋拆除老橋。余大橋和S06 泗許高速橋現(xiàn)狀利用。根據(jù)《內(nèi)河通航標準》要求，考慮橋區(qū)航道的安全，橋梁上下游直線段長度分別不小于4 倍和2 倍單船長度的要求。航道沿線橋區(qū)航道需為直線段的要求對航道整體線型存在一定的約束。

綜上所述，本航道制約因素眾多，首先從通航安全角度而言，航道選線要滿足內(nèi)河通航標準等規(guī)范的要求，保障橋區(qū)航道的安全；從集約和節(jié)約土地角度工程要減少征地和占用基本農(nóng)田；從河勢穩(wěn)定的角度，需要減小切灘強度，減少對河勢穩(wěn)定的影響。因此，設計過程中需要對航道線型進行反復優(yōu)化，進而獲得滿足通航安全、減少占用基本農(nóng)田、降低河勢影響的最優(yōu)布置。傳統(tǒng)二維設計方法在面對線型調(diào)整時，設計過程繁瑣、工作量大，且存在一定的設計誤差。通過將Autodesk 系列三維設計軟件應用到航道的設計中，實現(xiàn)航道整治工程的三維正向設計，實現(xiàn)設計過程前后關聯(lián)及疏浚與護岸的三維協(xié)同智能化參數(shù)化設計，快速獲得最新的設計成果，提高了設計效率和設計精度。

2 三維正向設計流程

三維設計主要利用Autodesk 公司推出Civil3D 及其配套插件Subassembly Composer（部件編輯器）。Civil 3D 是Autodesk 公司為土木與基礎設施行業(yè)提供的三維設計解決方案，主要用于線性工程的三維建模，本次航道整治中的疏浚工程和護岸工程均為線型工程，采用Civil 3D 具有天然的優(yōu)勢。Subassembly Composer 提供了自定義線性工程橫斷面的功能，使用戶根據(jù)需要對設計橫斷面進行邏輯編譯，設計流程見圖1。

圖1 疏浚工程三維設計流程

圖2 航道標準橫斷面圖

圖3 航道工程的三維可視化

（1）建立三維地形曲面。將本航道工程實測1:2000的地形圖中高程點、等高線等高程信息進行提取轉換，利用CIVIL3d 的曲面功能建立工程區(qū)河道的三維地形曲面作為航道設計的基礎地形。

（2）平面設計。根據(jù)河道現(xiàn)狀條件、航道的設計尺度、基本農(nóng)田分布、河勢影響等方面因素，利用Civil 3D 中的路線編輯器工具，初步選定合適的線路走向，后期可在此基礎對線型進行優(yōu)化調(diào)整。

（3）縱斷面設計。航道縱斷面按平坡設計，不設縱坡，航道設計底高程均為19.3m，根據(jù)航道線路里程及設計底高程即可制作縱斷面文件。

（4）橫斷面設計。

疏浚斷面根據(jù)灘地高程分別確定，當疏浚邊坡上口線高程在25.0m 以上時，航道斷面采用復式斷面，灘地25.0m 高程處設2m 平臺，以上邊坡1:3，以下航槽邊坡1：4，同時對疏浚邊坡進行斜坡式護岸，▽25.0 平臺以上采用砼預制互鎖塊（空心，孔內(nèi)植草）結構型式，平臺以下采用鉸鏈排結構型式。當疏浚邊坡上口線高程在25.0m 以下時，航道斷面采用單一梯形斷面，邊坡1：4，不進行防護。

利用部件編輯器二次開發(fā)定制本航道疏浚與護岸工程的聯(lián)合橫斷面。在對橫斷面進行編譯時，需首先分析橫斷面中點線面的邏輯關系，進而根據(jù)邏輯關系將每一個點線面要素進行定義和設定。底寬可以作為邏輯目標對應平面設計中的航道底邊線，邊坡的坡比、通航水位、壓頂高程、護岸墊層厚度等參數(shù)作為設計輸入?yún)?shù)根據(jù)實際需求而定。

通過對橫斷面的編碼，可在模型自動實現(xiàn)以下功能：

1）橫斷面能夠在平面上與航道中心線、航道底邊線進行邏輯關聯(lián)，同時實現(xiàn)疏浚和護岸與航道線的動態(tài)關聯(lián)，當航道線型發(fā)生優(yōu)化調(diào)整時護岸部位隨之改變，進而獲得工程最新的設計成果。

