淺談Civil3D與InfraWorks360軟件在葉巴灘水電站施工總布置三維設計中的應用

袁 木， 吳 瑩， 潘 勇

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072)

0 前 言

目前，我公司施工專業主要基于VPM平臺利用CATIA軟件開展三維協同設計工作，經過近幾年對施工總布置三維設計的探索和研究，取得一些成果，先后完成了米林、兩河口、孟底溝、葉巴灘等水電站的施工總布置三維設計工作。但還存在不足之處，主要包括：(1)在CATIA中能夠快速實現橋梁和施工工廠設施的調用，但公路橋梁模板較為單一，施工設施資源庫也不夠完善，需要自行創建和完善；(2)“S”形公路難以一次完成三維設計，需分段進行，分段設計結合部位以及明路與隧洞、橋梁結合部位存在較大的瑕疵，需要花費較多的時間來進行后期處理；(3)對于施工總布置三維設計，CATIA設計軟件環境較為復雜、步驟繁多，三維設計限制條件較多，總體設計效率較低。

針對上述問題，筆者基于葉巴灘水電站工程，初步考慮利用Atuodesk平臺下的Civil3D、Infraworks360軟件對施工總布置三維設計進行初步探索和應用，包括三維地形生成、施工道路、渣場規劃和場地平整等三維設計相關內容。Civil3D軟件是Autodesk公司為土木與基礎設施行業提供的三維設計解決方案，適用于勘測、場地規劃、總圖、道路設計、水利水電、市政管網等多個不同行業領域；Infraworks360則適用于前期方案設計和后期設計成果整合、展示，其主要功能可劃分為創建基礎模型、方案設計及分析和漫游瀏覽及展示。

1 三維地形建模

Civil3D中的曲面是該軟件最基礎的部分，其曲面建模功能非常強大，可通過多種數據文件(點文件、等高線、GIS數據等)快速創建三維地形曲面模型。建模基本過程如下：

首先獲取原始地形數據，并對數據進行預處理；然后在工具欄中選擇曲面——創建曲面，并創建三角網曲面，設置其名稱、所在圖層、曲面樣式等，在曲面―定義―等高線或圖形對象中，添加原始等高線、地形點等地形數據，可快速生成三維地形曲面；最后可通過軟件自帶的對象查看器功能對三維地形曲面的合理性、正確性進行檢查、修改。地形曲面精度可按需設置，添加原始數據越多，曲面精度越高，相應模型存儲量則越大。

另外，還可快速對創建的三維地形曲面模型進行智能可視化分析，包括高程分析、坡度分析、匯水流域分析等。葉巴灘水電站三維地形曲面如圖1所示。

將Civil3D軟件創建的三維地形導入Infraworks360并進行貼圖展示的過程如下：將Civil3D三維地形曲面導出為.xml格式，再通過Infraworks360數據源導入數字地形模型；在谷歌地球上截取地形所在范圍的影像圖片，利用Civil3D插件工具RasterDesign賦予谷歌地球影像與原始地形數據相對應的坐標系，再將處理后的影像圖片導入Infraworks360，即可將谷歌地球影像與已經導入的三維地形模型進行較好的合成。若影像圖片精度足夠高，貼圖后的三維效果則越逼真。貼圖后的三維地形如圖2所示。

圖1 葉巴灘水電站三維地形曲面

圖2 Infraworks360中貼圖后的葉巴灘水電站三維地形

2 施工道路三維設計

施工道路三維設計有兩種不同的方法，分別介紹如下：

第一種方法，利用Civil3D 軟件創建道路模型，該軟件具有豐富的道路設計功能，基本設計流程為：路線平面設計→縱斷面設計→橫斷面設計→道路模型創建，可對道路平曲線、縱斷面、橫斷面等進行詳細設計，且能夠與道路模型之間數據相互關聯。設計過程中可在Civil3D中觀察設計路線的三維效果，根據規范對路線和縱斷面進行組合檢查，并可實時動態調整和更新，快速計算設計路線的挖填方工程量，最終設計成果能按照模板生成二維CAD圖紙。最后可將Civil3D設計道路模型的最終成果導入Infraworks 360進行三維集成與展示。

第二種方法，直接在Infraworks360對道路、橋梁進行三維設計，利用該軟件自帶的道路設計模塊，模塊中自帶有較多的道路模板，同時模板可根據實際需要進行修改。選擇所需要的道路模板，根據三維地形初步規劃道路平曲線，完成后自動生成地形縱斷面，然后進行道路豎曲線設計，并可根據相關規范對道路平曲線、豎曲線進行調整，使道路線型符合設計要求。

