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(江蘇省水利勘測設計研究院有限公司，江蘇 揚州 225009)

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信息模型技術在擋土墻設計中的應用與研究

王海俊，宦國勝，沈國華，左威龍，吝江峰

(江蘇省水利勘測設計研究院有限公司，江蘇 揚州 225009)

結合三維信息模型技術開展水工擋土墻三維設計應用，并針對擋土墻傳統(tǒng)二維設計模式存在的專業(yè)設計信息交流不暢、施工過程中協(xié)調性差、整體性不強、數(shù)據(jù)傳遞能力差、信息共享困難等不足，開展了建模、計算、配筋、標注等方面的二次開發(fā)，提高了設計的效率和質量，拓展了三維設計在水利工程中的應用。

巖土工程；擋土墻；三維設計；參數(shù)化；二次開發(fā)

0 引 言

擋土墻是一種常用的支擋結構形式，廣泛應用于水利水電、交通、房建等領域。工程設計中一般采用二維模式，但是二維設計模式存在專業(yè)設計信息交流不暢、施工過程中協(xié)調性差、整體性不強、數(shù)據(jù)傳遞能力差、信息共享困難等缺點，這些已成為傳統(tǒng)設計發(fā)展的瓶頸，限制了行業(yè)信息化發(fā)展。隨著計算機及電子信息技術的快速發(fā)展，三維信息模型技術也應運而生。三維設計不僅滿足人們觀感上的要求，更重要的是滿足幾何、力學上的數(shù)據(jù)和信息的輸入輸出、精度、質量控制、進度控制等要求。目前，水利、電力等行業(yè)的部、省屬設計院均開展了三維協(xié)同設計方面的應用和研究[1-6]。

筆者結合國內外三維設計應用情況、性價比等因素[7]，選擇在Autodesk BIM套件的基礎上開展水工擋土墻的專項三維設計的應用與二次開發(fā)，形成建模-計算-出圖-工程量統(tǒng)計智能一體化的三維設計模式，提高設計效率和質量，促進水利行業(yè)信息化的發(fā)展。

1 Revit平臺應用研究

目前，國內外的三維設計平臺均為通用平臺，對基礎設施行業(yè)的支持度不高。我們在Revit中開展專項研究，植入水利工程的設計元素和工作流程，創(chuàng)建了常用形式擋土墻的模型庫，完成模型至工程圖紙的衍生和工程量的統(tǒng)計，逐步推廣三維協(xié)同技術在水利工程中的應用。

1.1 擋土墻三維模型的塑建及參數(shù)化

參數(shù)化模型可增加模型的通用性，通過模型參數(shù)的調整，可以衍生出眾多同類型的擋土墻三維模型[8]，減少重復建模的工作。依據(jù)重力式、懸臂式、扶壁式、空箱式擋土墻的結構特點，創(chuàng)建了大量的參數(shù)化模型。圖1為圓弧形扶壁擋土墻參數(shù)化的實例模型。

圖1 擋土墻三維模型的參數(shù)化及塑建Fig. 1 Parameterizing and modeling of 3D retaining wall model

1.2 模型組合及工程圖紙

不同類型的參數(shù)化模型(線型、結構型式)通過調整參數(shù)、類型、組合方式可以派生出眾多的擋土墻布置，并得到相應的工程圖紙，圖2為水閘上、下游銜接段擋墻的模型及圖紙。

圖2 擋土墻模型組合及工程圖紙Fig. 2 Model combination and engineering drawing of retaining wall

1.3 設計模板

我們按照水利設計習慣和制圖標準，定制了一系列標準化設計模板和注釋族，例如尺寸標注、標高、視圖標題、多行材質標注、材質、止水銅片、工程量明細等，提供設計人員調用，提高注釋效率，逐步實現(xiàn)軟件應用的行業(yè)化和標準化。圖3采用三維透視圖的方式表達擋土墻之間止水銅片布置，設計、施工以及業(yè)主均能一目了然地了解細部構建的布置情況。其它的注釋在此不一一舉例。

