趙振龍

(遼寧省水利水電勘測設計研究院有限責任公司，遼寧 沈陽 110006)

隨著BIM技術在我國的不斷推廣，三維設計已然成為一種趨勢。然而不同于建筑行業(yè)的BIM設計，水利行業(yè)因其自身行業(yè)特點，往往設計需要緊密結合實際的場地地形，這要求BIM軟件對地形有強大的處理能力，Bentley系列軟件中可以基于地形進行設計的軟件主要有OpenRoads Designer與Geopak以及MicroStation的網格模塊，其中OpenRoads Designer作為Bentley公司CE版系列主推的旗艦產品，軟件更新速度快，也將會完全取代過去的PowerCivil、InRoad及Geopak，而且更適合長距離線性工程的三維建模，顯然是水工設計人員必須掌握的軟件，反觀過去專門進行場地設計的Geopak已有近十年沒有更新。

傳統(tǒng)認為OpenRoads Designer是一款做道路的BIM設計軟件，也可變相應用于水利中的河道或是長距離輸水管線?，F(xiàn)有絕大多數(shù)OpenRoads Designer的工程應用都是基于線性工程去介紹的，針對場地設計的很少，而針對復雜場地開挖設計就基本沒有。本文將結合實際工程詳細介紹OpenRoads Designer進行復雜場地設計的思路，使水工設計人員不用再去掌握Geopak，也可以實現(xiàn)復雜場地設計及出圖。

1 工程背景

某重點輸水工程二期工程柴河段，主要采用有壓隧洞的輸水方式，總長約57km，其取水口設計結合水庫岸坡山體地形地貌及地質條件，采用岸塔式取水口。取水口一期開挖采用明挖的方式，并利用開挖巖坎作為施工期的擋水圍堰，待取水口施工完畢，再進行巖坎爆破。

取水口開挖底高程為81.0m，一級馬道高程91.0m，二級馬道高程100.0m，三級馬道高程110.0m，四級馬道高程117.0m，五級馬道高程127.0m。

2 原始地形模型的創(chuàng)建

在OpenRoads Designer里地形的創(chuàng)建主要有“從文件”和“從圖形過濾器”兩個命令。其中“從文件”前提是上游測繪專業(yè)已提供了軟件可識別的地形文件；在沒有可供使用的地形文件，只有傳統(tǒng)地形圖的基礎上則可以選擇使用“從圖形過濾器”來創(chuàng)建地形。其中“從圖形過濾器”的主要操作方法為：將Dwg地形圖另存為DGN格式→在過濾器中創(chuàng)建等高線、高程點兩個過濾器→新建一個包含等高線、高程點兩個過濾器的過濾組→通過過濾組生成地形→檢查生成的地形→在過濾器中排除一些錯誤的高程線和高程點→重新生成地形→導出為TIN文件。

3 創(chuàng)建實體開挖體

使用OpenRoads Designer另外新建一個DGN文件，在2D-model中導入新生成的TIN文件，導入成功后，可以先關掉地形的三角網顯示，以方便以后的建模工作。實體開挖體則需要在3D-model中通過三維建模功能進行實現(xiàn)，主要操作方法為：使用“智能線”繪制出開挖體最底部輪廓→使用“創(chuàng)建復雜多邊形”將輪廓閉合→使用“拉伸構造實體”將閉合輪廓拉伸至固定馬道高度→使用“修改實體”中的“邊”將實體頂部的邊拉伸至放坡位置→重復上述操作生成6級開挖體→使用“布爾工具”將各級開挖體合并成一個整體→使用轉“轉換為實體”將開挖體轉化為智能實體。如圖1所示。

操作過程中要注意以下幾點。

(1)為保證開挖體能和地形相交，開挖體的最頂部要保證穿過地形。

(2)由于軟件自身原因，不支持含有完全垂直邊坡的地形，因此在垂直開挖的部分需要給開挖體一個小的坡比，本文采用的是給垂直部分的開挖體頂部偏移2cm的距離的方式，鑒于開挖并非是個極其精確的工作，這種誤差是允許的。

(3)由于Bentley系列軟件底層都是基于MicroStation的，都有著強大的三維精確繪圖能力，因此開挖體創(chuàng)建方法并不唯一，只要能通過各種命令組合生成三維開挖體并轉化為智能實體即可。

