綜合建模在河道治理工程中的探索與實踐

李錫均，何付明，李海華

(云南省水利水電勘測設計研究院，云南 昆明 650021)

1 工程概況

近幾年，我國政府已經把生態文明建設作為國家發展的大政方針，提倡尊重自然、順應自然、保護自然的生態文明理念，不斷加大生態保護力度，頒發了水生態系統保護與修復方針政策，要求正確處理開發與保護的關系，在保護生態的基礎上積極開發水能資源，大力推進生態脆弱地區的生態修復工程[1]。

該河道治理工程位于云南省滇西南旅游勝地境內，該項目的實施十分必要。

(1)開展本河道的防洪治理工程，對于保障整個縣白族鄉廣大人民群眾生命財產安全和旅游開發地區的穩定和安寧具有十分重要的意義。目前兩岸部份河道沖刷加劇，河岸垮塌，河床加寬、抬高，導致洪水改道，危害農田、村莊、橋涵、公路等安全。下游河段無系統的堤防工程，絕大多數仍屬天然河岸，極少部分河堤是老百姓自然堆砌的土堤和石堤。因此，開展河道防洪治理工程是保障鄉鎮廣大人民群眾生命財產安全的重要舉措，對于增進地區民族穩定團結具有重要的戰略意義。

(2)開展河道防洪治理工程，是加強鄉鎮的基礎設施建設的重要組成部分，是促進經濟發展的需要。加緊實施該河道的防洪治理工程，是鄉鎮基礎設施建設的重要組成部分，對于保障鄉鎮的防洪安全，吸引資金，促進地區經濟發展具有重要的意義。

(3)開展河道防洪治理工程，是維護民族團結，提高廣大人民群眾生產生活水平的需要。實施該防洪治理工程，提高河段防洪標準，改善周邊廣大人民群眾生產生活條件，對于促進各民族安居樂業，加強民族團結都具有重要意義。

(4)防洪治理工程的實施，可以形成完整的防洪工程體系，保障河沿岸的防洪安全。現狀河道沖刷凹岸，淤積凸岸，連年作用下，使河道極不穩定，河兩岸的內澇，淹沒兩岸農田、道路、橋涵。由于河床逐年沖毀，洪水泛濫，洪水對兩岸農業生產、居民生活造成了巨大的威脅，河道治理工作勢在必行。為保證鄉鎮的防洪安全，形成完整的防洪工程體系，提高河的防洪能力，盡快開展防洪治理工程是非常必要的。

K0+690.00～K3+474.22段(模型為K0+690至K1+850)，為本次治理上段，全為土堤，兩岸為農田，河道寬3～14m。由于該段河道位于上游，河床坡度較陡，屬于典型洪水陡漲陡落山區河道，沖刷和淤積交替出現。河堤兩岸田地比河床高1～5m，大部分區域與兩岸田地相平。

工程地質勘察成果表明，該治理段的地層巖性為第四系沖坡積第一層(Qalp1)棕紅色、黃褐色耕植土，第四系沖坡積第二層(Qalp2)黑褐色淤泥質粉土，河床上部有0.2～0.5m厚的砂卵礫石層，總體厚度均大于10m以上，是本治理段堤岸與堤基的主要持力層。下伏基巖為三疊系白衙組上段與下段的灰巖與白云巖。

本治理段設計的堤型方案是兩岸新建格賓籠擋墻，兩岸布置綠化帶；左岸增加觀景公路，并設置寬500m左右的親水臺階；根據原有地形設計排水口和橋閘建筑物。

2 綜合建模的設想與解決方案

近年來，在水利水電規劃和水電工程建設中，信息化的重要地位日益突顯。信息化投入不斷增加，大數據技術、地理信息系統(GIS)技術、BIM技術已經普遍應用到時水利水電規劃、設計和水利水電工程的建設、運行維護中[2]。越來越多的工程在設計、施工、運行維護(也就是全生命周期)中應用BIM技術。而BIM最大的特點是設計可視化，即在設計階段建筑及構件以三維方式呈現出來，設計人員能夠運用三維方式有效完成建筑設計。