圖3 道路縱斷面設計界面

圖4 葉巴灘水電站進場公路三維效果(Civil3D)

同時，可利用橋梁設計模塊，結合三維地形快速實現橋梁的三維設計與修改，道路、橋梁、隧洞相交處可實現自動接合，設計效率較高，三維展示效果較好。

圖5 葉巴灘水電站401#道路三維設計

兩種道路三維設計方法的區別在于：Civil3D可對道路進行詳細設計，計算統計道路工程量，且能夠實現二維出圖，適用于工程全階段；而在Infraworks360里進行道路三維設計只能作為展示，適用于前期規劃和方案設計階段。

3 渣場三維設計

渣場三維設計可在Civil3D軟件里進行，Civil3D具有強大的放坡設計功能，其設計過程是先確定渣場頂部高程及邊界，計算渣場容量，如果與設計要求不符，則調整渣頂高程或坡頂線位置，直至渣場容量滿足要求為止。筆者基于葉巴灘水電站俄德西溝渣場進行三維設計，其具體步驟為：

圖6 葉巴灘水電站上游7#臨時橋三維設計

圖7 隧洞三維設計

圖8 葉巴灘水電站場內道路三維模型

圖9 葉巴灘水電站場內道路模型透視

確定渣場頂部邊界→放坡→計算體積→調整頂部邊界或高程→直至體積達到目標值，最終快速、準確地輸出渣場的容量、渣頂面積等數據信息。在Civil3D軟件里完成渣場三維設計后，可將其存為.xml格式，然后再導入至Infraworks360里進行三維展示，賦予其一種與實際相符的材質，實現渣場三維可視化。

圖10 俄德西溝渣場三維設計(Civil3D)

圖11 俄德西溝渣場三維展示(Infraworks360)

與傳統計算渣場容量的方法相比，利用Civil3D軟件進行渣場三維設計，其計算結果更為準確，渣場布置調整快速、便捷。

4 場地平整三維設計

場地平整三維設計也有兩種不同的方法，分別介紹如下：

在Civil3D軟件里的場地平整操作流程與渣場三維設計基本一致，可以對施工場地進行參數化設計，實現場地位置、占地面積以及邊坡面貌能夠隨著地形變化實時動態更新，不僅直觀可視，而且能夠快速計算挖填方工程量，便于設計人員實時調整場地布置方案，具體步驟在此不再敘述。場地平整三維設計完成后同樣可導入Infraworks360里進行三維集成展示。

設計人員也可在Infraworks360里直接進行

圖12 右岸低線混凝土系統場地設計(Civil3D)

圖13 場地三維集成展示(Infraworks360)

場地平整三維設計。進入相關設計模塊后，選擇“覆蓋范圍”，根據地形初選場地邊界，設置場地高程，完成場地平整；同時在“建筑”和“城市家具”工具欄里可直接調用部分部件(人物、房屋、施工車輛、樹木等)對施工場地進行裝飾，使場地更加美觀。部分場地平整三維效果圖如下所示。

圖14 場地平整規劃三維設計(Infraworks360)

兩種場地平整三維設計方法的區別在于：Civil3D場地平整設計可快速輸出挖填方工程量、實現二維出圖；而Infraworks360場地平整設計只能用于規劃和三維展示。

5 結 語

筆者基于葉巴灘水電站工程，利用Civil3D&infraworks360對施工總布置三維設計進行初步探索與應用，取得了一些成果，可以總結如下：

(1)基于Civil3D&Infraworks 360可快速生成三維地形模型，完成施工道路、場地平整以及渣場規劃的三維設計，并可實現工程量的快速統計與輸出；

(2)利用Civil 3D與Infraworks 360 協同設計，三維設計成果在Infraworks 360里集成，可較好的對外進行三維展示，三維設計成果可視化程度較高、美觀、明了；

(3)Civil3D&Infraworks 360操作流程相對簡單，較為符合設計人員的使用習慣，比較利于施工總布置三維設計，可提高三維設計工作效率。

但是，基于Civil3D&InfraWorks360的施工總布置三維設計還存在一些問題有待解決，主要有：如何快速、高效地實現施工輔助企業的三維數字化設計與集成；如何實現CATIA水工建筑物模型在Infraworks360平臺上快速、準確無誤的集成與展示；如何實現規范化、流程化、標準化的施工總布置三維設計。這些問題都將制約著施工總布置三維設計的進一步向前發展，下一步將著重對以上問題進行探討和研究。