(4)考慮到設計過程中開挖體可能會進行調整，建議將開挖體文件備份一份。

圖1 通過三維建模生成的開挖體

4 將開挖體轉化為地形文件

將開挖體轉化為地形文件的操作是在3D-model中進行的，主要操作方法為：通過“打散元素命令”將開挖實體打散為曲面→使用“從元素創(chuàng)建地形”，特征類型為“斷裂線”，邊界方法為“刪除裂片”→依次選取各級開挖的坡面及開挖的最底面→生成初始開挖體地形→導出為TIN文件。

操作過程中要注意以下幾點。

(1)為方便面的選擇，可以將打散后開挖體最頂?shù)拿鎰h掉。

(2)在選取開挖坡面的過程中，不要選取馬道平面。

(3)一定要將開挖體地形轉化為TIN文件來“定版”，以避免操作中誤刪除創(chuàng)建地形的元素導致開挖體地形變化。

5 為開挖體地形添加邊界

為開挖體添加邊界的主要操作方法為：將剛生成的初始開挖體三角網關閉，導入初始開挖體TIN文件→將開挖體地形和原始地形分別改下顯示顏色→在3D-model頂視圖上使用“智能線”描出開挖邊界→使用“特征管理”中“添加特征”命令，特征類型為“覆蓋邊界”→將邊界添加給開挖體地形→生成最終開挖地形→使用“分析土方量”中“地形到地形”來計算開挖量→導出為TIN文件。如圖4—圖6所示。

圖2 頂視圖顯示的開挖邊界

圖3 繪制邊界

圖4 剪切地形后的效果

操作過程中要注意以下幾點。

(1)在描繪邊界時，可新建一個臨時ACS坐標系，使ACS的Z高程高于實際地形，并配合ACS鎖來繪制。

(2)可使用“剪切地形”命令，來實現(xiàn)開挖體與地形合成的效果。

6 平面出圖

平面出圖主要使用軟件的參考功能。主要步驟為：新建一個2D的設計Model→將地形底圖、之前備份的實體開挖體、開挖完畢后的模型參考進來→按開挖完畢后的模型勾勒出閉合開口線→使用圍柵功能中的泛填，新建以一個閉合開口線為邊界的圍柵→在“參考”里對地形底圖使用“圍柵覆蓋”，對實體開挖體使用“圍柵剪切”→關閉開挖完畢后的模型的參考顯示→在“參考”屬性中調整地形底圖的顏色飽和度來將地形底圖淡顯→添加標注及圖框。如圖5所示。

圖5 平面出圖

7 剖面出圖

剖面出圖主要使用軟件DV切圖功能。主要步驟為：在“剪切體積快”中選擇“剖面剪切”中的“按剖面應用剪切”→在頂視圖上繪制剖面線→在視圖屬性面板中將前視與后視關閉，將剪切打開→右鍵單擊剖面線選擇“創(chuàng)建繪圖”→添加標注及圖框。如圖6所示。

圖6 剖面出圖

8 與Geopak和MicroStation網格模塊對比

使用Geopak做復雜開挖的思路與上述方法類似，并且也可以將地形導出為TIN文件，但不同的是Geopak可以自動提取開挖體與地形的交線。但Geopak仍存在諸多不便，總結如下。

(1)Geopak為純英文界面，不便于學習。

(2)由于Geopak已有近十年沒有更新，安裝Geopak前還要安裝一個舊版本的MicroStation。

(3)Geopak的開挖文件并不在當前使用的DGN文件里，而是在使用土木工具流時會另外新建一個.gsf文件，這樣很容易導致開挖文件丟失。

(4)在文件層級上，除去DGN文件的層級關系，Geopak開挖還要理解土木工具流中Project、Model、Object、Element四個層級，開挖操作必須嚴格遵循這4個層級之間的關系，很繁瑣。

(5)自動放坡工具在一些邊緣處理上仍舊存在瑕疵。

MicroStation網格模塊做開挖可以有很大的自由度，主要思路是網格面與網格面做布爾，或是網格體與網格體做布爾，而且還支持垂直開挖，但前提是必須把地形打散成網格。但也存在著一些問題，主要為以下幾點。

(1)無法像地形一樣，對三角網顯示進行控制，在一個全是三角網的視口下作圖體驗很差。

(2)使用網格面布爾生成的開挖體網格在轉化成地形的過程中，開挖體部分會嚴重失真，這會導致在此文件上無法再進行，需使用地形文件的其他設計，嚴重影響工作的協(xié)同性。

9 總結

(1)利用OpenRoads Designer進行復雜場地開挖設計并出圖是可行的，但仍有很大改進空間。為更方便使用，建議軟件增設自動求兩個地形交線的功能。

(2)不推薦使用MicroStation網格模塊進行開挖設計，使用此模塊進行開挖設計會影響工程設計整體的協(xié)同性。