基于BIM的長(zhǎng)距離引調(diào)水工程三維參數(shù)化智能設(shè)計(jì)研究及應(yīng)用

張社榮， 劉 婷， 朱國(guó)金， 王 超

(1.天津大學(xué) 水利工程仿真與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 天津 300350； 2.中國(guó)電建集團(tuán) 昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司， 云南 昆明 650000)

1 研究背景

長(zhǎng)距離引調(diào)水工程規(guī)模大、地形多樣、地質(zhì)復(fù)雜、輸水線(xiàn)路長(zhǎng)、影響范圍廣、輸水建筑物種類(lèi)龐雜[1]，傳統(tǒng)的三維設(shè)計(jì)已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足提高工程建設(shè)效率的需求，而參數(shù)化設(shè)計(jì)可以大大提高模型的生成和修改速度。國(guó)外大量研究人員均開(kāi)展了參數(shù)化建模設(shè)計(jì)的研究，Yu Yanyun等[2]通過(guò)在平臺(tái)搭建過(guò)程中融入?yún)?shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)，開(kāi)發(fā)出了具有高效進(jìn)行有限元的預(yù)處理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等功能的模塊，有效地縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間； Liu Qiaosheng等[3]利用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)存儲(chǔ)設(shè)計(jì)的規(guī)范和設(shè)計(jì)參數(shù)，設(shè)計(jì)出了一套針對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)的參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)匹配預(yù)先構(gòu)建的案例庫(kù)精準(zhǔn)完成相似任務(wù)的功能；Hernandez[4]提出了一種參數(shù)化建模的思想，即把組件作為變量，并通過(guò)實(shí)例對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證，證明該建模方法的高效性和可行性。

國(guó)內(nèi)目前的參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)在機(jī)械建筑等領(lǐng)域均應(yīng)用廣泛，王帥[5]基于Inventor 環(huán)境將參數(shù)化設(shè)計(jì)思想運(yùn)用在皮帶運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中，使皮帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行效率顯著提高；趙一帆等[6]開(kāi)發(fā)了一套基于 SolidWorks平臺(tái)的起重機(jī)參數(shù)化設(shè)計(jì)與管理系統(tǒng)，對(duì)縮短各種機(jī)械產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期具有重要的現(xiàn)實(shí)意義；于彥偉[7]基于CATIA平臺(tái)采用CATIA二次開(kāi)發(fā)技術(shù)開(kāi)發(fā)了一套參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)重力壩的參數(shù)化設(shè)計(jì)和參數(shù)化模型創(chuàng)建等功能，提高了重力壩的設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)水平；王寬[8]提出了一種預(yù)應(yīng)力渡槽的參數(shù)化聯(lián)動(dòng)設(shè)計(jì)思想與數(shù)值優(yōu)化方法，實(shí)現(xiàn)了渡槽的參數(shù)化設(shè)計(jì)和配筋設(shè)計(jì)；蘇夢(mèng)香等[9]通過(guò)采用Autodesk Inventor軟件進(jìn)行了零件的組裝建模和干涉檢查等操作，論述了Inventor軟件在參數(shù)化建模中的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)；于智光[10]在橋梁設(shè)計(jì)中通過(guò)在Rhino環(huán)境下運(yùn)行Grasshopper插件并與AutoCAD二次開(kāi)發(fā)技術(shù)證明了參數(shù)化設(shè)計(jì)使得景觀橋梁的建模過(guò)程更加高效，并解決了批量生成施工圖的技術(shù)難點(diǎn)，但該參數(shù)化設(shè)計(jì)方法在與BIM平臺(tái)信息交互功能方面不夠完善。

隨著B(niǎo)IM(Building Information Modeling，建筑信息模型)技術(shù)的深入發(fā)展，將參數(shù)化設(shè)計(jì)與BIM技術(shù)的可視化、模擬性、可出圖性等特性相結(jié)合可滿(mǎn)足高效率高精度[11]的設(shè)計(jì)要求。楊凱鏡等[12]通過(guò)構(gòu)建接觸網(wǎng)的參數(shù)化族庫(kù)系統(tǒng)以及其零部件的參數(shù)化設(shè)計(jì)過(guò)程，提高了設(shè)計(jì)人員對(duì)接觸網(wǎng)零部件的管理功能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了接觸網(wǎng)的快速成圖等可視化功能；孫中秋等[13]通過(guò)對(duì)Revit進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，研究了連續(xù)鋼構(gòu)橋梁BIM模型的參數(shù)化成圖方法，對(duì)模型創(chuàng)建的效率和精確度影響顯著；林金華等[14]以盾構(gòu)的BIM模型為實(shí)例，采用Dynamo進(jìn)行可視化編程對(duì)其進(jìn)行參數(shù)化建模，證明了編程技術(shù)在BIM模型參數(shù)化建模中無(wú)可比擬的優(yōu)越性。

