三維參數化在水閘標準化設計中的應用研究

特來提·艾尼瓦

(塔里木河流域干流管理局 阿拉爾管理站，新疆 阿拉爾 843300)

0 引 言

水閘是水利樞紐中最常見、使用最廣泛的控流建筑[1]。水閘在排澇、灌溉、防洪、擋潮輸水等方面充當著重要的角色[2]。據調查，國內的水閘設計無統一標準，這將帶來一系列的問題，包括管理與維護方面，嚴重影響了水閘的運行效率[3]。

目前，水閘設計工作主要存在以下3類問題：①數據信息傳輸方面。在設計中，很多計算參數和基本參數需要多次使用，但由于沒有完善的設計體系，基礎數據的傳輸只能通過紙質文件的形式，這將導致信息傳輸效率低下，數據格式混亂，同時也難以實現第一手實況數據的實時更新。②設計計算手段落后。據調查，多數設計單位的設計人員仍然通過手動計算或表格計算的方式來進行設計計算工作，這將導致計算中摻雜大量的主觀因素，工作量大，并且該方法自動化生產程度低，會降低設計成果的質量。③標準化程度低，各設計單位目前仍遵循設計手冊和相關文件的標準、設計原則。設計理念、設計流程也是僅僅依靠行業規范、個人經驗、團隊經驗等等，缺乏系統的體系，存在信息落后的現象，故導致執行效率延后[4]。細化到不同設計人員所負責的板塊中，其設計的工程方案完全依賴于設計人員自身的記憶、理解與實際經驗，同一個板塊，不同人員的設計往往大相徑庭。基于上述原因，目前設計單位急需創新，本文引入Revit參數化種群進行三維協同設計[5]，可以實現設計參數化、施工標準化和管理統一的目標，進而達到提升設計效率和設計成果質量的目的。

1 研究區概況

本文以新疆某水利樞紐工程為實例，它是一座集灌溉、供水為一體的大型跨流域調水、引水工程，為省在建重點工程。庫區搬遷移民人口340人；淹沒耕地23.807 3 hm2、園地10.618 hm2、林地202.318 7 hm2；淹沒房屋建筑面積12 590 m2。本文以該水利樞紐中某小型水閘的參數化建模過程為例，研究參數化族模型的方法和應用，包括參數設置和參數化建模過程，并將創建的參數化模型應用到工程中，表明通過修改參數化族模型的參數，可以方便地修改工程的設計和高效管理。

2 Revit簡介與定參

2.1 Revit簡介

目前，越來越多的設計公司使用三維設計技術來增加設計的技術含量，提高設計效率，減少設計過程中的錯誤和遺漏，提高設計產品的質量。Revit是Autodesk公司開發的3D設計軟件，具有非常完善的建筑和結構參數化設計功能。參數化建?？梢苑奖憧旖莸貐f調所有圖形數據和其他數據。通過研究水閘標準化設計，從而提高水閘的設計水平和社會公共資源的利用率，方便水閘工程的管理。

2.2 Revit幾何特征和參數設置

該小型水閘由閘體斷面、上下游翼墻、上下游河段等組成。布局圖見圖1。

圖1 水閘結構平面布置圖

三維實體對象的參數化描述是參數化建模的基礎。對閘室結構、上下游過渡段和上下游河道段進行分析后，需要參數化的主要參數有：閘室結構長度、凈寬、邊墩厚度、墩壁高度、排架厚度、寬度和高度；過渡段兩端開口的寬度和高度；河道的底寬、底高、坡比等；翼墻為懸臂式擋土墻，分段長度、底板寬度和厚度、前趾長度、前墻高度和厚度等。

3 參數模型創建

3.1 創建族庫

3.1.1 選擇合適的族庫模板

所有Revit構件族庫都是從模型樣板文件(rft格式)開始創建的，該文件定義了族庫的添加方式，例如基于表面、基于線、基于墻以及其他一些基本設置。根據建筑的特點，選擇“公制結構框架-綜合體和桁架”族庫模板開始創建族庫。

