扶壁式擋土墻三維建模的二次開發

陳蕾蕾，左威龍，劉占午

(1.江蘇省水利勘測設計研究院有限公司，江蘇 揚州 225127；2.江蘇省水利建設工程有限公司，江蘇 揚州 225007)

水工擋土墻設計是水利工程項目整體設計的重要組成部分，它能夠保證水利工程實現長期、持續、穩定、安全的運行，對水利工程功能的發揮起著非常重要的作用[1]。扶壁式擋土墻是水工擋土墻的一種類別，是一種鋼筋混凝土薄壁式擋土墻結構，由立板、底板、齒坎及扶壁組成，在高度差大[2]的填方區建筑邊坡工程的建設中，扶壁式擋土墻可以很好地解決土地限制、施工速度慢、施工工藝繁瑣、材料浪費和質量難控制等問題[3]。扶壁式擋土墻依靠扶壁把立板、墻踵板連接起來，共同承受土壓力產生的彎矩和剪力，具有加筋的作用[4]，可改善立板和墻踵板的受力條件，提高結構的剛度和整體性，減小立板的變形。隨著信息化技術的發展，三維建模設計逐漸走進水利工程行業中[5]，三維建模可以直觀高效地展示模型的結構信息，保存物體的三維數據，產生任意視圖[6]。由于三維建模設計的優越性[7]，已有不少企業和科研單位將三維設計應用于水利工程中[8]。扶壁式擋土墻三維建模主要考慮擋土墻截面輪廓和導線的繪制，可將截面輪廓劃分成底板、立板和扶壁等模塊，但現有的三維建模平臺主要是基于工業與民用建筑的通用三維設計平臺，界面內提供的設計模塊(梁、板、柱)主要是面向建筑設計的[9]，為提高水工模型的建模效率，亟需對平臺進行二次開發。經研究比對，Autodesk 公司的Revit軟件產品具有較好的兼容性，能靈活協同工作流程，價格適中，通用性更強[10]，且提供了二次開發接口，本文將基于Revit平臺，對扶壁式擋土墻數理模型的參數化、二次開發流程和應用效果等方面進行闡述。

1 扶壁式擋土墻三維建模的參數化

參數化建模主要是將實體對象進行參數化描述的過程[11]，扶壁式擋土墻模型參數化主要包括截面輪廓和導線形式2個方面，需將它們各自獨立參數化。

1.1 扶壁式擋土墻截面的參數化

扶壁式擋土墻截面參數化主要將擋土墻模型拆成若干模塊，如墻體、扶壁、壓頂、齒坎等，分別建成獨立的參數模塊[12]，每個模塊設置本模塊需要的參數，且均可通過參數驅動獨立模型變換，最后通過調入獨立模塊形成一個嵌套的模塊整體，以此將復雜圖形的參數化問題簡單化。扶壁式擋土墻的模塊框架圖和截面參數的詳細注解如圖1所示。

1.2 扶壁式擋土墻導線的參數化

扶壁式擋土墻導線參數化首先需要考慮導線[13]的布置方式是圓弧型還是直線型。若是圓弧型導線需要考慮圓弧半徑(通常設定為前墻前沿線的半徑)、起始角度、終止角度和圓心坐標；若是直線型導線需要考慮直線長度、起點坐標和擴散角度，若是異型擋土墻還需要考慮首末端斷面的夾角參數，當首末端斷面夾角之和，即β1+β2=180°時可設置“扶壁與截面平行”，達到扶壁旋轉方向與擋土墻截面平行的效果，導線的參數情況如圖2所示。

圖1 扶壁式擋土墻截面幾何參數設置

圖2 導線參數設置

1.3 扶壁式擋土墻參數的讀取和存儲

根據參數化劃分的模塊分別創建Wall(墻體)、Arm(扶壁)和Curve(導線)3個類，Wall中包含Plate(立板)和Floor(底板)2個結構體，這些類主要用于存儲操作中的參數，并在模型生成時自動保存在本地txt文件中，可以通過窗體界面修改txt的存儲路徑，如果需要變更生成的扶壁式擋土墻只需在窗體界面中導入txt文件即可得到擋土墻的所有建模信息，包括截面參數和導線信息，修改對應參數就能完成變更。

2 扶壁式擋土墻二次開發的流程

Autodesk Revit提供了應用程序編程接口API(Application Programming Interface)，用戶可以使用API來開發自己的應用程序操縱和訪問Revit，從而實現不同的標準和需求[14]。扶壁式擋土墻三維建模的二次開發主要使用Visual C#語言，基于Revit提供的API 編程接口進行定制化開發，二次開發插件會在Revit啟動時以按鈕的形式自動加載。

2.1 設計流程

Revit拓展功能分為2個步驟：首先創建一個外部命令(External Command)，主要用于實現目標功能，外部命令中可調用Revit提供的API接口，如放樣、拉伸、旋轉等命令以完成程序代碼；其次創建一個外部應用(External Application)，主要用于在Revit界面中添加菜單或工具欄，可將外部命令代碼封裝到按鈕中放置在Revit界面上，方便用戶便捷實用，主要實現方法是OnStartup和OnShutdown[15]。扶壁式擋土墻二次開發外部命令流程圖如圖3所示，外部應用開發步驟與外部命令一樣，只是派生類與實現方法不一致。

2.2 應用流程

在Revit平臺上手動建模步驟[16]繁瑣，二次開發插件可簡化建模過程，用戶只需要了解擋土墻的基本結構并輸入對應參數就可以生成模型，可有效提高工程效率。手動建模與插件建模過程對比見表1。

圖3 外部命令二次開發流程圖

表1 手動建模與插件建模對比表

3 扶壁式擋土墻三維建模二次開發應用效果

扶壁式擋土墻二次開發插件可快速生成三維擋土墻模型，以圓弧型和異形直線型扶壁式擋土墻創建為例，其參數設置見表2，生成的擋土墻效果如圖4所示。

4 結語

扶壁式擋土墻三維建模的二次開發包含模型的參數化和API接口的使用。模型的參數化是將復雜模型拆分成獨立模型，以子模型驅動整體模型的過程，每個子模型的參數獨立設置，需注意模型間的關聯性，避免參數重復劃分。API接口的使用主要涉及平臺提供的接口數據和手動建模的過程，通過代碼將手動建模的步驟分解成程序段，利用命令逐一有序的運行程序段最終生成模型。二次開發插件可有效提高模型的創建效率，且操作簡單便捷，但插件依賴于Revit平臺，如需轉換平臺，需先在Revit

表2 扶壁式擋土墻參數設置

圖4 扶壁式擋土墻應用效果圖

上創建模型再導出成其他平臺支持的格式。本文論述的二次開發設計模式為水閘、泵站等模型的開發提供了借鑒經驗。