整體上來(lái)看，參數(shù)化設(shè)計(jì)在水利行業(yè)應(yīng)用尚未普及，結(jié)合BIM技術(shù)與參數(shù)化驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)思想[15]的設(shè)計(jì)平臺(tái)更是缺乏系統(tǒng)性的研究及實(shí)際應(yīng)用。本系統(tǒng)依托于滇中引水工程，在該長(zhǎng)距離跨流域引調(diào)水工程的設(shè)計(jì)過(guò)程中引入三維參數(shù)化設(shè)計(jì)環(huán)境，融合BIM技術(shù)將參數(shù)化設(shè)計(jì)概念貫穿到設(shè)計(jì)的整個(gè)周期之中，從而達(dá)到關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)過(guò)程中所有關(guān)鍵信息的目的[16]，有效地降低了建筑物設(shè)計(jì)過(guò)程中工程信息缺失的問(wèn)題，提高了模型創(chuàng)建和設(shè)計(jì)出圖的效率和精確度。

2 長(zhǎng)距離引調(diào)水工程BIM標(biāo)準(zhǔn)化

2.1 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)是支撐整個(gè)系統(tǒng)安全、高效運(yùn)行的核心模塊，長(zhǎng)距離引調(diào)水工程BIM模型的數(shù)據(jù)庫(kù)主要由包含幾何參數(shù)、構(gòu)件、模型信息、裝配關(guān)系、整體模型和工程圖等數(shù)據(jù)庫(kù)組成。

其中幾何參數(shù)庫(kù)存儲(chǔ)設(shè)計(jì)過(guò)程中所使用構(gòu)件模型的尺寸參數(shù)和特征參數(shù)；構(gòu)件庫(kù)存儲(chǔ)引調(diào)水工程中指定沿線(xiàn)建筑物的構(gòu)件三維模型；模型信息庫(kù)中存儲(chǔ)每個(gè)建筑物模型的各類(lèi)信息，如基本信息和擴(kuò)展信息等；裝配關(guān)系庫(kù)用來(lái)存儲(chǔ)設(shè)計(jì)過(guò)程中使用的構(gòu)件模型文件、子模型文件、中心模型文件的相互引用關(guān)系以及構(gòu)件之間的裝配約束參數(shù)[17]；整體模型庫(kù)存儲(chǔ)裝配完成后的完整構(gòu)件模型；工程圖庫(kù)存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的圖紙模板，也可存儲(chǔ)操作者自行設(shè)計(jì)的二維三維工程圖。

2.2 引調(diào)水工程BIM建模技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

引調(diào)水工程建筑信息模型(BIM)數(shù)據(jù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)主要包含引調(diào)水工程BIM信息分類(lèi)的標(biāo)準(zhǔn)化、信息存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)化、構(gòu)件劃分的標(biāo)準(zhǔn)化、參數(shù)劃分的標(biāo)準(zhǔn)化及工程圖輸出的標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)信息在空間、時(shí)間、主體、類(lèi)型、版本等5個(gè)維度的集成。

首先要明確引調(diào)水工程沿線(xiàn)BIM模型的信息分類(lèi)的標(biāo)準(zhǔn)。引調(diào)水工程BIM模型的信息分類(lèi)主要體現(xiàn)在空間維、主體維、時(shí)間維等維度的集成，按照信息的內(nèi)容及分類(lèi)要求，將引調(diào)水工程BIM模型信息劃分為14種類(lèi)型，詳見(jiàn)圖1。其中材料信息指存儲(chǔ)構(gòu)件的材料類(lèi)型、價(jià)格、物理性能(如密度、導(dǎo)熱性、熱膨脹性)和力學(xué)參數(shù)(如彈性模量、泊松比、內(nèi)摩擦角、抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度)；物理信息指存儲(chǔ)構(gòu)件的體積、表面積、重心和偏心距等物理特性；性能信息指存儲(chǔ)構(gòu)件的功能特性，如擋水、防滲、泄流、導(dǎo)流以及通風(fēng)等特性。

圖1 引調(diào)水工程BIM模型的信息分類(lèi)

