基于Bentley的長(zhǎng)距離輸水管道模型創(chuàng)建方法

李孟 劉楠

摘 要： 本文針對(duì)長(zhǎng)距離雙管輸水管道三維建模中存在的閥井、彎管等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)間管道手動(dòng)連接工作量巨大且易出錯(cuò)以及后期方案調(diào)整不便等問(wèn)題，以兩根管道關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)處的邏輯關(guān)系為基礎(chǔ)，推導(dǎo)出各接管點(diǎn)與關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)間的數(shù)學(xué)關(guān)系，采用Excel計(jì)算出接管點(diǎn)坐標(biāo)后，通過(guò)Excel與Bentley OpenRoads Designer的集成實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)距離雙管輸水管道的“一鍵建模”，探索了一種長(zhǎng)距離雙（多）管輸水管道快速三維建模方法。各接管點(diǎn)坐標(biāo)可用于管材工程量統(tǒng)計(jì)，亦可用于關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的永久占地統(tǒng)計(jì)。

關(guān)鍵詞： 三維管道;接管點(diǎn);推算;excel表

【中圖分類(lèi)號(hào)】TU991.36 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.31.279

1 引言

水是生命之源、生產(chǎn)之要、生態(tài)之基，水土資源、人口分布和經(jīng)濟(jì)發(fā)展極不均衡，人多水少、水資源時(shí)空分布不均是我國(guó)的基本國(guó)情、水情。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展、工業(yè)化水平的不斷提高和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，城市用水、工業(yè)用水快速增長(zhǎng)，我國(guó)廣大北方地區(qū)，尤其是山東半島、黃淮海平原等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)和城市集群地區(qū)資源型缺水嚴(yán)重，水資源供需矛盾更加突出，水資源已成為制約當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的重要因素。長(zhǎng)距離輸水工程是解決我國(guó)北方地區(qū)資源性或水質(zhì)性缺水問(wèn)題的重要途徑和工程措施，國(guó)內(nèi)長(zhǎng)距離輸水工程的主要任務(wù)包括城市供水、工業(yè)供水、農(nóng)業(yè)灌溉和生態(tài)補(bǔ)水等[1]。當(dāng)前長(zhǎng)距離輸水管道工程，管線的二維平面設(shè)計(jì)占有主要地位[2]，針對(duì)長(zhǎng)距離輸水管道的三維設(shè)計(jì)也缺少成熟的專(zhuān)業(yè)軟件。筆者在某雙管輸水管道工程中，嘗試應(yīng)用Bentley平臺(tái)OpenRoads Designer軟件實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)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(chuàng)建長(zhǎng)距離輸水管道三維模型，其主要流程是導(dǎo)入數(shù)字地面模型，管線平、縱曲線設(shè)計(jì)，橫斷面模板設(shè)計(jì)，路廊設(shè)計(jì)，閥井、彎管及鎮(zhèn)墩等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)定制，布設(shè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)間管道布設(shè)完成管道三維模型創(chuàng)建。節(jié)點(diǎn)間管道可以手動(dòng)連接，但管道定位不準(zhǔn)且連接工作量巨大，尤其是長(zhǎng)距離雙管輸水管道三維模型創(chuàng)建過(guò)程中，手動(dòng)連接管道的弊端更為突出。針對(duì)以上不足，筆者提出雙管輸水管道節(jié)點(diǎn)間連接管三維模型創(chuàng)建的方法。根據(jù)節(jié)點(diǎn)中心的坐標(biāo)值以及中心與四個(gè)接管點(diǎn)的數(shù)學(xué)邏輯關(guān)系，推算出節(jié)點(diǎn)處四個(gè)接管點(diǎn)的坐標(biāo)值，將結(jié)果通過(guò)excel表導(dǎo)入OpenRoads Designer驅(qū)動(dòng)生成三維管道。

2 三維管道模型創(chuàng)建所遇困難

2.1 管材轉(zhuǎn)換繁瑣

從穿越障礙物、節(jié)能及地下水對(duì)管材腐蝕等方面考慮，長(zhǎng)距離輸水管道工程往往需要應(yīng)用到兩種甚至多種管材。管材的不斷轉(zhuǎn)換，就造成了管道三維模型創(chuàng)建及管材統(tǒng)計(jì)的困難。

2.2 雙管和單節(jié)點(diǎn)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(zhuān)業(yè)的節(jié)點(diǎn)和閥件，軟件默認(rèn)為單根管道與節(jié)點(diǎn)手動(dòng)連接，對(duì)于兩根管道與單節(jié)點(diǎn)的連接三維建模不易實(shí)現(xiàn)。

