冷水灣閘站的三維建模與模型信息應用

尹華峰，郝素杰

（濱州市水利勘測設計研究院，山東 濱州 256600）

AutoCAD技術的應用提高了工程圖紙的設計效率和質量，但圖紙的修改工作量較大，同時圖紙中包含的建筑物信息也難以方便地提取。將建筑實體與相關信息緊密聯系的三維信息模型建設技術（BIM）應運而生，AutoRevit技術為工程三維設計帶來了極大方便。

1 項目概況

冷水灣閘站位于浙江省秀洲區新塍鎮，所在河道為廟云橋冷水灣距河口30m處，2015年建成，屬河道新建水閘，用來擋水排澇，啟閉機采用2×50 KN卷揚式。工程等別為Ⅳ等，主要水工建筑的級別為4級，臨時水工建筑級別為5級，外河設計水位為2.61m，內河設計低水位為0.93m，閘站分為上游鋪蓋、閘室、下游消力池三部分，閘室設鋼閘門，兩側各有一個泵室。

2 冷水灣閘站建筑信息模型的創建

2.1 參數化建族

族就是帶有信息的“構件”，依據參數（屬性）類型的共用、使用形式相同和圖形繪制的相似來對圖元進行分組。實踐中按需選擇族類型對其屬性進行修改以滿足各方需要。在Revit中，族包括系統族、可載入族、內建族三種類型，系統族基本涵蓋了建筑、結構、水電暖部分所需大部分基礎構件，提高了土建工程的三維建模效率，簡化了建模程序。主要用于房建工程的Revit軟件里找不到水利工程構件，如護坡、鋪蓋、閘墩、土石壩等。實現水利工程的三維模型創建，需先自行創建相應的可載入族，建族過程中對其進行參數化設置，以實現對模型的修改及生成二維圖紙的聯動性。

可載入族是在族編輯器中創建的.rfa文件，即在revit界面中點擊“新建族”，然后打開“公制常規模型”，進入族的創建。該閘站分為上游鋪蓋、閘室、下游消力池三部分，三個分項工程中有閘底板、護坦、反濾層、擋墻、閘墩等構件組成，所有構件需要一一創建，創建同一個或不同族構件時可使用不同繪制方法如拉伸、融合、旋轉、放樣、放樣融合及空心拉伸等，并借助剪切、延伸、鏡像等修改工具以提高建族效率。最后一步就是在標簽中對所添加的尺寸標注進行參數化設置。另外，除了使用軟件系統族、自建族外，亦可嘗試在可載入族中尋找類似族，借助“復制到剪貼板”等工具加以提取和修改完善。

接下來是至關重要的一步是參數化，參數可以是模型的尺寸、材質、溫度等屬性，族的參數化是對族添加參數信息，使有限模型能夠通過改變其參數值得以無限使用。在“標簽”處單擊“添加參數”，并在彈出的“參數屬性”對話框中的“名稱欄”填寫參數名稱“閘底板厚度”，選中右側“實例”，單擊“確定”就完成了一個參數的設置。以此類推完成所有注釋的參數化。另外還能單擊“材質”欄后面的空格出現帶三個黑點的小白塊，打開材質瀏覽器，為族添加材質、著色、填充圖案等。完成上述步驟后即可在“修改|創建拉伸”菜單欄下的“模式”工具欄內單擊“對號”，實現完整族的創建。

2.2 模型的裝配

標高和軸網的作用是為每個項目構件確定一個空間位置，如同X、Y、Z軸一樣，確定構筑物構件的空間坐標。繪制原則是按照構筑物具有的節點性高程點繪制標高后統籌布置水平面軸網，以便提高模型裝配效率。然后利用“載入族”工具將族構件載入到項目中，借助“參照平面”與“模型線”等輔助工具或通過修改偏移量來確定構件的精確位置，以完成該閘站的建筑模型裝配。

2.3 鋼筋的繪制

繪制鋼筋的前提是在建族時勾選屬性對話框中的“可將鋼筋附著到主體”選項，否則無法在“修改|放置鋼筋截面”狀態下捕捉到配筋主體。繪制鋼筋時，首先在構件屬性對話框中選擇鋼筋保護層厚度，然后在“鋼筋形狀瀏覽器”中選擇所需鋼筋形狀并選擇適當放置平面、放置方向及鋼筋型號，沿構件保護層放置鋼筋，鋼筋形狀不滿足需求還可通過“編輯草圖”對鋼筋形狀進行修改；然后可利用剖面圖查看鋼筋放置位置是否準確，并利用復制、陣列、參照平面等工具快速完成批量配筋。利用Revit進行配筋，不僅實現其可視化，而且更能直觀反映鋼筋的搭接和后期鋼筋用量的統計。

3 模型信息的應用

3.1 生成二維圖紙

項目三維模型建成后，就可對其內置信息加以提取和利用。最具有優勢的利用之一是圖紙的自動生成。生成圖紙的來源大致分三種：平面圖、立面圖和剖面圖。首先，在平面圖上，利用Revit剖切功能對三維模型進行剖切，通過拖動視圖手柄、隱藏或隔離無關圖元、添加文字注釋、圖案填充等手段，整理剖切圖并將其拖拽到新建的圖框中即可實現二維圖紙的繪制。

傳統的CAD出圖是通過線條繪制，各圖紙之間無任何聯系，一張圖紙中某一部位有所變動，所有相同部位的圖紙都需逐一修改，費時費力易出現錯誤；Revit則是生成完全與模型相關聯的圖紙，模型中任意細微的改動都能即時體現于圖紙，自動調整為修改后的圖形樣式，大大提高了出圖效率和精確度。三維模型到二維圖紙關聯式設計方式，必將逐漸取代傳統的二維繪圖模式。

3.2 工程量統計與概預算

Revit軟件除了能進行三維模型創建、二維圖紙生成，亦可通過應用程序編程接口（API）與Visual studio等編程軟件進行關聯，以便于外部程序對Revit進行操縱和訪問。Revit軟件會自動將冷水灣閘站模型各圖元的參數、尺寸、材料信息及圖紙等詳盡收錄于參數庫中。

本次開發設計利用Visual studio中的C#語言進行編程，通過編程語言提取出閘站模型的工程名稱、工程量、尺寸及材質等信息導出至新建的Excel表格中，與概預算表鏈接，實現模型與概預算的結合；例如常規概預算表中的“工程或費用名稱”“單位”“數量”三列名稱或數據信息均可方便地通過API插件在閘站的三維模型中自動提取。

4 結語

通過冷水灣閘站的建模，示例性地介紹了三維建模及其在水利水電工程中的相關應用，設計階段圖紙的生成、工程量的統計及概算的編制，通過與常規的AutoCAD繪圖和概預算編制進行了驗證對比，提高了設計精度和出圖效率，縮短了設計周期，方便了信息的提取和應用，為三維建筑信息模型在水利工程中的推廣起到了拋磚引玉的作用。