Bentley軟件在派河口泵站樞紐工程設計中的應用

梁后兵

Bentley軟件在派河口泵站樞紐工程設計中的應用

梁后兵

一、項目背景

1.三維設計概述

伴隨著計算機技術的發展，20世紀80年代初，設計人員經歷了從手工繪圖到計算機二維輔助繪圖的工具革新，90年代首次在機械設計中引入了三維設計的概念。三維設計與二維設計相比具有更多優勢，三維表達更加直觀，能夠及時發現和解決設計工作中相對空間位置的錯、漏、碰撞等問題，極大地減輕工程設計人員的工作量，從而提升工作效率。在進行設計時，也可以結合地形地貌、地質條件、交通情況、經濟情況等因素，迅速調整方案，同時三維效果圖和動畫也能夠為工程項目的整體展示提供直觀、具體的視覺效果。可以說，三維協同設計代表了最新的設計理念和先進的設計水平，已經成為工程設計行業發展的趨勢和方向，是繪圖技術從二維到三維的質的飛躍，也是設計和軟件工程師不斷努力的結果。目前引進水利工程的三維軟件主要有 Bentley、AutoCAD、Pro/E、CATIA等。

2.引江濟巢項目概況

派河口泵站樞紐工程為引江濟淮工程中一個重要的節點工程（見圖1），由1座泵站、1座節制閘、1座船閘組成。其中泵站設計流量295m3/s；節制閘引水流量295m3/s，排洪流量1000 m3/s；船閘為1000t級。該試點項目采用派河口泵站樞紐初設階段為對象，通過Bentley三維軟件中的MS、ABD、GEOPAK、PW模塊檢驗項目可研階段成果，并且加深精度，對下一階段設計具有一定的指導意義。選擇Bentley軟件進行工程設計，是考慮到MicroStation平臺支撐的優點，該平臺能夠有效提高水利工程地形處理、工程量測算、協同修改的效率和質量以及成果資料的展示。

二、Bentley軟件概述

Bentley三維模型是一個參數化的模型，將數據庫和三維設計技術相結合，深入到模型的每一部件，可以便捷地提取這些信息，能夠準確、迅速地進行查詢，統計和修改。

該系列軟件幾乎包含了工程各階段、全過程的設計與管理，界面與office軟件類似。繪制三維實體并給該實體賦予相關材料屬性，使得建筑物衍變成一個參數化的模型便于作各種修改，通過切圖工具可以對三維建筑物作任意部位的剖切，然后進行標注出圖，同時切出的二維圖內容與三維模型同步得以修改調整。為快速進行設計，設計人員應首先在腦海里形成工程的輪廓，對于一些簡易形體的構件，可以用三維工具條直接繪出；對不規整異形體的單元，則需運用線面的拉伸、旋轉、摩爾運算等方式生成，然后通過組裝形成參數化實體模型。

三、軟件在派河口樞紐試點項目中的應用

1.用ABD完成初步的單體構筑物

由于全部按實際尺寸建模，在這個過程中可以發現和解決單座建筑物各專業內部及各專業之間是否存在沖突。由于在PW模式下工作組內所有圖形都是即時更新，使得各專業間協同修改工作量大大減少（見圖2、圖3）。圖2中從視覺就可以直觀看出閘門與閘首間的止水缺失、閘首頂部的欄桿部分與閘門巡視廊道矛盾，需要增加止水和將廊道對應位置修改成活動欄桿或鋼柵門以便人員進出；除了直接視覺觀察沖突，還可以用MS平臺下的專業碰撞檢測軟件進行本專業和各專業間的碰撞檢測，對有矛盾的地方，軟件能清晰標示出，以便各專業協調修改。

圖1　派河口泵站樞紐總體布置圖

圖2　船閘閘首單體建筑物模型圖　

圖3　水閘建筑物模型圖

2.開挖圖的設計

應用GEOPAK Site強大的三維場地運算分析能力，對派河口泵站樞紐工程進行三維開挖輔助設計，整個設計過程相對于傳統設計方法較為輕松和準確，取得了較好的設計成果。GEOPAK Site是一種適用廣泛的工具，其優秀的內部算法和對計算機運算能力的充分應用，有效地減輕了復雜場地開挖圖設計者的負擔，被廣泛應用于水利水電工程、房屋建筑工程、公路工程、港口與航道工程等工程領域。

GEOPAK Site比二維設計的計算方法更加直觀，更具參考價值。首先，在BIM中建立三維模型，將模型組裝完成后，用建筑物的外輪廓線和測量資料，將等高線、高程點等數據做成GEOPAK可識別的tin文件。將原地形生成的tin文件導入，作為開挖的基準面，在GEOPAK中就可以實現場地的模擬開挖。把建筑物的外輪廓線投影到設計高程，然后按照設計邊坡在原地形上進行放坡、修筑二平臺等。在建筑物開挖部分有交集的地方，軟件可自動進行處理，防止重復計算工程量。把開挖完成的數據再次保存成tin文件。作為回填的基礎基準面，可以迅速得出回填的工程量，這個工程量對于單體范圍較小的工程比較適應，但是對于距離較大工程，比如河道開挖，此軟件生成的工程量不能按樁號分段計量，無法滿足施工概算、移民水保等相關專業的需求。如果用每個樁號建一個斷面進行開挖統計，對于變斷面、長渠道幾百上千個斷面，顯然工作量巨大，無法體現三維軟件的優越性。對于這類現實需求，可積極反饋軟件公司，在尋求幫助的同時，摸索使用MDL、VB等編程軟件進行二次開發，以便在不久的將來軟件能達到具體工程量統計實際需求的標準。

3.效果圖

GEOPAK軟件可以在完工圖上添加外部地形圖或航拍圖，以清楚了解工程周圍環境的真實情況，更有利于后期配置綠化、設置渲染環境等，能使新建工程與周圍環境更加和諧；另外還可以完成相關施工動畫和工程宣傳視頻，有利于大眾了解相關工程的功能和全貌，以達到良好的經濟效益、社會效益宣傳效果。

四、結語

（1）三維模型建模全部用實際尺寸，對于工程量的統計比二維設計更接近實際情況。

（2）三維模型的修改各專業相互聯動，可極大減小設計者的修改工作量。

（3）效果圖的模型可以直接應用已建成的模型，免去常規效果圖公司需要單獨建模的工作量，也會使得渲染效果更加真實；雖然在工程量統計、出圖上與理想效果還有一定差距，但其強大優勢已明顯展示。現階段進行的二維到三維的改變已經是一個巨大的進步，未來發展會更好■

（作者單位：安徽省水利水電勘測設計院230088）