2.3 節(jié)點(diǎn)類(lèi)型及數(shù)量多

長(zhǎng)距離輸水管道工程閥井、彎管及鎮(zhèn)墩等類(lèi)型數(shù)量多，在三維管道建模過(guò)程中根據(jù)樁號(hào)布設(shè)完節(jié)點(diǎn)，手動(dòng)連接節(jié)點(diǎn)間的兩根輸水管道數(shù)量巨大。遇到管道線路發(fā)生調(diào)整，需要重新布設(shè)節(jié)點(diǎn)，手動(dòng)連接的管道不會(huì)跟隨節(jié)點(diǎn)自動(dòng)調(diào)整，需要?jiǎng)h除后重新手動(dòng)連接，耗時(shí)費(fèi)力，對(duì)于急難險(xiǎn)重的應(yīng)急工程，該種建模方法無(wú)法滿足建模需要。

3 關(guān)鍵方法流程

3.1 接管點(diǎn)序號(hào)定義

在SUE模塊中，管線平、縱曲線設(shè)計(jì)完成后，布設(shè)完閥井、彎管等節(jié)點(diǎn)，可以提取節(jié)點(diǎn)中心的坐標(biāo)值。筆者將雙管輸水管道節(jié)點(diǎn)類(lèi)型總體分為三大類(lèi)：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(jié)點(diǎn)順序自動(dòng)連接管道，統(tǒng)一定義三大類(lèi)節(jié)點(diǎn)的接管點(diǎn)序號(hào)。定義順?biāo)鞣较虻淖髠?cè)上游連接點(diǎn)為接管點(diǎn)1，下游連接點(diǎn)為接管點(diǎn)2;定義順?biāo)鞣较虻挠覀?cè)上游連接點(diǎn)為接管點(diǎn)3，下游連接點(diǎn)為接管點(diǎn)4。

3.2 矩形井接管點(diǎn)坐標(biāo)值計(jì)算

矩形井四個(gè)接管點(diǎn)的高程與中心的高程一致，只需要通過(guò)公式推算四個(gè)連接點(diǎn)的x、y坐標(biāo)值即可。

3.3 水平彎管接管點(diǎn)坐標(biāo)值計(jì)算

水平彎管四個(gè)接管點(diǎn)的高程與中心的高程一致，只需要通過(guò)公式推算四個(gè)連接點(diǎn)的x、y坐標(biāo)值即可。

3.4 豎向彎管接管點(diǎn)坐標(biāo)值計(jì)算

在計(jì)算豎向彎管時(shí)，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(gè)接管點(diǎn)的高程與中心的高程不一致，需要推算四個(gè)連接點(diǎn)的x、y、z坐標(biāo)值。下彎彎管分為下彎1和下彎2兩種情況，首先推導(dǎo)公式是下彎1的情況，再推導(dǎo)下彎2彎管的接管點(diǎn)公式。上彎彎管分為上彎1和上彎2兩種情況，首先推導(dǎo)上彎1的公式。再推導(dǎo)上彎2彎管的接管點(diǎn)公式。

4 數(shù)據(jù)整理生成模型

根據(jù)已知的的節(jié)點(diǎn)中心坐標(biāo)值，利用推到的公式推導(dǎo)，可以計(jì)算出各類(lèi)節(jié)點(diǎn)四個(gè)接管點(diǎn)的準(zhǔn)確坐標(biāo)值，整理完畢數(shù)據(jù)，用表格驅(qū)動(dòng)程序，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離雙（多）管輸水管道快速三維建模。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）BIM技術(shù)在水利水電工程的應(yīng)用日益廣泛，而三維模型的快速建立則是如工程量統(tǒng)計(jì)、抽取二維圖等后續(xù)應(yīng)用的基礎(chǔ)[3]。本文提出的方法可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離雙管輸水管道工程節(jié)點(diǎn)間的管道模型快速建立，從而讓設(shè)計(jì)人員將工作重心轉(zhuǎn)移到總體方案優(yōu)化方面，提升設(shè)計(jì)質(zhì)量。

（2）傳統(tǒng)長(zhǎng)距離雙管輸水管道工程二維設(shè)計(jì)統(tǒng)計(jì)管材長(zhǎng)度時(shí)，往往只根據(jù)雙管中心線的樁號(hào)值來(lái)計(jì)算管材的長(zhǎng)度，難免出現(xiàn)長(zhǎng)度偏差。根據(jù)推算出的接管點(diǎn)數(shù)據(jù)可以快速準(zhǔn)確的計(jì)算出各管段的不同管材長(zhǎng)度。

（3）可以將矩形井接管點(diǎn)計(jì)算公式中a和b值改為矩形井的永久占地外邊界的長(zhǎng)度值，根據(jù)計(jì)算的坐標(biāo)值點(diǎn)可以快速計(jì)算出工程中各類(lèi)井體的永久占地面積。

參考文獻(xiàn)

[1] 杜培文.長(zhǎng)距離輸水工程應(yīng)用技術(shù)研究.2016年12月第1版.鄭州.黃河水利出版社.

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[3] 傅志浩，呂彬.基于ABD平臺(tái)的水工結(jié)構(gòu)VBA二次開(kāi)發(fā)研究.人民珠江.2018，39（2）：55-59.