通過(guò)對(duì)模型信息的詳細(xì)分類(lèi)明確各類(lèi)信息的存儲(chǔ)路徑及存儲(chǔ)格式，便于后期快速組裝并生成模型，以引調(diào)水工程中倒虹吸模型的構(gòu)件劃分示意圖(見(jiàn)圖2)為例。具體來(lái)說(shuō)，倒虹吸按其結(jié)構(gòu)可劃分成進(jìn)口段、管道段和出口段，其中進(jìn)口段可劃分成進(jìn)水口、漸變段、欄污柵、閘門(mén)、擋水墻等構(gòu)件；管道段可劃分成鎮(zhèn)墩和管身等構(gòu)件，其中管身形式包括圓形和方形；出口段可劃分為消力池和水井等構(gòu)件。可以看出構(gòu)件是組成引調(diào)水工程主要建筑物的最基本單元，因此可以認(rèn)為構(gòu)件是作為引調(diào)水工程BIM模型的最小信息存儲(chǔ)單元。

圖2 倒虹吸構(gòu)件劃分示意圖

通過(guò)各類(lèi)模型信息的分類(lèi)存儲(chǔ)，將結(jié)構(gòu)化信息存儲(chǔ)在BIM數(shù)據(jù)庫(kù)中，非結(jié)構(gòu)化信息存儲(chǔ)在電子文檔庫(kù)中，同時(shí)在BIM數(shù)據(jù)庫(kù)中建立各構(gòu)件與非結(jié)構(gòu)化信息的關(guān)聯(lián)關(guān)系表，以實(shí)現(xiàn)構(gòu)件信息模型的完整、統(tǒng)一[18]。

該平臺(tái)將模型各構(gòu)件的參數(shù)分成3類(lèi)：使用參數(shù)、隨動(dòng)參數(shù)、無(wú)效參數(shù)。使用參數(shù)是指需要在組件裝配中設(shè)置的尺寸參數(shù)，可用于更改每個(gè)組件的形狀。隨動(dòng)參數(shù)是指可隨使用參數(shù)的改變而自動(dòng)改變的參數(shù)，即該參數(shù)可以表示為使用參數(shù)的函數(shù)表達(dá)式。無(wú)效參數(shù)是指一些不使用的參數(shù)，如拉伸的角度，通常默認(rèn)是0，將此類(lèi)固定不變的參數(shù)設(shè)置為無(wú)效參數(shù)。

最后通過(guò)建立各類(lèi)工程圖的輸出模板使工程圖輸出標(biāo)準(zhǔn)化，可以在Autodesk Inventor的“樣式和標(biāo)準(zhǔn)編輯器”中創(chuàng)建自定義繪圖樣式[19]，并將所有繪圖信息(如這些樣式和標(biāo)準(zhǔn))保存到模板文件中，以便操作人員可以共享所有已建立的模板，實(shí)現(xiàn)高效快速出圖功能。

2.3 基于云平臺(tái)的引調(diào)水工程BIM協(xié)同設(shè)計(jì)組織結(jié)構(gòu)

基于云服務(wù)器的BIM協(xié)同設(shè)計(jì)可在各專(zhuān)業(yè)的同一部門(mén)內(nèi)部和不同部門(mén)之間進(jìn)行，在同一部門(mén)內(nèi)部，設(shè)計(jì)人員基于局域網(wǎng)內(nèi)部的信息管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各專(zhuān)業(yè)部門(mén)的信息共享，通過(guò)分工與合作，完成模型的建立，實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作。在不同部門(mén)間進(jìn)行BIM協(xié)同設(shè)計(jì)的目的是通過(guò)專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員的相互配合共同完成工程樞紐布置以及信息模型的建立；在同一部門(mén)內(nèi)部進(jìn)行的BIM協(xié)同設(shè)計(jì)可以看作是不同部門(mén)間BIM協(xié)同設(shè)計(jì)的子流程，各單位的項(xiàng)目參與人員通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)登錄協(xié)同工作云平臺(tái)，通過(guò)云平臺(tái)進(jìn)行跨地區(qū)的協(xié)同工作和信息共享。

