河道項目BIM正向設計解決方案

陳新佳

(遼寧省水利水電勘測設計研究院有限責任公司，遼寧 沈陽 110006)

隨著BIM技術在我國的不斷推廣，BIM乃至CIM技術的應用已成為土木建設類各個行業的共識，BIM技術在水利行業上的應用也取得了很大的發展，但主要集中在大型的閘、壩等點狀的樞紐性工程，對于線型工程的應用較少，對中小型河道項目應用的更是少之又少，本文以不增加工時，不增加費用，不增加人力成本并提高設計產品質量的正向設計原則為理念，介紹一種適用于各類中小型河道項目三維設計解決方案，為廣大水利河工設計人員提供參考。

1 河道三維設計流程

河道三維設計主要流程包括前期準備、控制線制作、廊道模板制作、廊道控制、工程量統計與設計出圖，下面對流程中一些重難點進行詳細介紹。

1.1 前期準備

前期準備主要包括測繪二維線化圖及三維地形TIN或DTM文件，根據設計成本及項目需求，可擴展包含衛片、正射影像、傾斜攝影、三維地質成果等。傳統河道設計的測繪成果主要為大比例尺(如1∶2000，1∶1000)地形圖及小比例尺橫斷測繪成果(如1∶500，1∶200)，其中大比例尺地形圖用于平面布線，小比例尺橫斷面用于出圖及算量，而三維設計布線及出圖都是通過TIN或DTM文件，為保證設計質量并考慮成本，必須對三維測繪成果提出相應要求，例如在大比例尺的地形圖上對堤線、護岸線，尤其河道岸坎部位附近的高程數據點進行加密，如圖1所示。

圖1 成果類型圖

1.2 控制線制作

控制線主要是控制河道橫斷面的控制點，河道控制線主要包括設計水位線、設計河底線、設計岸頂線、設計護腳線等，控制線與外部水文計算軟件交互主要通過軟件的控制線導入導出功能。

1.3 廊道模板制作

模板里是河道三維設計的重難點，軟件需要靠模板里的各種設置條件來判斷各種情況下的斷面型式。OpenRoads里模板功能很強大，可以實現很多邏輯判斷，但同時也對使用者的邏輯思考能力要求較高，對于初學者，根據自身工程實現某些功能需要摸索很長時間或是根本摸索不出來，現有解決辦法主要是靠工程積累與分享，下面分享幾種比較常見河道模板難點的解決方式。

1.3.1墻式護岸

當岸坡地面線低于墻頂時主要問題為擋墻墻后低于地面的開挖部分同時也屬于回填量，但軟件默認只將其計入開挖量。這時需要在模板里將擋墻后整個回填部分建成一個實體，這樣軟件就不會統計高于地面部分的回填量，統計工程量時墻后回填量通過新建的實體來表達。

當岸坡地面線高于墻頂時高于岸頂的邊坡變為緩坡，同時墻后回填土與墻頂齊平。這時同樣需要將回填部分建成一個實體，同時為與上一種情況相區分，需要創建2個末端條件并設置不同的優先級，一個為低于墻頂，一個高于墻頂。將第一種情況回填實體的對象指定為低于墻頂的末端條件，將第二種情況的回填實體指定為高于墻頂的末端條件，如圖2所示。

圖2 墻式護岸的兩種情況

1.3.2岸坡水下拋石

岸坡水下拋石防護情況的難點為如何分別計算水上回填量與水下拋石量。傳統的模板創建方式會將地面以上非構件部分均統計為回填量，為了進一步區分水上回填量與水下拋石量，需將水下拋石以重置剝離選項創建，將其設置為上至構件，下至地形，同時拋石分界部位設置水平末端條件，如圖3所示。

圖3 岸坡水下拋石防護

1.3.32次與地形相交

對于半挖半填的岸坡常需要挖方邊坡與地面線2次相交，而模板的末端條件卻只能與地形進行1次相交。這時需要在一次交點的位置按原坡比設置一個微小構件，然后在這個微小構件上再次設置末端條件，如圖4所示。

圖4 2次與地形相交示意圖

1.4 廊道控制操作

河道廊道控制常包括親水岸線點控制、岸頂高程點控制、護腳高程點控制，局部變坡的約束標簽控制，擋墻結構的約束標簽控制等。通過廊道控制對模板中的一些控制點進行操作，最終達到設計意圖。

1.5 設計出圖

利用ORD自帶的出圖模塊可實現河道的平面與橫斷面出圖。由于現版本橫斷面批注組中TestFavorite暫未開放定制功能，自帶的高程批注模式不能滿足國內要求，橫斷面批注尚需手動完成。由于橫斷面出圖屬于動態關聯，橫斷高程值實為模型Z坐標，批注時可先對橫斷高程位置標注Z坐標，然后按實際出圖要求進行修改。河道縱斷需要對多條控制線(如岸頂線、水位線、地形線、護腳線、堤頂線等)按樁號進行高程標注，ORD自帶縱斷模塊暫不支持，可以將縱斷數據通過Excel導出，使用其他軟件人(如ZDM)進行縱斷出圖。