2）當疏浚邊坡上口線高程在25.0m 以下時，自動選擇為單一梯形的疏浚斷面，同時可自動識別斷面內(nèi)低于設計航道底高程的部分而不進行開挖，

3）當疏浚邊坡上口線高程在25.0m 以上時，自動選擇為復式斷面的疏浚斷面，并通過斷面參數(shù)控制調(diào)整疏浚與護岸設計斷面。

表1 護岸與疏浚橫斷面參數(shù)表

此外，對于地質(zhì)條件較差或者有特殊要求的河段，需要調(diào)整斷面的坡比、平臺高程、護岸結構尺寸時，只需在平面中進行定位，在斷面參數(shù)表中更改相應的設計參數(shù)，即可完成設計模型的更新。

（5）三維航道模型及工程量計算。在完成地形曲面及航道平面縱斷面和橫斷面設計后、即可利用civil3d“道路建模”功能生成航道模型，并完成依據(jù)三維模型計算各部分工程量以及生成需要的二維圖紙等。

3 三維設計成果的可視化

本航道為線性工程，在空間上呈帶狀分布，航道不可避免占用沿線基本農(nóng)田，在彎曲河段航道整治需要對現(xiàn)狀河道進行裁彎取直或者切灘的整治措施，另外航道沿線跨河橋梁、管線、沿河涵閘、溝渠等交叉建筑物眾多，在說明航道整治與周圍環(huán)境相對位置關系時，有必要將設計成果進行三維表達，實現(xiàn)航道整治工程的三維可視化，提高設計表達和溝通效率。

利用Autodesk 公司的可視化軟件Infraworks 可實現(xiàn)三維設計成果和空間地理信息的融合，全面展示航道的設計成果及周圍環(huán)境。在Infraworks 中，可將航道穿越區(qū)域內(nèi)的衛(wèi)星云圖、地形數(shù)據(jù)、各種設計三維成果進行導入并精準定位，同時還可以將航道沿線基本農(nóng)田、橋梁、涵閘等導入可視化模型從而實現(xiàn)航道周圍的真實環(huán)境的還原，建立航道整治工程的電子沙盤，從而以一種三維的方式形象地反映航道與周圍環(huán)境的相互關系。

4 二維設計成果的提取

在生成二維圖形時，對Civil 3D 提供了自定義圖形樣式格式的功能，用戶可根據(jù)自身行業(yè)特點及相關出圖要求，對二維圖形要顯示的標簽、標注的樣式進行設置。二維平面圖形的標簽樣式主要包括路線里程樁號及直線段、曲線段、交點標注等（圖4）；橫斷面的標簽樣式主要包括底寬、坡比、填挖方面積、里程標注等（圖5）；縱斷面的標注主要包括里程樁號、設計高程、地面高程等的標注。

圖4 定制標簽后的平面圖

圖5 定制標簽后的斷面圖

由于二維圖紙與三維模型具有關聯(lián)性，當三維模型的設計參數(shù)發(fā)生變化時，二維圖紙中的標注及工程量隨之改變，本工程在設計中，由于航道選線制約因素眾多，需反復調(diào)整航道線路走向及設計參數(shù)，三維設計實現(xiàn)了設計過程的前后關聯(lián)，大大減小了由于設計參數(shù)變化增加的工作量，大大提高了設計效率。

5 結語

（1）本航道項目具有設計期限短、制約因素眾多、變更頻繁的特點，傳統(tǒng)二維設計方法在處理方案變化時，效率低下且存在一定的誤差，無法滿足實際需要。通過將三維正向設計方法應用到本航道的設計中，實現(xiàn)護岸專業(yè)與疏浚專業(yè)的協(xié)同設計，實現(xiàn)航道整治工程的智能化參數(shù)化設計，在實踐應用均取得了滿意的效果，大大提高生產(chǎn)力。

（2）在三維正向設計中，航道平面、縱斷面、橫斷面的參數(shù)、航道模型以及基于模型提取的二維圖紙與工程量之間是前后動態(tài)關聯(lián)的，當航道線路走向或斷面設計參數(shù)發(fā)生變化時，二維圖紙及工程量會自動隨之變化，提高了設計效率和設計精度。

（3）通過將航道模型、衛(wèi)星云圖、地形數(shù)據(jù)、沿線基本農(nóng)田、橋梁、涵閘等關鍵信息導入Infraworks 可視化平臺，建立航道工程的電子沙盤，形象地展示了航道整治與周圍環(huán)境相對位置關系，提高設計表達和溝通效率。