勞正紹 王作飛 裴 雄

(廣西更維科技研發(fā)有限公司，廣西 南寧 530000)

1 概 述

目前，隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，BIM技術(shù)在工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域的得到了廣泛應(yīng)用。眾多主流BIM模型設(shè)計(jì)平臺(tái)多采用先將不同工程構(gòu)件分別創(chuàng)建之后，再將各工程構(gòu)建拼裝成整個(gè)項(xiàng)目模型的工作方式，造成疊加了眾多類型的水工三維模型構(gòu)件，在整體拼裝時(shí)工作量巨大，且整體模型拼裝難以快速準(zhǔn)確定位，需手動(dòng)拼裝，大大增加了手動(dòng)操作的失誤概率，導(dǎo)致壩體各種結(jié)構(gòu)體難以形成整體模型，造成信息丟失、不連續(xù)現(xiàn)象嚴(yán)重的不良后果。Revit作為一款建筑信息模型設(shè)計(jì)平臺(tái)，在建筑中也得到廣泛應(yīng)用。但在水利工程領(lǐng)域，因水工建筑物形態(tài)多樣，而Revit平臺(tái)采用參數(shù)化族的方式來組織模型，造成水工建筑物族的可重復(fù)利用性低，導(dǎo)致Revit在水工建筑物設(shè)計(jì)中不能深入應(yīng)用。牛立軍等[1]探索了利用Revit對(duì)水利工程進(jìn)行正向設(shè)計(jì)的方法，并以落地槽為例驗(yàn)證了方法的實(shí)用性。史修府等[2]利用Revit創(chuàng)建了管涵、墩柱等水工參數(shù)化族，探索了利用參數(shù)化族創(chuàng)建水工建筑物的方法。王延平[3]以涵洞為例運(yùn)用Revit建模和配筋，為水利工程中用Revit進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)提供了借鑒。朱致遠(yuǎn)等[4]基于Revit和Revit API進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水閘擋土墻穩(wěn)定分析計(jì)算和計(jì)算結(jié)果的實(shí)時(shí)判別。前人的研究促進(jìn)了Revit在水工建筑物模型設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，為土石壩集成設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。

本文在前人研究的基礎(chǔ)上，通過對(duì)各種土石壩的構(gòu)成分類進(jìn)行分項(xiàng)研究，借鑒二維設(shè)計(jì)過程中的斷面設(shè)計(jì)思路，利用面向?qū)ο蟮木幊陶Z言和Revit API，形成一套土石壩工程的模型快速創(chuàng)建方法，以期提高利用Revit創(chuàng)建土石壩模型的效率與模型數(shù)據(jù)完整性。

2 實(shí)現(xiàn)技術(shù)

利用面向?qū)ο缶幊陶Z言C#，構(gòu)建土石壩所涉及的各種水工構(gòu)件對(duì)象，基于Revit的應(yīng)用程序接口——Revit API對(duì)Revit進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)土石壩整體模型的快速創(chuàng)建。

2.1 Revit API功能擴(kuò)展

Revit API是Revit的應(yīng)用程序接口，提供了大量命名空間和豐富的函數(shù)，給Revit的二次開發(fā)功能訂制提供支持，使得不同地區(qū)、不同行業(yè)用戶可以根據(jù)自身需求開發(fā)Revit插件，擴(kuò)展、豐富Revit的功能[5]。Revit平臺(tái)本身的自有命令主要針對(duì)的是房屋建筑設(shè)計(jì)，水利行業(yè)可以參考房建行業(yè)命令與對(duì)象的構(gòu)建方法，實(shí)現(xiàn)水工建筑物的模型構(gòu)件創(chuàng)建。

2.2 水工構(gòu)件對(duì)象

依據(jù)不同分類標(biāo)準(zhǔn)，土石壩可分為不同類型。本文重點(diǎn)研究了均質(zhì)土壩、分區(qū)土壩、心墻堆石壩、面板堆石壩四種應(yīng)用廣泛的土石壩的典型斷面設(shè)計(jì)方法，利用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法，構(gòu)建了可用于數(shù)據(jù)互相通信的程序?qū)ο?。如：心墻堆石壩?gòu)建了主堆石區(qū)、下游堆石區(qū)、壩基、排水區(qū)、過渡區(qū)、墊層區(qū)、面板、趾板、建基面、防滲板等數(shù)十個(gè)程序?qū)ο蟆?/p>

