基于3DE平臺的某水電站場內交通工程建模適應性分析

馮 亮，劉慶舒

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072）

0 前 言

3D Experience平臺（簡稱“3DE平臺”），是企業設計管理的協同環境，平臺包含設計、仿真、管理等一系列軟件，可以解決企業不同平臺之間相互協作的問題。3DE平臺土木設計模塊CIV針對道路工程開發了一系列功能，具備道路路線設計的基本功能。結合3DE平臺的UDF、PC、工程模板、知識工程功能，3DE平臺基本具備了公路工程三維設計建模能力。但3DE軟件為國外設計軟件，其本地化功能有欠缺，在工程實踐中還需要不斷探索和提高。

1 工程概況

某水電站位于四川與西藏界河金沙江上游河段，水庫正常蓄水位2 889 m，大壩采用混凝土雙曲拱壩，最大壩高217 m。壩址左右岸均為高山峽谷，地形陡峭，電站主要樞紐建筑物均位于金沙江左右岸，多為洞室布置。

為解決峽谷地區高壩施工及主要結構物施工通道問題，水電站場內交通規劃有進場公路，1號～11號公路，下游永久橋及上游永久橋等干線公路和主要跨河結構物，規劃有支線公路10余條。公路總長約65.6 km，橋梁10座。受工程區地質、地形條件限制，公路主要以隧道為主，總長約35.9 km。水電站場內交通工程路網復雜，相互干擾較大，路網與水電站主體工程開挖、結構物相互影響較大。常規公路設計手段的設計軟件不能系統地解決協同設計的問題，有必要探索新的設計方法和尋找新的設計工具。

2 數據管理和骨架設計

3DE平臺中，模型以零件為節點通過結構樹構成工程的整體模型。某水電站場內交通工程三維模型節點如圖1所示。其中橋梁工程主要包括單個橋梁的節點，以橋梁名稱命名，公路工程按道路編號命名。

圖1 某水電站場內交通工程三維模型節點

以結構樹形式儲存數據，符合實際工程情況。通過EKL語言簡單二次開發，結構樹可以和Excel電子表格結合，使用方便。

3 建模思路及操作

3.1 路線建模

公路路線設計主要表現為平面設計和縱斷面設計。3DE的土木工程模塊中包含了平面設計模塊，縱斷面設計模塊和三維路線設計模塊。目前，3DE已有的路線設計功能只能滿足簡單路線設計，針對回頭曲線等較復雜的曲線，還有待進一步開發。

一般3DE中進行平面設計和縱斷面設計后，直接以平曲線和縱曲線很能方便生成三維路線，并能以生成的三維路線進行下一步設計工作，這是傳統二維設計方法中不能提供的功能。

3.2 路基路面建模

路基路面工程主要包括路面板、基層、墊層，支擋結構、排水、涵洞等。路面板、基層、墊層采用“路面曲面”功能可以快速建模，在設計階段具有參考價值。但是在整體建模時，需要采用“道路路基”功能，同時考慮路面和邊溝開挖回填。

3DE中暫無支擋結構、涵洞等建模工具，需要使用UDF等功能配合簡單的EKL語言進行調用。支擋結構建模只是單純地建立了幾何尺寸模型，其他信息需要單獨賦予，需要進行二次開發。

開挖和回填主要采用3DE自帶的建模工具進行布爾運算得到。該方法思路清晰與現實情況貼合緊密。但存在的問題是公路工程開挖、回填分段較多，實際應用中重復性操作多，開挖、回填、邊坡支護工程量統計繁瑣。因此，有必要進行二次開發，實現較為簡便的操作。結合軟件自帶貼圖工具可實現公路設計虛擬化，詳見進場公路起點段道路模型，如圖2所示。

圖2 某水電站場內交通工程進場公路路基模型

3.3 橋梁建模

基于零件、裝配的思路，采用橋梁中心線作為骨架，結合用戶自定義特征（UDF）、超級副本（PC）、工程模板功能、3DE非常適合進行橋梁工程建模。某水電站場內交通工程橋梁建模中，通過這些功能建立了場內大部分橋梁的三維模型，其中7號臨時橋模型如圖3所示。

圖3 某水電站場內交通工程7號臨時橋模型

3.4 隧道建模

隧道建模主要包括洞身建模和洞門結構建模。隧道洞門設計需要考慮功能需求及地形地貌的限制，根據具體工點開展設計工作。洞門設計前需結合軟件開挖工具對洞口進行開挖，洞門結構通過草圖繪制、曲面修改、實體化模型生成后，進行定點裝配。采用工程化模板可對洞門模型進行參數化修改，提高了洞口設計效率。4號公路隧道洞口模型見圖4。

圖4 某電站場內交通工程4號公路隧道洞門模型

隧道洞身設計具有一定的重復性，可利用3DE強大的參數化和模板功能進行建模。根據某水電站場內交通隧道工程的特點，先進行三心圓隧道斷面模板設計，再根據路線、隧道圍巖襯砌劃分進行模板實例化建模，大大提高了隧道工程建模的效率。4號公路隧道模型如圖5所示。

圖5 某水電站場內交通工程4號公路隧道模型

3.5 交安設施建模

水電站場內交通工程交安設施主要包括標志標線、護欄等。建模過程主要采用“捕捉部件規格”的技術手段。首先建立紙質標線的模板，再通過EKL語言或“捕捉部件規格”功能進行調用。目前系統中已經建立了常見標志標線、護欄模板，為后續建模提高效率建立了堅實的基礎。圖6為一段道路標線、標志牌、護欄模型示意。

圖6 某水電站場內交通工程路面標線和標牌模型

3.6 機電附屬設施建模

水電站場內交通工程機電附屬設施主要包括箱變、電纜、電纜橋架、燈具、風機等。建模過程主要采用的技術手段為“捕捉部件規格”。首先建立燈具、橋架等結構物的單體模型，并將其定義為模板入庫。建模時通過捕捉部件規格功能定義要插入燈具等模型的坐標系，插入單體模型即可。系統中已入庫常見燈具、橋架、風機。該方法可以極大提高建模效率。4號公路隧道進口機電模型如圖7所示。

圖7 某水電站場內交通工程4號公路隧道機電模型

4 結論及展望

基于上述分析，筆者所在技術團隊基于3DE平臺建立了某水電站場內交通工程的三維模型，為交通工程與水電站主體工程協同設計奠定了堅實的基礎。某水電站場內交通工程跨江段三維設計如圖8所示。

圖8 某水電站場內交通工程跨江段三維設計方案

根據三維建模工作開展情況，有如下結論和建議：

（1）3DE平臺針對土木工程行業專門開發了CIV包。應用其中的道路設計功能，基本能滿足簡單公路工程的建模。本軟件本地化功能較差，要基于3DE軟件做道路工程三維正向設計，還需要進行大量的二次開發和定制工作。

（2）3DE平臺的三維設計功能，特別是UDF、PC、工程模板、知識工程等功能非常強大。在進行一般的三維建模時，充分利用軟件本身提供的功能能起到事半功倍的效果。在進行二次開發和定制前，應充分挖掘軟件本身提供的功能。

（3）3DE平臺基于骨架建模的思路，非常適合進行包括公路工程在內的線性工程的三維建模。在三維建模之前，應充分重視模型結構的搭建。

（4）3DE平臺土木工程模塊要發展為真正能進行三維正向設計的專業軟件，還需要土木工程師和軟件工程師充分發揮各自專長，開發出具有實用價值的專業功能和應用。