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)應用背景

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模型建立原理

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

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

工程應用

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

結(jié)論

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。