3 實(shí)現(xiàn)方法

集成設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)思路是：針對(duì)特定的壩型，依據(jù)大壩平面輪廓信息、斷面信息、地形信息，融合斷面中各種構(gòu)件信息，沿大壩不同里程樁號(hào)快速生成相應(yīng)斷面輪廓，通過選取模型中的壩線路徑快速創(chuàng)建模型，同時(shí)創(chuàng)建各種水工構(gòu)件的屬性信息。

3.1 實(shí)現(xiàn)步驟

本文的集成設(shè)計(jì)方法用于解決土石壩BIM模型的快速創(chuàng)建，共分為8個(gè)步驟。

步驟1：獲取選定的土石壩壩型，根據(jù)所述土石壩壩型設(shè)置屬性項(xiàng)，并基于所述屬性項(xiàng)構(gòu)建對(duì)應(yīng)所述土石壩壩型的構(gòu)件模型屬性集。

步驟2：獲取大壩控制高程信息，設(shè)置大壩軸線，并設(shè)置大壩軸線的起點(diǎn)、拐點(diǎn)和終點(diǎn)的里程樁號(hào)，其中，所述大壩控制高程信息包括壩頂高程和水位信息。

步驟3：基于所設(shè)置的大壩軸線，以及選定的土石壩壩型，進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，在所述大壩軸線的起點(diǎn)、拐點(diǎn)和終點(diǎn)的位置，分別創(chuàng)建壩體結(jié)構(gòu)斷面，形成斷面輪廓集成族。

步驟4：根據(jù)所述斷面輪廓集成族和各所述構(gòu)件模型屬性集，通過放樣或放樣融合的方式，將各相鄰壩體結(jié)構(gòu)斷面對(duì)應(yīng)的斷面分區(qū)連接、填充，形成各構(gòu)件三維模型，進(jìn)而集成所述土石壩模型。

步驟5：構(gòu)造壩址區(qū)域三維地質(zhì)模型。

步驟6：獲取壩頂高程和開挖擴(kuò)展距離、放坡坡度信息，結(jié)合所集成的土石壩模型和所構(gòu)造的壩址區(qū)域三維地質(zhì)模型，生成開挖之后的三維地質(zhì)模型。

步驟7：合成所述土石壩模型和所述開挖之后的三維場(chǎng)地模型，構(gòu)成土石壩工程整體模型。

步驟8：輸出所述土石壩工程整體模型、所述土石壩模型、各構(gòu)件三維模型以及土方開挖量。

3.2 程序設(shè)計(jì)

土石壩中的均質(zhì)土壩、分區(qū)土壩，其結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，通過整體斷面集成來實(shí)現(xiàn)模型構(gòu)件的創(chuàng)建。其構(gòu)件對(duì)象由上游壩坡、防滲體、排水結(jié)構(gòu)、下游結(jié)構(gòu)、壩頂結(jié)構(gòu)、壩體結(jié)構(gòu)等構(gòu)件對(duì)象構(gòu)成(見圖1)。

圖1 分區(qū)土石壩

心墻堆石壩與混凝土面板堆石壩結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，分為壩頂結(jié)構(gòu)與壩體結(jié)構(gòu)兩部分分別集成設(shè)計(jì)。壩頂結(jié)構(gòu)的構(gòu)件對(duì)象由防浪墻、下游擋墻、路面構(gòu)成。心墻堆石壩的壩體結(jié)構(gòu)由大壩、心墻、堆石三種數(shù)據(jù)對(duì)象描述。面板堆石壩的壩體由堆石壩體、墊層與過渡區(qū)、面板與趾板三種數(shù)據(jù)對(duì)象描述(見圖2、圖3)。

圖2 壩頂結(jié)構(gòu)

圖3 面板堆石壩壩體

3.3 屬性數(shù)據(jù)