圖3 止水三維透視圖Fig. 3 3D perspective drawing of water seal

1.4 協(xié)同設計流程

工程設計的多專業(yè)協(xié)同可減少錯漏碰，筆者僅以擋土墻建筑物為設計對象，協(xié)同設計流程主要體現(xiàn)為項目的創(chuàng)建、模型及圖紙的設計、校審，協(xié)同流程相對簡單。但三維和二維相結合的模式能夠清楚地表達設計成果，減少誤讀；校審過程中，模型尺寸發(fā)生調整，圖紙能實現(xiàn)自動變更，減少設計工作量。協(xié)同設計流程如圖4。

圖4 三維設計流程Fig. 4 Flowchart of three-dimensional design

2 二次開發(fā)

Revit是基于工業(yè)與民用建筑的通用三維設計平臺，軟件提供的設計模塊(梁、板、柱)主要面向建筑設計，對于其他基礎建設領域的支持度幾乎為零。我們通過API進行二次開發(fā)，在平臺內集成擋土墻模型塑建、穩(wěn)定計算、三維配筋、鋼筋標注[9]等功能，實現(xiàn)擋土墻的智能設計，提高了設計效率。

2.1 模型塑建及計算

2.1.1 三維建模

擋土墻建模插件(RetainingWall_3DModel)可智能生成不同型式(線型、結構型式)擋土墻模型，避免手工建模的繁瑣操作。用戶設置擋土墻導線的布置形式，程序能對導線智能分段，設置伸縮縫，逐段生成各種型式的擋土墻。

圖5為“導線型擋土墻建模模塊”部分輸入界面和程序生成的三維模型。

圖5 導線型擋土墻建模(API)Fig. 5 Retaining wall modeling by guide line(API)

2.1.2 抗滑穩(wěn)定計算

依據(jù)《水工擋土墻設計規(guī)范》等相關規(guī)范，在上述三維擋土墻建模過程中嵌入抗滑穩(wěn)定計算(RetainingWall_Calculation)。可通過交互實現(xiàn)墻后填土水平、傾斜以及不同水位組合工況下(含抗震、漫水)的抗滑穩(wěn)定計算，判斷結構尺寸設計的合理性，并進行修改，實現(xiàn)一體化設計，大大提高了設計的效率和建模智能化。

2.1.3 程序開發(fā)架構

程序開發(fā)采用C#語言基于Revit API進行，利用輪廓族放樣等函數(shù)，驅動模型的創(chuàng)建，具體步驟如下。

1) 參數(shù)輸入

Step1：擋墻前沿導線參數(shù)輸入，如起始點位置、順水向距離、圓弧半徑等。導線形式為直線+圓弧+直線或折線形式；

Step2：河道參數(shù)輸入，設置青坎數(shù)目、河底高程、地面高程、青坎長度等參數(shù)。

2) 導線分段

Step1：導線生成。依據(jù)基本輸入?yún)?shù)，由函數(shù)Line.CreateBound(XYZ endpoint1，XYZ endpoint2)、Arc.Create(XYZ center，double radius，double startAngle，double endAngle，XYZ xAxis，XYZ yAxis) 分別生成直線、弧線導線，存入CurveArray集合中。

Step2：導線分段。CurveDivide(CurveArrar curvearray)函數(shù)對導線CurveArray進行初始化分段；用戶修改分段數(shù)量、逐段長度時，調用CurveDivide_TextChanged(object sender，EventArgs e)函數(shù)對導線進行重新分段。

Step3：伸縮縫添加。InitSeamInDatagridview(double seam)函數(shù)讀取和處理輸入的伸縮縫參數(shù)，F(xiàn)indChangedDividePoints(CurveArrar curvearray)函數(shù)重新分割導線，獲得去除伸縮縫后的導線點集List，CreateChange Curves(List points)重新生成新的分段導線。

3) 尺寸斷面驗證

Step1：斷面尺寸初設。根據(jù)填土高度，初算擋墻斷面尺寸。

Step2：穩(wěn)定驗算。根據(jù)荷載及水位信息進行穩(wěn)定驗算，不滿足要求，回Step1重新設置斷面尺寸。

Step3：擋墻輪廓。滿足要求的斷面參數(shù)由Application.Create.NewCurveLoopsProfile(CurveArrar curvearray)函數(shù)生成相應的擋墻輪廓。