3.1.2 族庫類別和參數

選擇族庫模板后，需要在族庫編輯界面設置“族庫類別和參數”。族庫類別決定了族庫在項目中的位置以及族庫在項目中的操作特征。水閘的族庫應設置為“結構框架”。應檢查“混凝土”或“預應力混凝土”選項作為族庫參數模型的合理性，此選項使族庫能夠在項目的每個視圖中顯示混凝土的正確特性。

3.1.3 將族庫載入到項目中的形式和插入點

項目中放置族庫的形式有許多變化：無論是垂直、水平、傾斜和旋轉，還是各種放置形式的組合，對創建族庫的方法有很大的影響。不適當的族庫建模方法會增加步驟的編輯和在項目中的放置，影響應用效率，嚴重的使族庫在項目中不能正常使用。一般水閘前墻頂部是等高的連續曲線，這樣前墻可以插入端點的前線作為參考點高程。

3.2 參數化模型構建步驟

經歷了數次摸索過程，下面給出6個關鍵性的建模過程，見圖2。

圖2 參數化建模流程圖

3.3 建立參數模型

根據模型的幾何特征和參數設置分析，通過實體放樣得到底板。首先，放樣路徑繪制在參考標高工作面上，該工作面沿著基板的前部。路徑的長度將被標注尺寸，尺寸中會添加一個參數，即基板的寬度。然后繪制基板輪廓，基板的頂角繪制在原點，即插入族庫時的錨點。應該為需要參數化的尺寸添加參數，見圖1。繪制好路徑和輪廓后，即可退出編輯模式，進而獲得底板的參數化三維模型。墩墻可以通過拉伸的方法得到，拉伸的起點是底板的頂面，拉伸的終點是墩墻的頂部，為終點設置參數。使用相同的方法對彎曲框架建模。

考慮到引水渠漸變段的擴散角，建立模型，并通過中空拉伸體對其進行剪切，形成墩壁三維模型，它是由擴散角控制的，從而就完成了過渡段和閘室的三維參數化建模過程。通過改變驅動參數，可以相應地改變鎖腔結構各部分的長度、寬度、高度和厚度。參數和參數模型見圖3。

在研究了懸臂式擋土墻的幾何特征后，通過測量手段得到底板和前墻。首先在參考高程工作面上繪制放樣路徑，該工作面是前墻頂部的前線。然后繪制前墻和基板輪廓，并添加厚度、高度、寬度等參數。模型建立后，參數和參數模型見圖4。河流坡度的三維模型可以通過放樣或擠壓命令創建，需要在縱斷面和路徑中添加相應的參數。

圖4 擋土墻參數及參數模型

4 參數模型的測試與應用

本節將創建一個新項目，并將參數化鎖定室、過渡段、坡度和翼墻加載到項目中。在項目繪圖環境中，將創建一個新部分，并且視圖模式應設置為“精細”。平面圖和剖面圖的標注符合制圖的習慣和行業標準。

3D視圖的效果由軟件生成，是一種帶有邊框的真實場景。接下來將創建一個新圖紙，并將項目中的平面視圖、剖面視圖和三維視圖加載到圖紙中，同時設定適當的比例。平面圖、剖面圖和三維視圖見圖5-圖6。

為了檢驗模型的參數化能否正確執行，底板面標高由-0.5 m改為0.5 m，墩墻高度由5.0 m調整為5.5 m，閘門孔凈寬由5.0 m調整為4.0 m，門體長度由8.5 m調整為8.0 m，翼墻高度和底板寬度分別增加0.5 cm。經過一系列修改，可以直接獲得各種類型比例尺的平面圖和剖面圖，見圖7-圖8。由圖7-圖8可知，參數化模型具有良好的適應性。

圖5 水閘平面布置圖

圖6 水閘結構及模型剖面圖

圖7 參數變更后水閘平面布置圖

圖8 參數變化后水閘結構剖面圖

5 結 論

Autodesk Revit軟件中最重要的組成部分是族庫，在族庫的基礎上可以生成項目的各種元素，故三維參數化設計的關鍵性步驟是創建參數化族庫，它決定了項目三維設計的質量和效率。本文以水利工程中常見的水閘工程為例，研究了參數化模型在Revit平臺上的建立方法和應用，為工程設計中的三維協同設計和參數化建模提供參考。