在云平臺(tái)上進(jìn)行引調(diào)水工程BIM協(xié)同設(shè)計(jì)需將不同專(zhuān)業(yè)各部門(mén)間協(xié)同創(chuàng)建的核心模型文件存儲(chǔ)在核心服務(wù)器上，并按照工作集子模型文件進(jìn)行劃分，各設(shè)計(jì)人員不僅能夠?qū)⒆约汗ぷ骷碌淖幽Ｐ臀募ㄟ^(guò)簽出、簽入的方式進(jìn)行修改，也可協(xié)同更新核心服務(wù)器下的各模型文件，以水工專(zhuān)業(yè)模型與地質(zhì)專(zhuān)業(yè)模型的協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程為例，展示有關(guān)不同專(zhuān)業(yè)之間協(xié)作設(shè)計(jì)的流程，詳見(jiàn)圖3。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用C/S(客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器)架構(gòu)的開(kāi)發(fā)模式，結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件SQL Sever進(jìn)行模型信息的存儲(chǔ)和管理，并對(duì)Inventor和Navisworks等軟件預(yù)留接口便于調(diào)用，系統(tǒng)工作流程如圖4所示。

系統(tǒng)首先確定長(zhǎng)距離引調(diào)水工程典型建筑物所采用的常用型式，包括結(jié)構(gòu)型式和斷面型式，分析各種型式建筑物的組成結(jié)構(gòu)，進(jìn)行建筑物構(gòu)件的劃分，再確定各部分構(gòu)件的基本特征和其建模順序，最后確定各構(gòu)件的全尺寸約束，即同時(shí)考慮形狀和尺寸的影響，通過(guò)對(duì)尺寸的約束控制其幾何形狀。接著借助三維參數(shù)化輔助設(shè)計(jì)軟件Inventor創(chuàng)建構(gòu)件模型，依托數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)將各構(gòu)件模型存儲(chǔ)于構(gòu)件庫(kù)中，并將模型的幾何參數(shù)存儲(chǔ)到幾何參數(shù)庫(kù)中，將其擴(kuò)展屬性信息存儲(chǔ)在模型信息庫(kù)中。最后在參數(shù)化構(gòu)件庫(kù)建立的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了基于裝配關(guān)系的典型建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和三維參數(shù)化設(shè)計(jì)，確保組件可以根據(jù)正確的裝配關(guān)系組合形成整體模型并輸出標(biāo)準(zhǔn)化工程圖紙。通過(guò)上述設(shè)計(jì)步驟完整實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)距離引水工程參數(shù)化智能設(shè)計(jì)平臺(tái)的5大功能模塊，即三維參數(shù)化設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、干涉檢查、BIM管理和應(yīng)用以及工程圖紙輸出。

圖3 不同專(zhuān)業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)方式示例

圖4 三維參數(shù)化智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)工作流程

3.2 系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境

(1)服務(wù)器端運(yùn)行環(huán)境。操作系統(tǒng)布置在Windows XP Professional或Windows 7上，軟件配置采用SQL Server 2008進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)管理，采用Itanium處理器或速度更快的處理器進(jìn)行硬件配置，內(nèi)存最小512MB，硬盤(pán)空間大于30G。

(2)客戶(hù)端運(yùn)行環(huán)境。操作系統(tǒng)布置在Windows 7上，采用Autodesk Inventor 2014、Autodesk Design Review 2013、Autodesk Navisworks 2014等軟件配置進(jìn)行圖形信息的處理，采用Pentium處理器或速度更快的處理器進(jìn)行硬件配置，內(nèi)存最小2GB，硬盤(pán)空間大于60G，顯示器分辨率至少為1024×768像素。

3.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)基于數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)，采用可視化編程語(yǔ)言，基于組件對(duì)象技術(shù)(COM)與Autodesk Inventor API(應(yīng)用程序接口)技術(shù)，對(duì)Inventor進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，并進(jìn)行人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)[20]，搭建典型輸水建筑物三維參數(shù)化智能設(shè)計(jì)系統(tǒng)，系統(tǒng)功能模塊架構(gòu)見(jiàn)圖5，其核心模塊是BIM管理及應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)，該模塊不僅可以對(duì)各類(lèi)建筑物模型進(jìn)行可視化仿真分析從而驗(yàn)證模型的可靠性，而且提供CAD/CAE接口，方便對(duì)構(gòu)件模型進(jìn)行修改。