2 河道景觀BIM化

景觀微地形可通過軟件樣條曲線與從元素生成地形等功能聯合使用生成。項目中的主要通過軟件的cell功能對景觀模型進行放置及管理。可通過從Sketch模型導入的方式來建立常見的各類景觀小品及景觀的cell庫，也可通過PlantFactory建立在LumenRT中具有四季變化效果的景觀植物，如圖5所示。

在創建景觀cell庫時可將景觀小品的一些屬性用過加載項的方式一并掛接到cel上(如將樹木掛接高度、胸徑、冠幅等屬性)。對于樹木在創建cel時，宜將樹的三維模型與二維平面一同創建，并將它們放置于不同的圖層中，在放置景觀時，可通過軟件可視化模塊里的填充功能隨機性的放置景觀模型，隨機類型包括種類、大小、旋轉，使景觀效果更為自然，如圖6所示。

圖5 景觀湖地形

圖6 景觀小品cel庫

3 設計產品交付

三維設計產品能否交付，影響著BIM及技術在整個行業的推廣應用，也關系著BIM價值的釋放，一些大型設計院及軟件公司開發了很多產品用于產品交付及運維，但事實上當下更多的中小型設計院很是難具有打造及維護交付平臺的能力。在推廣三維設計時，如果設計成果仍是報告、圖紙加效果圖的話，對企業本身推廣三維設計也是十分不利的。下面介紹幾種非平臺的經濟便捷的產品交付方式，供廣大設計人員借鑒于參考。

3.1 720云全景VR

對于方案階段，可使用全景的方式展示設計意圖。通過LumenRT生成360°VR全景照片，再通過720云平臺對全景照片進行熱點設置與圖片掛接，并可生成二維碼，參建各方無需安裝任何軟件既可通過二維碼在移動端及PC端感受VR全景體驗，如圖7所示。

圖7 720全景交互

3.2 導出LumenRTexe文件

項目中可以使用LumenRT軟件導出exe文件來對三維模型進行交付，生成的文件不需要安裝任何軟件即可在Windows操作系統進行模型的瀏覽查看，且集成部分BIM模型信息。由于河道屬于線性工程，工程場景較大，這種交付方式對計算機顯卡要求較高，如圖8所示。

3.3 通過鏈接集打包

項目中可將各類工程文檔打包于一個文件夾下，利用Bentley Navigator軟件集成交付。通過軟件鏈接集功能在主Model中將模型、圖紙、報表等各類文檔通過鏈接集鏈接起來，這樣通過查看主Model就可以查看并管理整個工程設計內容。

4 結論及建議

現有的各類BIM設計軟件并非針對河道工程來設計的，我院利用Bentley系列軟件初步實現了河道工程的正向設計、河道景觀的BIM集成及產品交付，但仍有很多問題需要優化解決。

4.1 ORD出圖模塊需進一步改進

(1)縱斷面出圖需增設多條縱段線按樁號標注高程批注的功能。

(2)橫斷面出圖需在TestFavorite模塊里增設符合國內出圖標準的高程批注。

(3)ORD軟件對坐標標注能需進一步完善，可參考ABD坐標批注的功能。

(4)除批注組批注高程的方式外，需增設一般

圖8 導出LumenRT EXE文件

的手動增加高程批注的功能。

(5)當需將橫斷圖調整設置為不動態關聯可修改的線化圖時，步驟過于繁瑣。

4.2 ORD地形圖處理模塊及測繪模塊使用需進一步加強

(1)不可否認現在很多三維地形圖是通過傳統的二維線化圖轉化而來，對于河道工程多修建于河道的岸坎及邊坡處，在轉化為三維地形時，岸坎部位的處理尤為關鍵，現缺少有效的手段。

(2)如果從項目初始測繪階段，就可通過ORD測繪模塊生成滿足河道工程需要的三維地形文件，是解決岸坎邊坡問題的最好選擇，但ORD測繪模塊的教學資料過于匱乏。

4.3 MS項功能需進一步優化

MS元素添加屬性，主要是通過加載項整這個功能，但是當下軟件，項對單個元素默認是疊加模式，例如為一顆樹掛接了柳樹的項，當再為它掛接楊樹的項時，此元素會變成既是柳樹又是楊樹，當需要替換屬性的時候這樣會很不方便，因此希望為項增加一種替換模式。

4.4 缺少Bentley水文水力計算軟件的使用教程

Bentley系列軟件中水文、水力計算軟件是很豐富的，如用于河道、海綿城市及市政管網的Open Flow SewerGEMS及Flood等軟件。而計算分析對于設計亦是十分重要的一環，對于河道設計來講，水面線計算、淹沒分析及污染擴散都會涉及，但是相關軟件的使用教程過于匱乏。