土石壩水工構(gòu)件眾多，屬性數(shù)據(jù)存在差異，通過構(gòu)件屬性集的形式針對(duì)每一種壩型的水工構(gòu)件構(gòu)造一套屬性集，以SQL數(shù)據(jù)庫的形式存儲(chǔ)于程序中，將相應(yīng)的構(gòu)件屬性在Revit中以共享參數(shù)的形式掛接到模型中(見圖4)。

圖4 防浪墻構(gòu)件屬性

4 王崗山大壩設(shè)計(jì)

王崗山水庫工程由大壩、左岸溢洪道、輸水隧洞、導(dǎo)流隧洞、輸水管線工程、防汛道路等組成。大壩壩型為分區(qū)土石壩，壩頂軸線長(zhǎng)397m，壩頂寬度為8m，壩頂高程97.00m，最大壩高39.2m。本次模型設(shè)計(jì)依據(jù)本項(xiàng)目大壩的二維圖紙(僅涉及大壩壩體模型)，匯總其斷面數(shù)據(jù)信息，將由二維斷面圖所表示的信息轉(zhuǎn)化為本程序所設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)參數(shù)信息，通過軸線定位與斷面輪廓參數(shù)化設(shè)計(jì)，利用已開發(fā)的分區(qū)土壩生成工具，快速創(chuàng)建壩體三維模型。

基于Revit設(shè)計(jì)平臺(tái)中的軸線功能，利用Revit API開發(fā)沿壩頂軸線的指定功能，在模型中快速生成大壩軸線，利用專門開發(fā)沿壩軸線的里程樁號(hào)的自動(dòng)生成功能，快速批量生成里程樁號(hào)軸線，提高在按照斷面集成法生成斷面時(shí)的位置判斷能力。

大壩壩型為典型的分區(qū)土石壩，依據(jù)斷面組成及程序設(shè)計(jì)便利性，將大壩的典型斷面分為上游壩坡、防滲體、排水結(jié)構(gòu)、下游結(jié)構(gòu)、壩頂結(jié)構(gòu)、壩底結(jié)構(gòu)六個(gè)大的分類。其中上游壩坡細(xì)分為護(hù)坡、馬道、壩腳結(jié)構(gòu)，排水結(jié)構(gòu)提供豎式排水、褥墊排水、棱體排水、貼坡排水四種不同的排水體構(gòu)件，本項(xiàng)目采用豎式排水與貼坡排水，下游結(jié)構(gòu)分為壩殼、護(hù)坡、馬道、壩腳排水溝四個(gè)部分，壩頂結(jié)構(gòu)分為防浪墻、溝槽(截水溝)、路面結(jié)構(gòu)三個(gè)部分，壩底結(jié)構(gòu)為壓漿板部分。其中防滲體為整體斷面最主要的組成部分，分別設(shè)計(jì)兩組數(shù)據(jù)，一組控制邊坡數(shù)據(jù)，另一組控制分區(qū)數(shù)據(jù)，其余斷面的組成部分皆依據(jù)這兩部分?jǐn)?shù)據(jù)按需定位。每個(gè)斷面組成部分皆通過數(shù)據(jù)點(diǎn)連線的方式構(gòu)造封閉的輪廓族。由程序自動(dòng)生成斷面輪廓族及三維模型圖(見圖5)，生成總耗時(shí)約2min。

圖5 王崗山水庫大壩

5 結(jié) 語

本文提出了基于Revit二次開發(fā)的土石壩模型集成設(shè)計(jì)方法，利用Revit API開發(fā)了三種土石壩壩型的快速創(chuàng)建程序，創(chuàng)建模型的同時(shí)為模型構(gòu)件賦予相應(yīng)的屬性集，提高了模型的創(chuàng)建效率，使模型本身的屬性信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化。在模型的生成過程中，主要采用了Revit中的放樣融合功能，其在斷面變化較大時(shí)存在生成的三維構(gòu)建不夠真實(shí)，馬道在終端需要添加多個(gè)輔助斷面才可生成，在參數(shù)設(shè)計(jì)過程中需要花費(fèi)大量的時(shí)間確定各個(gè)參數(shù)的值等問題，這是筆者下一步將研究的方向。