圖5 系統(tǒng)功能模塊架構(gòu)圖

BIM管理及應(yīng)用模塊通過(guò)對(duì)Autodesk Navisworks可視化仿真軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，并將其以插件的形式集成到系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，可實(shí)現(xiàn)計(jì)劃施工進(jìn)度的實(shí)時(shí)查看和施工過(guò)程的仿真分析等功能。該模塊功能實(shí)現(xiàn)的首要工作是建立用來(lái)存儲(chǔ)各類(lèi)模型信息的數(shù)據(jù)庫(kù)，并在建筑物運(yùn)行過(guò)程中不斷進(jìn)行更新和完善，從而實(shí)現(xiàn)模型信息的增刪改查等基本功能。再借助于數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)技術(shù)擴(kuò)充完善整體模型庫(kù)，基本原理是把構(gòu)件模型信息庫(kù)中的信息集成到三維參數(shù)化模型中，實(shí)現(xiàn)通過(guò)模型某一部位查詢(xún)基本信息、借幾何和擴(kuò)展屬性信息查找模型特定部位的雙向管理。最后，通過(guò)數(shù)據(jù)文件形式實(shí)現(xiàn)CAD與CAE之間的數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)了基于三維模型信息的數(shù)字集成、管理和應(yīng)用，建立了典型輸水建筑的BIM模型。

該模塊的另一大功能是基于BIM對(duì)輸水建筑物進(jìn)行成本控制和施工進(jìn)度模擬，即根據(jù)模型信息數(shù)據(jù)庫(kù)中關(guān)于造價(jià)的信息，建立成本的5D(3D實(shí)體、時(shí)間、造價(jià))關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)將成本數(shù)據(jù)及時(shí)錄入數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)成本管理、核算與控制。同時(shí)借助融合了三維模型和項(xiàng)目的發(fā)展時(shí)間而建立的施工進(jìn)度信息數(shù)據(jù)庫(kù)，采用三維可視化技術(shù)進(jìn)行4D施工模擬，從而直觀的展示出施工進(jìn)度。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

某長(zhǎng)距離引調(diào)水工程位于云南省境內(nèi)，工程的作用是為了從根本上解決該地區(qū)水資源短缺、湖泊水環(huán)境治理難度較大等問(wèn)題，是實(shí)現(xiàn)云南省可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略性基礎(chǔ)工程和民生工程，工程意義重大。該工程線(xiàn)路總長(zhǎng)846.52 km，含200個(gè)建筑物，其中包括明渠、渡槽、隧洞、暗涵和倒虹吸5種類(lèi)型，采用該三維參數(shù)化智能設(shè)計(jì)平臺(tái)，將常規(guī)三維設(shè)計(jì)所需的周期10 d縮短到2 d，對(duì)該工程的設(shè)計(jì)效率的提高影響顯著，降低了工程實(shí)施對(duì)當(dāng)?shù)匕傩丈畹挠绊憽Ｒ栽摴こ讨械湫徒ㄖ锏购缥Ｐ偷慕⑦^(guò)程為例，闡述系統(tǒng)的應(yīng)用過(guò)程。

(1)倒虹吸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。倒虹吸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包含水力學(xué)計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)中包含了幾種常見(jiàn)的倒虹吸結(jié)構(gòu)形式：鋼制倒虹吸管、預(yù)應(yīng)力剛筒混凝土管(PCCP)、箱型倒虹吸管的設(shè)計(jì)。水力學(xué)設(shè)計(jì)主要是輸入相關(guān)的斷面設(shè)計(jì)參數(shù)以及進(jìn)出口參數(shù)，即可進(jìn)行水力學(xué)的計(jì)算，系統(tǒng)還提供相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)的查看等功能。鋼制倒虹吸管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)界面見(jiàn)圖6，包含跨中截面管壁應(yīng)力分析、支承環(huán)及旁管壁應(yīng)力校核、加勁環(huán)及旁管壁應(yīng)力校核、加勁環(huán)抗外壓穩(wěn)定校核和管壁抗外壓穩(wěn)定校核等功能。

(2)三維參數(shù)化建模。該模塊的主要功能是借助于已經(jīng)建立的構(gòu)件信息模型庫(kù)進(jìn)行三維參數(shù)化設(shè)計(jì)，首先在系統(tǒng)中創(chuàng)建參數(shù)化構(gòu)件模型，接著進(jìn)行各構(gòu)件的自動(dòng)裝配和交互式裝配創(chuàng)建出每一個(gè)部件模型，如有需要也可將建立的參數(shù)化構(gòu)件模型存儲(chǔ)在構(gòu)件數(shù)據(jù)庫(kù)中，豐富構(gòu)件庫(kù)中的模型種類(lèi)；同時(shí)也可借助于系統(tǒng)中預(yù)先建立的子模型模版庫(kù)，自行設(shè)計(jì)模板中的構(gòu)件裝配過(guò)程中的各種關(guān)系參數(shù)和各構(gòu)件的尺寸參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)生成預(yù)期子模型的功能，如有需要也可實(shí)時(shí)更新中心模型文件。該模塊還可為各部門(mén)內(nèi)部及不同部門(mén)之間的設(shè)計(jì)人員提供協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境，通過(guò)各項(xiàng)目參與人員的協(xié)同工作提高工作效率，減少工作過(guò)程中的重復(fù)率。圖7以倒虹吸模型為例展示其構(gòu)件加載示意圖。

