文/中交第二航務工程勘察設計院有限公司 曾慶桓 戴琪
本文講解了利用Autodesk Civil 3D部件編輯器(Subassembly Composer)能夠完美擬合路線平、縱、橫斷面的隧道部件,快速建立隧道模型。部件編輯器是自帶的可視化編程插件,功能強大,操作簡單。編程人員可以將幾何元素拖拽至流程中,通過數(shù)學公式賦予幾何元素邏輯,形成相應橫斷面的輪廓,完成部件的編譯工作。
BIM技術(shù)作為近年新興的設計方式,在建筑領(lǐng)域推廣較為成功。大部分商業(yè)綜合體、居民住宅樓、醫(yī)院、大型車站都可以通過BIM技術(shù)完成各專業(yè)項目的正向設計,并且在BIM模型上開展碰撞檢查、施工模擬、提取工程量等工作。建設單位利用基于BIM技術(shù)的管控平臺,還可實現(xiàn)對整個建設項目集“建、管、養(yǎng)”于一體的全生命周期管理,不僅可以有效地管理投資和成本,更可降低工程中的損耗,控制施工中的風險。但在公路領(lǐng)域,BIM技術(shù)的推廣應用尚處于初級階段。作為公路工程中的重要組成部分,隧道的設計與建設也越來越多地使用了BIM技術(shù)。目前,建立隧道BIM模型的主要方式是用主流BIM建模軟件Revit沿著道路中心線放樣,建立隧道模型。然而,該方式無法建立平、縱、橫斷面同時變化的隧道,且無法滿足隧道的加寬超高變化,而且如果隧道中心線有緩和曲線,路線中心線則無法很好地在Revit中擬合。而公路BIM主流軟件Autodesk Civil 3D自帶的樣式選項版(類似于橫斷面庫)中沒有隧道的斷面樣式。所以,探索有效的隧道BIM建模方式意義重大。
隧道BIM建模原理
隧道BIM模型是隧道橫斷面沿著路線中心線放樣生成的。隧道結(jié)構(gòu)的橫斷面隨樁號的變化而動態(tài)變化。建立隧道BIM模型的前提,就是隧道部件能夠自適應隧道設計線的平縱橫線型變化。因此,隧道部件的參數(shù)化設計是快速建立隧道BIM模型的基礎(chǔ)。
隧道BIM模型建立的過程
建立準確的隧道模型,需要將路線的二維信息,轉(zhuǎn)化成三維路線:利用Autodesk Civil 3D自帶的路線平面、縱斷面功能,可以快速生成路線的三維中心線。然后利用編制好的隧道部件,沿著三維中心線“裝配”(類似于“放樣”),就可以生成準確隧道的BIM模型。隧道部件不僅是沿著道路中心線“裝配”,還要能自動識別道路加寬和平曲線,并生成相應的超高橫坡。
隧道部件的編制流程
劃分結(jié)構(gòu)斷面 根據(jù)隧道橫斷面,確定隧道由幾部分(襯砌、路面等)組成的,各組成部分的參數(shù)需要單獨列入一個流程圖(FlowChart),目的是讓隧道部件的流程圖更加簡約明了。
定義結(jié)構(gòu)參數(shù) 部件編輯器中,參數(shù)(Input/Output Parameters)是定義結(jié)構(gòu)尺寸的重要部分,用參數(shù)來定義隧道結(jié)構(gòu)的尺寸名稱,如行車道寬度、頂拱半徑等。定義參數(shù)是隧道部件參數(shù)化的重要部分,隧道結(jié)構(gòu)的參數(shù)定義如圖1所示。
圖1 結(jié)構(gòu)尺寸的參數(shù)
構(gòu)建幾何圖形 在部件編輯器中,所有結(jié)構(gòu)部件都是由點(Point)、線(Link)組成的,點、線包括輔助點(Auxiliary Point)和輔助線(Auxiliary Link)功能,輔助點和輔助線僅提供輔助定位功能,并不在最終圖元中顯示。
結(jié)構(gòu)輪廓的構(gòu)成,實際上是由各個元素“點”從原點(Origin)開始,通過計算公式來關(guān)聯(lián)各元素而成。計算公式主要為“Delta X and Delta Y”,計算出各點元素相對于原點Delta X和Delta Y的值,以確定它們的坐標。各點坐標定位完成后,再用Link功能,連接各點元素(From Point to Point)勾勒成結(jié)構(gòu)輪廓(見圖2)。
圖2 橫斷面幾何圖形構(gòu)筑流程
目標判斷 隧道部件的關(guān)鍵點,是能夠識別路線加寬的部分,并且根據(jù)相應的路寬而進行變化。在部件編輯器的目標屬性(Target Parameters)中,添加一個寬度目標(offset),可以讓道路邊線根據(jù)目標寬度來“裝配”;然后勾選ApplyAOR選項,部件就可以自動識別在路線設計中給定的超高。
導入部件 完成隧道部件編輯的工作后,將隧道部件保存成Civil 3D可以讀取的pkt格式文件,并將該文件所帶的部件添加進部件庫;添加完成后,直接調(diào)用該部件,部件斷面和參數(shù)如圖3所示。
圖3 隧道部件導入Autodesk Civil 3D
本文以甘肅定西至臨洮高速公路工程項目為例,演示隧道部件的BIM建模方法。
Autodesk Civil 3D諸多的模塊中,路線設計功能相當強大,其設計思路和方式都跟國內(nèi)主流的路線設計軟件(如緯地、EICAD)一致。根據(jù)測量單位提供的實際地形圖、路線走向,配好豎曲線,在路線超高部分,給定平曲線半徑的超高值,然后加載隧道斷面。
以該項目的豹子溝隧道為例,豹子溝隧道為分離式隧道,共有兩條,采用隧道部件放樣生成模型,如圖4所示。
圖4 隧道部件延路線中線生成模型
根據(jù)自帶的橫斷面查詢功能,可以準確地查詢每個樁號的橫斷面信息,包括設計中線的高程、道路邊線、人行道的高程,等等。從橫斷面視圖中可以看到,平曲線段的超高橫坡段也同時生成(見圖5)。
圖5 指定樁號的橫斷面視圖
不僅是公路領(lǐng)域,在水利、水運等其他領(lǐng)域,各專業(yè)都可以使用部件編輯器來創(chuàng)建復雜結(jié)構(gòu)的斷面,從而滿足建模需求。通過部件編輯器創(chuàng)建的部件具有重復利用性高、修改速度快等特點,部件編輯器的參數(shù)功能,為創(chuàng)建復雜的橫斷面提供了方法,而部件編輯器的簡易編程截面,也為工程師提供了一個全新的建模思路。