基于BIM模型的可視化交底，極大地提高了設計交底的質量和效率[2]。對于復雜的工序、關鍵部位，在設計交底時輔助以BIM模型，參建各方可以直觀形象地理解設計意圖、把握施工要點。一些很難用言語清晰描述的問題，可以直接借助于BIM模型進行交流和溝通。

同時，可以讓專家及業主在審查評審過程中更加直觀地了解設計意圖，通過三維的展現了解建筑物及構件建成后的全貌。設計過程中的參數化設置提高了設計效率。

針對河道治理工程現狀與特點，綜合目前使用的設計軟件和設計流程，河道治理工程綜合建模設想與整體解決方案如圖1所示。

圖1 河道治理工程綜合建模整體解決方案

3 綜合建模的應用

3.1 地質三維模型的創建

根據河道地質勘察資料和地形測繪數據，創建數值三維模型，如圖2所示。將該模型導入Revit 2020軟件，轉換為綜合模型的地質部分，如圖3—8所示。

圖2 河道治理工程三維地質數值模型

圖3 在Revit中地質三維整體模型

圖4 在Revit中第四系第一層地層模型

圖5 在Revit中第四系第二層地層模型

圖6 在Revit中三疊系下段地層模型

圖7 在Revit中三疊系上段地層模型

圖8 在Revit中強風化界面模型

3.2 河道治理段構件的劃分和建筑物劃分

本河道治理工程治理段模型里程為K0+690.00至K1+850，根據河道的特點及治理堤型方案，將河道治理段劃分為9種類型構件，見表1。將河道治理段建筑劃分為3種類型，見表2。

表1 河道治理段構件表

表2 河道治理段建筑物表

3.3 地形等高線的轉換、標高和軸網創建

為了提高Revit地形與地質三維模型和設計的構件、建筑物三維模型的吻合及精度，將在地質三維模型的地形三角網曲面通過Civil 3D轉換成能在Revit中生成地形表面的地形等高線。將轉換好的地形等高線導入Revit中。根據治理段的治導線、中心線及里程剖面創建標高、軸網，為統一各軟件的坐標與高程，根據冶理段基點創建項目基點。

3.4 河道治理段的構件及建筑物創建

將表1和表2中的所需構件及建筑物創建三維模型所需的構件簇和建筑物簇，如圖9所示。

圖9 構件及建筑物簇

3.5 系統組裝

根據兩岸治導線軸網按里程高程用高程點控制進行組裝，如圖10所示。

圖10 組裝過程

3.6 成果展示

按里程將各個構件和建筑物組裝完成后在綠化帶內種植所需樹種進行裝配，完工后完成河治理工程的綜合建模過程。根據所建模型可進行工程量統計、所需剖面的剖切，二維圖紙的生成等工序工作。成果展示可根據需要進行展示，含地質內容的成果展示如圖11所示，不含地質內容展示如圖12所示，各地質層、風化界面與模型關系的展示如圖13所示。工程量統計及二維圖紙較為簡單，在此不再附圖說明。

圖11 含地質的三維模型

圖12 不含地質的三維模型

圖13 三維模型與地質層面和強風化關系

4 結語

通過本項目的綜合建模，充分體現了BIM技術的不斷發展和給實際生產帶來的直接和間接效益[3]，也體現了模型給業主及相關人員親臨工程建筑后的超前感受，較直接地體現設計人員的設計思路和構想。

在本項目綜合建模的實踐中，以下幾個方面需要進一步改進和提高。

(1)基于軟件的不足，需進行二次開發插件，實現開挖工程量的統計與計算，特別是地質部分的開挖。

(2)需解決地質部分的材質庫，以便更好地展示三維模型地質層面的真實感。

(3)在滿足水力學和現有河態的情況下，河道治理工程應盡量與BIM建模軟件相融合，更好地提高設計效率。