4) 模型生成

Step1：墻體生成。滿足驗證條件的擋墻輪廓由Document.FamilyCreate.NewSweep(bool isSolid，CurveArray path，SketchPlane pathPlane，SweepProfile profile，int profileLocation CurveIndex，ProfilePlane Location profilePlaneLocation)函數(shù)生成擋墻墻體。

Step2：扶臂體生成。Application.Create.NewCurveLoopsProfile(CurveArrar curvearray)函數(shù)生成扶臂輪廓；Document.FamilyCreate.NewSweep(bool isSolid，CurveArray path，SketchPlane pathPlane，SweepProfile profile，int profileLocationCurveIndex，ProfilePlaneLocation profilePlaneLocation) 函數(shù)生成扶臂體；CreateArm(Document doc，int rowindex)函數(shù)將生成的扶臂體移動到相應位置。

2.2 三維配筋

配筋是混凝土結構設計不可或缺的元素。目前針對常規(guī)混凝土結構(如板、梁、柱)的配筋軟件不少，但對大體積、異形混凝土結構(如牛腿、閘墩、擋土墻扶壁、流道等)的三維配筋依然是眾多BIM平臺應用的瓶頸。筆者在Revit平臺內摸索和研究擋土墻結構的三維配筋，并針對性開發(fā)擋土墻三維配筋模塊(RetainingWall_3DRebar)。

圖6為扶壁式擋土墻前墻配筋輸入界面和程序生成的前墻、整體配筋模型。

圖6 擋土墻三維配筋(API)Fig. 6 3D reinforcement of retaining wall(API)

2.3 鋼筋標注

針對Revit鋼筋標注方面的不足，通過API開發(fā)包含“線筋水平標注”，“線筋垂直標注”，“點筋水平標注”，“點筋垂直標注”，“點筋集中水平標注”，“鋼筋網標注”6種類型的鋼筋標注模塊(Annotation _Rebar)。圖7為鋼筋標注界面和標注效果示意。

圖7 鋼筋標注(API)Fig. 7 Marking of reinforcement(API)

該模塊能通過程序自動讀取鋼筋型號、直徑、間距等信息進行標注，也可通過程序界面輸入更改鋼筋型號、直徑、間距等信息進行標注，使得標注符合水利行業(yè)規(guī)范要求，提高了鋼筋標注的效率和自動化程度。

3 結 語

筆者通過Revit平臺開展水工擋土墻三維設計的應用和開發(fā)，完成了參數(shù)化三維建模、設計計算、配筋、標注行業(yè)化等工作。后期將補充結構內力計算、基礎設計等功能模塊，逐步完善“建模-計算-出圖-工程量統(tǒng)計智能一體化”的協(xié)同設計模式。不久的將來，三維協(xié)同設計的方法、理念將變成現(xiàn)實，融入到規(guī)劃、設計、施工、工程管理過程中，提高工程從規(guī)劃設計到運營管理全生命周期的質量和效率，促進水利工程的信息化、現(xiàn)代化。

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(責任編輯：譚緒凱)

Application and Research of Information Model Technology in Retaining Wall Design

WANG Haijun，HUAN Guosheng，SHEN Guohua，ZUO Weilong，LIN Jiangfeng

(Jiangsu Province Water Conservation Survey Design and Research Institute Co. Ltd.，Yangzhou 225009，Jiangsu，P.R.China)

Three-dimensional information model technology was used to carry out 3D design of hydraulic retaining wall.Aiming at current problems in traditional two-dimensional design of retaining wall，such as poor information exchange in the professional design，poor coordination，poor integrity，poor data transmission ability and information sharing difficulties in the construction process，the secondary development of the following aspects was carried out，including modeling，calculation，reinforcement and marking.The secondary development improves the design efficiency and quality，which also widens the application of 3D design in water conservancy projects.

geotechnical engineering; retaining wall; three-dimensional design; parameterize; secondary development

2015-12-24；

2016-12-11

江蘇省水利科技資助項目(2015090;2016065)

王?？?1981—)，男，江蘇泰興人，高級工程師，博士，主要從事水工結構及三維協(xié)同設計方面的研究。E-mail：whj2005@1263com。

10.3969/j.issn.1674-0696.2017.06.12

O319.56

A

1674-0696(2017)06-075-05