圖6 鋼制倒虹吸管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)界面

圖7 倒虹吸模型構(gòu)件加載示意圖

(3)BIM管理。通過(guò)BIM模塊中的對(duì)施工進(jìn)度和施工過(guò)程仿真的分析可實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度信息與模型中單元工程相關(guān)聯(lián)、場(chǎng)景動(dòng)畫(huà)與單元工程施工進(jìn)度關(guān)聯(lián)等功能，精細(xì)化更新BIM模型并完成裝配生成整體模型，見(jiàn)圖8。

(4)干涉檢查模塊。模型整體裝配完成后需要進(jìn)行干涉檢查保證其實(shí)用性，以倒虹吸模型為例的干涉檢查示意圖如圖9所示。

(5)工程圖輸出。以倒虹吸三維參數(shù)化模型為例，可自動(dòng)批量輸出各構(gòu)件模型或經(jīng)干涉檢查合格后的整體模型的三維或二維工程圖，并且可以通過(guò)改變整體模型的參數(shù)實(shí)現(xiàn)所輸出的工程圖的動(dòng)態(tài)更新。若想改變?nèi)S模型圖紙及其模型信息，需在幾何參數(shù)表和模型信息表中進(jìn)行修改，從而實(shí)現(xiàn)工程圖信息的聯(lián)動(dòng)更新，倒虹吸模型三維工程圖輸出見(jiàn)圖10。

圖8 倒虹吸施工過(guò)程仿真分析

圖9 倒虹吸模型干涉檢查示意圖

圖10 倒虹吸模型三維工程圖輸出

5 結(jié) 論

(1)通過(guò)研究長(zhǎng)距離引調(diào)水工程建筑信息模型(BIM)建模技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，建立引調(diào)水工程典型建筑物BIM模型和協(xié)同工作云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了不同階段之間的信息共享和協(xié)同辦公等功能，使得建立的BIM模型更加靈活可變、重用性高且可進(jìn)行并行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)者可利用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中已經(jīng)建立好的各種模型模板快速重建模型，由此不僅可通過(guò)改變參數(shù)來(lái)改變模型，也可根據(jù)后期需要將其存儲(chǔ)在構(gòu)件庫(kù)中用以擴(kuò)充。

(2)該三維參數(shù)化設(shè)計(jì)平臺(tái)是首次將參數(shù)化技術(shù)應(yīng)用于引調(diào)水工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域的系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用，完整地實(shí)現(xiàn)了引調(diào)水工程設(shè)計(jì)過(guò)程中各類(lèi)建筑物快速生成及工程圖輸出的應(yīng)用需求，在縮短工程周期、提高設(shè)計(jì)效率方面效果突出。

本系統(tǒng)成果不僅適應(yīng)于長(zhǎng)距離引調(diào)水工程項(xiàng)目，對(duì)于水利水電行業(yè)中的其他專(zhuān)業(yè)，也具有一定的推廣價(jià)值。

(3)該軟件雖然針對(duì)倒虹吸結(jié)構(gòu)在CAD與CAE三維集成設(shè)計(jì)方面進(jìn)行了初步研究，但其自動(dòng)化使用程度仍然不夠。針對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的CAD/CAE/CAM三者的集成，可深入研究基于構(gòu)件的有限元建模，通過(guò)深入集成CAD與CAE從而實(shí)現(xiàn)其一體化建模，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在結(jié)構(gòu)多樣、多工況等復(fù)雜條件下的聯(lián)合分析。

(4)本系統(tǒng)主要用于三維建筑模型的建模設(shè)計(jì)過(guò)程，實(shí)際建模中應(yīng)考慮地形地質(zhì)等復(fù)雜自然條件的影響，因此下一步可進(jìn)一步結(jié)合GIS大場(chǎng)景進(jìn)行參數(shù)化建模，使得BIM技術(shù)的精細(xì)化建模與GIS技術(shù)的宏觀場(chǎng)景進(jìn)行深度融合，從而展示出更加全面的工程場(chǎng)景[21]。