基于Bentley的長距離輸水管道模型創建方法

李孟 劉楠

摘 要： 本文針對長距離雙管輸水管道三維建模中存在的閥井、彎管等關鍵節點間管道手動連接工作量巨大且易出錯以及后期方案調整不便等問題，以兩根管道關鍵節點處的邏輯關系為基礎，推導出各接管點與關鍵節點間的數學關系，采用Excel計算出接管點坐標后，通過Excel與Bentley OpenRoads Designer的集成實現了長距離雙管輸水管道的“一鍵建模”，探索了一種長距離雙（多）管輸水管道快速三維建模方法。各接管點坐標可用于管材工程量統計，亦可用于關鍵節點的永久占地統計。

關鍵詞： 三維管道;接管點;推算;excel表

【中圖分類號】TU991.36 【文獻標識碼】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.31.279

1 引言

水是生命之源、生產之要、生態之基，水土資源、人口分布和經濟發展極不均衡，人多水少、水資源時空分布不均是我國的基本國情、水情。隨著經濟社會的不斷發展、工業化水平的不斷提高和城鎮化進程的加快，城市用水、工業用水快速增長，我國廣大北方地區，尤其是山東半島、黃淮海平原等經濟發達和城市集群地區資源型缺水嚴重，水資源供需矛盾更加突出，水資源已成為制約當地經濟、社會和環境協調發展的重要因素。長距離輸水工程是解決我國北方地區資源性或水質性缺水問題的重要途徑和工程措施，國內長距離輸水工程的主要任務包括城市供水、工業供水、農業灌溉和生態補水等[1]。當前長距離輸水管道工程，管線的二維平面設計占有主要地位[2]，針對長距離輸水管道的三維設計也缺少成熟的專業軟件。筆者在某雙管輸水管道工程中，嘗試應用Bentley平臺OpenRoads Designer軟件實現了長距離雙線輸水管道的快速建模。

利用OpenRoads Designer軟件的SUE功能模塊創建長距離輸水管道三維模型，其主要流程是導入數字地面模型，管線平、縱曲線設計，橫斷面模板設計，路廊設計，閥井、彎管及鎮墩等關鍵節點定制，布設節點，節點間管道布設完成管道三維模型創建。節點間管道可以手動連接，但管道定位不準且連接工作量巨大，尤其是長距離雙管輸水管道三維模型創建過程中，手動連接管道的弊端更為突出。針對以上不足，筆者提出雙管輸水管道節點間連接管三維模型創建的方法。根據節點中心的坐標值以及中心與四個接管點的數學邏輯關系，推算出節點處四個接管點的坐標值，將結果通過excel表導入OpenRoads Designer驅動生成三維管道。

2 三維管道模型創建所遇困難

2.1 管材轉換繁瑣

從穿越障礙物、節能及地下水對管材腐蝕等方面考慮，長距離輸水管道工程往往需要應用到兩種甚至多種管材。管材的不斷轉換，就造成了管道三維模型創建及管材統計的困難。

2.2 雙管和單節點的連接

OpenRoads Designer軟件中的SUE模塊中自帶部分電力、雨污水、煤氣等專業的節點和閥件，軟件默認為單根管道與節點手動連接，對于兩根管道與單節點的連接三維建模不易實現。

2.3 節點類型及數量多

長距離輸水管道工程閥井、彎管及鎮墩等類型數量多，在三維管道建模過程中根據樁號布設完節點，手動連接節點間的兩根輸水管道數量巨大。遇到管道線路發生調整，需要重新布設節點，手動連接的管道不會跟隨節點自動調整，需要刪除后重新手動連接，耗時費力，對于急難險重的應急工程，該種建模方法無法滿足建模需要。

3 關鍵方法流程

3.1 接管點序號定義

在SUE模塊中，管線平、縱曲線設計完成后，布設完閥井、彎管等節點，可以提取節點中心的坐標值。筆者將雙管輸水管道節點類型總體分為三大類：矩形井、水平彎管、豎向彎管，豎向彎管分為上彎和下彎。為了能夠按照節點順序自動連接管道，統一定義三大類節點的接管點序號。定義順水流方向的左側上游連接點為接管點1，下游連接點為接管點2;定義順水流方向的右側上游連接點為接管點3，下游連接點為接管點4。

3.2 矩形井接管點坐標值計算

矩形井四個接管點的高程與中心的高程一致，只需要通過公式推算四個連接點的x、y坐標值即可。

3.3 水平彎管接管點坐標值計算

水平彎管四個接管點的高程與中心的高程一致，只需要通過公式推算四個連接點的x、y坐標值即可。

3.4 豎向彎管接管點坐標值計算

在計算豎向彎管時，將豎向彎管分為上彎和下彎，上彎又分為上彎1和上彎2，下彎分為下彎1和下彎2，上、下彎管的四個接管點的高程與中心的高程不一致，需要推算四個連接點的x、y、z坐標值。下彎彎管分為下彎1和下彎2兩種情況，首先推導公式是下彎1的情況，再推導下彎2彎管的接管點公式。上彎彎管分為上彎1和上彎2兩種情況，首先推導上彎1的公式。再推導上彎2彎管的接管點公式。

4 數據整理生成模型

根據已知的的節點中心坐標值，利用推到的公式推導，可以計算出各類節點四個接管點的準確坐標值，整理完畢數據，用表格驅動程序，實現長距離雙（多）管輸水管道快速三維建模。

5 結語

（1）BIM技術在水利水電工程的應用日益廣泛，而三維模型的快速建立則是如工程量統計、抽取二維圖等后續應用的基礎[3]。本文提出的方法可以實現長距離雙管輸水管道工程節點間的管道模型快速建立，從而讓設計人員將工作重心轉移到總體方案優化方面，提升設計質量。

（2）傳統長距離雙管輸水管道工程二維設計統計管材長度時，往往只根據雙管中心線的樁號值來計算管材的長度，難免出現長度偏差。根據推算出的接管點數據可以快速準確的計算出各管段的不同管材長度。

（3）可以將矩形井接管點計算公式中a和b值改為矩形井的永久占地外邊界的長度值，根據計算的坐標值點可以快速計算出工程中各類井體的永久占地面積。

參考文獻

[1] 杜培文.長距離輸水工程應用技術研究.2016年12月第1版.鄭州.黃河水利出版社.

[2] 白小衛.淺談Civil3D和Catia對長距離輸水管道.城市建設理論研究.2013，（9）.

[3] 傅志浩，呂彬.基于ABD平臺的水工結構VBA二次開發研究.人民珠江.2018，39（2）：55-59.